裂缝性地层承压堵漏模型建立及应用

裂缝性地层承压能力低,承压堵漏难度高。为了解决该难题,从裂缝承压失稳机理出发,建立了考虑封堵层和裂缝扩展的承压堵漏新模型,分析了影响承压的关键因素,据此指导研发了高承压堵漏配方,形成了新型交联成膜堵漏技术,并开展了现场应用。研究表明,裂缝承压失稳包含封堵层失效和裂缝扩展两种形式;裂缝性地层承压能力由封堵层承压和裂缝扩展共同决定;提高承压能力要求堵漏材料抗压强度高,封堵层摩擦系数大、弹性变形率高、渗透率低,封堵层尽量封至缝口及封堵层厚度适中;新型交联成膜堵漏配方对1~5 mm宽的裂缝,封堵层承压可达20 MPa,抗返吐达3 MPa以上,现场应用显著提高了地层承压能力。表明,承压堵漏模型具有较好的适用性,能够有效指导现场施工,为承压堵漏技术的研发提供了理论依据。     

抗温高强度交联堵漏配方研究与应用

为解决常规桥接堵漏材料滞留能力较差,堵漏成功率低的问题,研制出交联封堵剂ZNP。优选了高强度架桥材料、填充材料和纤维材料,按1/3/~2/3架桥理论确定不同材料的粒径范围,按SAN-2工程分布理论确定了各种粒径的体积配比,形成了抗温高强度交联堵漏配方;对其承压能力、抗返排能力进行了评价,并进行了现场应用。研制的交联封堵剂ZNP具有良好的配伍性和高温稳定性,可提高封堵材料与地层的胶结能力,优化的抗温高强度交联成膜堵漏浆可封堵1~5 mm宽的裂缝,抗压可达30 MPa以上,封堵层抗返排压力达4.6 MPa以上。在FX4、SHB1~(-1)等井应用12井次,一次性堵漏成功率100%。结果表明,抗温高强度交联堵漏配方具有良好的承压及抗返排能力,堵漏成功率高,具有广阔的推广应用前景。     

深井超深井裂缝性地层致密承压封堵实验研究

深井超深井裂缝性地层钻井过程中极易发生钻井液漏失,桥接堵漏材料形成的裂缝封堵层在高温、高压、高地应力等复杂环境下失稳破坏加剧,导致堵漏成功率和裂缝封堵效果难达预期。基于多级多粒桥接堵漏的思路,以川西地区双鱼石区块超深井钻井常用的WNDK-1型架桥材料和耐高温橡胶颗粒为研究对象,系统开展了高温老化环境下堵漏材料性能评价与裂缝封堵模拟实验。实验结果表明,在150℃钻井液中老化24 h后,WNDK-1型刚性材料的粒度分布未产生明显变化,摩擦系数最高降低1.89%,抗压强度降低1.15%;橡胶颗粒的粒度分布D₉₀值增加3.55%,摩擦系数增加1.59%,抗压强度保持不变;将刚性材料、弹性材料和纤维材料以适当浓度与钻井液复配并进行裂缝封堵,形成的封堵层承压能力普遍高于13 MPa,且封堵层具有低孔低渗特征;观察封堵失稳后裂缝内封堵层结构形态可知,高温老化环境下多级多粒桥接堵漏形成的封堵层主要发生摩擦/复合失稳和剪切错位失稳。     

颗粒形状对裂缝封堵层细观结构稳定性的影响

裂缝封堵层结构与裂缝性地层封堵承压能力存在密切联系,并常常决定着钻井防漏堵漏作业的成败。为研究颗粒形状对裂缝封堵层细观结构稳定性的影响,选用5种不同形状的聚碳酸酯颗粒,模拟压力波动情况,开展裂缝封堵层剪切失稳的二维光弹实验,获得裂缝封堵层细观结构演化过程中的光弹图像,并运用Matlab处理光弹图像,析出强力链占比和强力链方位参数。实验结果表明,在以圆形颗粒为基础的裂缝封堵层中,加入椭圆形、正三角形、正方形和矩形颗粒能够使裂缝封堵层力链结构更加多样,环状力链增加;当存在压力波动时,长条状颗粒对裂缝封堵层细观结构稳定性贡献优于正多边形颗粒,棱角状颗粒相比圆弧状颗粒更能分散力的方向,促使封堵层细观结构更趋稳定。研究发现,刚性堵漏材料中棱角、长条状颗粒占比40%左右时,堵漏效果最佳。基于该认识,调整了钻井防漏堵漏浆配方,增强了裂缝封堵层承压能力,现场试验一次堵漏成功。     

物理法随钻防漏堵漏机制与试验

根据物理法随钻防漏堵漏方法的技术原理,建立物理模型,对利用射流的水力能量给漏失层井壁形成"人造井壁"的防漏堵漏机制进行分析和室内试验研究.结果表明:自行研制的试验装置能够验证物理法随钻防漏堵漏的机制;确定的随钻防漏堵漏钻井液配方体系渗透率低、封堵能力强,并能在井壁上形成薄、韧的封堵层,有效封堵裂缝;封堵层的形成扩大了钻井液安全密度窗口,而且具有很高的强度和稳定性,承压能力可达到6 MPa,达到了随钻防漏堵漏的目的.     

保护油层自适应随钻堵漏钻井液技术研究

为了避免钻井液漏入地层,钻遇漏失地层前需要向钻井液中加入随钻堵漏剂,将普通钻井液转化为随钻堵漏钻井液.本研究针对漏失地层非均质性强、漏失通道尺寸分布范围广且难以准确预知和常规复合随钻堵漏剂适应性差等特点,研制了自适应随钻堵漏剂和自适应随钻堵漏钻井液技术.该技术能在无须明确预知漏失地层孔喉直径的情况下,自适应封堵岩石表面较大范围的孔喉,对较宽孔径分布的漏失地层具有很好的封堵作用,封堵速度快,封堵层浅,承压能力强,渗透率恢复率高,适合油层和非油层堵漏.室内实验及现场应用证明,自适应随钻堵漏钻井液封堵范围广,渗透率封堵率及渗透率恢复率达均在90%以上,具有良好的堵漏及保护油层效果.     

渗透性地层随钻堵漏技术的研究和应用

为了解决钻遇断层的防漏堵漏问题和提高渗透性地层的承压能力,研制出一种具有广谱堵漏功能的新型随钻堵漏剂。添加了这种新型随钻堵漏剂的常规的水基钻井液体系,可以使其封堵能力和承压能力大幅度增强,但性能变化很小,能够满足钻进和防漏堵漏同步进行的需要。     

条20井防漏堵漏钻井液技术

介绍了形成严重井漏的地质概括,在条20井的施工中,通过多种堵漏技术和工艺的具体实践,一方面保证顺利施工,另一方面摸索最有效的工艺和方法,达到快速、优质钻进的目的。现场应用表明,选择合适粒径的桥塞剂是桥塞复合承压堵漏的关键;桥塞复合承压堵漏+高粘坂土随钻桥浆强钻能很好的解决该区块井漏的问题,达到了防漏、提高地层承压能力和减少漏失的效果。     

可酸化凝固型堵漏技术在胜利油田车66区块的应用

介绍了可酸化凝固型堵漏剂的配方、室内评价、施工工艺和现场施工效果.结果表明,该堵漏剂注入漏层后具有凝固强度高、凝固强度可调、凝固后体积不缩小等特点;并易形成假塑性流体,滞流能力强,特别适合于高渗透及裂缝性地层的堵漏.该堵漏剂稠化快、固化慢、强度高、可酸化、封堵效果良好.胜利油田车66区块沙三中下、沙四段砂砾岩地层压力较高且孔隙大,在同一裸眼井段中地层压力系数不同,当使用高密度钻井液时密度窗口比较小,可能造成上漏下涌或漏涌同层的复杂情况.通过多元复合作用的屏蔽暂堵和可酸化堵漏技术,加入非渗透抗压处理剂提高地层承压能力,成功地解决了高渗透裂缝性地层的严重漏失问题,减少了井下复杂情况和事故的发生.     

气侵条件下裂缝性地层漏失模拟实验

顺北区块裂缝性储层发育,气侵和漏失复杂同存,严重制约了该地区的油气田开采.总结了顺北区块裂缝性储层气侵和漏失现状,并指出"先漏失后气侵"与"先气侵后漏失"两种漏溢同层模式.基于自制的钻井液动滤失与长裂缝封堵模拟实验装置,利用不同宽度楔形长裂缝模型,通过改变裂缝倾角、钻井液正压差和裂缝缝宽等不同裂缝性地层模拟情况,分析了气侵条件下裂缝性地层钻井液漏失规律.结果表明,垂直裂缝形成的封堵层最致密,气侵条件下承压能力较高,钻井液漏失深度为37.8 cm,但反向承压可达0.35 MPa,超出水平缝25％;钻井液正压差越大,漏失深度越大,3 MPa正压差漏失深度高达100 cm,比1 MPa条件下超出1倍;缝宽越大,漏失深度越大,形成的封堵层越多且致密,承压能力有一定提升,3 mm缝宽反向承压能力达1.12 MPa,超出1 mm缝宽65％,但气侵速度高达1.69 L/min.     

缝洞型储层缝宽动态变化及其对钻井液漏失的影响

以塔河油田12区为例,根据缝洞型碳酸盐岩储层的地质特征,建立考虑溶洞存在和漏失动态的有限元模型,研究裂缝的宽度变化规律及其对钻井液漏失的影响。结果表明:缝洞型储层裂缝宽度对井筒有效压力极为敏感,在几兆帕的正压差下,裂缝宽度增量便可达毫米级;钻井液漏失使得裂缝变宽,裂缝形态也相应地发生改变,增加了漏失控制难度;除了缝洞发育外,缝洞型储层的强应力敏感性也是井漏的重要原因之一;钻井中精细控制井筒压力,保持井筒压力微过平衡,并在钻进储层段前随钻加入毫米级高酸溶性暂堵堵漏材料,可以有效预防大部分漏失发生。     

纤维水泥浆体系防漏性能评价及作用机制

在固井过程中遇到孔洞型或裂缝型漏失地层时,水泥浆会漏失低返,造成环空流速下降,降低顶替效率、影响胶结质量和油气井产能。运用自制设备评价多种防漏水泥浆体系的性能,并分析S90水泥浆体系防漏机制。结果表明:S90纤维水泥浆体系模拟堵塞3 mm孔板和缝板,5 MPa可承压10 min;在S90纤维水泥浆体系中加入特种黏结剂KE50后,模拟堵塞4 mm孔板和缝板,7 MPa可承压10 min;在水泥浆漏失过程中,S90体系中长纤维、短纤维和特种黏结剂形成致密的、牢固的纤维网格,减慢和阻止水泥浆体通过,在裂缝周围形成致密的滤饼后防漏效果显著;净浆、胶乳水泥浆和低密度水泥浆无防漏作用。     

裂缝性致密储层钻井完井液漏失损害带模拟

裂缝性致密储层钻井完井时,钻井完井液固相及其滤液极易侵入储层,使近井地带渗透率下降,影响油气井 产能。以九龙山构造珍珠冲组致密砾岩储层为研究对象,基于双重连续介质模型,建立了钻井完井液在裂缝网络中的 径向溶质运移数学模型,通过有限差分法求解,确定了不同时间下距离井筒不同位置的钻井完井液无因次浓度分布剖 面,定量评价了钻井完井液的漏失损害程度,并通过压力恢复试井解释以及钻井完井液动态损害评价实验对模拟结果 进行了验证。模拟结果表明：钻井完井液的侵入深度随井漏时间的增加而增加;漏失损害带半径约为17 m,表皮系数 为7.50,试井解释及室内实验结果同数值模拟结果的相对误差均小于10%,证明了模型的可靠性。     

天然裂缝性地层钻井液漏失规律研究

天然裂缝性地层钻井中经常发生钻井液漏失,明确漏失规律对防漏堵漏十分重要。采用赫巴模式来描述钻井 液的流变性,建立了一维无限长裂缝地层中的钻井液漏失模型,研究了正压差、裂缝宽度、钻井液流变参数对漏失速率 及最终漏失量的影响。研究表明,赫巴模式钻井液的漏失速率曲线在双对数坐标下具有典型的3 段式特征,第一段和 第三段为直线,中间段为弧形;漏失速率随着压差和裂缝宽度的增加而非线性增加,随着稠度系数、流型指数和动切力 的增加而减小,但与裂缝宽度已不符合立方定律关系;最终漏失量随着压差、裂缝宽度平方的增加线性增加,随着动切 力增加线性减小,随着流型指数的增加非线性减小,而与稠度系数无关。研究对认清漏失规律及采取合理的防漏堵漏 措施具有参考意义。     

深水井精细控压下套管研究

深水窄压力窗口地层给下套管带来了巨大挑战,下套管时产生的波动压力将导致井筒压力超过压力窗口上限而出现井漏,大大增加了作业时间,采用传统方法下套管时为了防止波动压力过大而超过安全压力窗口只能降低下套管速度,这样虽然在一定程度上减小漏失风险但增大了作业成本,且这种方式不一定有效。因此,针对深水窄安全压力窗口地层下套管漏失风险问题,基于动态波动压力建立了深水窄安全压力窗口井筒压力控制模型;并在此基础上提出深水精细控压下套管方法。利用建立的模型分析井筒压力影响因素发现,井筒压力随着套管下入深度、最大下入速度、钻井液密度以及钻井液的屈服值、黏度的增大而增大。计算表明,深水精细控压下套管不但降低了漏失风险,还缩短了作业时间,降低了作业成本。     

裂缝性致密储层工作液损害机理及防治方法

裂缝性致密储层裂缝发育,易发生工作液漏失,严重损害储层。为探究不同工作液漏失损害机理,形成高效
防治方法,以川西北九龙山构造须家河组、珍珠冲组裂缝性致密储层为研究对象,开展了钻井完井液储层损害实验及
工作液顺序接触损害实验。结果表明：钻井完井液滤液、体系和固相对基块岩样的损害程度介于中偏强强,且逐个
减弱;裂缝岩样渗透率动态损害程度为强;工作液顺序接触后损害程度加剧。分析认为,水相圈闭、固相堵塞是裂缝性
致密储层工作液漏失损害储层的主要机理。不同工作液漏失引起储层损害程度叠加、损害范围扩大。根据分析结果,
构建了工作液漏失损害模式,并提出相应损害防治方法。使用改性屏蔽暂堵钻井完井液提高封堵能力,改变岩石表面
润湿性,可有效预防工作液漏失损害;利用工作液漏失数据,确定漏失损害带范围,可为酸化作业提供指导。     

钻井液堵漏材料研究及应用现状与堵漏技术对策

井漏是目前钻井过程中常见且难以治理的井下复杂事故之一,是制约井下安全、影响钻井进度的主要因素之一.复杂地层钻井过程中,常用堵漏材料存在对漏失地层适应性差、抗温性能不佳、承压能力和驻留能力差等问题,缺乏科学的堵漏对策,导致一次堵漏成功率低、堵漏方法难以复制.阐述了桥接堵漏材料、高失水堵漏材料、吸水/吸油聚合物堵漏材料、聚合物凝胶堵漏材料、可固化堵漏材料、智能堵漏材料等堵漏材料的组成、特点和堵漏机理,总结了不同种类堵漏材料在不同漏失类型地层中的应用效果,提出了堵漏材料在钻井液堵漏中应用的技术途径、研发方向及堵漏对策.研究结果对于提高钻井液防漏堵漏效果、促进堵漏技术的发展具有重要的理论和技术借鉴意义.     

窄安全密度窗口重力置换漏喷函数研究

由于重力置换的原因,钻遇裂缝性地层时,井下经常发生漏喷同存,造成井下复杂情况,增大井控难度,损害地层,影响生产。建立了重力置换数学模型,并基于此形成了高压含气层窄安全密度窗口重力置换漏喷函数,利用地层-井筒耦合流动可视化实验装置对漏喷函数进行了验证。实验结果表明,建立的漏喷函数的计算结果与实验数据吻合度较高。当钻遇裂缝性地层时,无论是采用欠平衡钻井、平衡钻井工艺,还是过平衡钻井工艺,均无法避免重力置换现象的发生,但是将井筒压力维持在近平衡（微过）状态,能够显著降低重力置换现象的严重程度。研究成果对研究钻遇裂缝性地层时的井底复杂的物质交换规律及井筒压力的安全控制具有重要的指导意义。