漏失地层封堵层致密性与承压能力试验研究

井漏是钻井作业过程中常见的井下复杂情况之一,目前防漏堵漏的常用手段是通过堵漏材料封堵漏失地层,恢复井筒压力以确保正常钻进,不同类型堵漏材料对漏失地层封堵承压的效果不同。通过封堵层渗透率评价试验、井筒压力恢复试验及裂缝封堵模拟评价试验考察了堵漏材料类型及搭配对裂缝封堵层承压效果和井筒压力恢复效果的影响。研究结果表明,不同类型堵漏材料的协同作用能够有效提高堵漏效果,降低井漏损失。

裂缝封堵层结构形成与演化机制

采用耦合计算流体力学-离散元(CFD-DEM)方法模拟了裂缝封堵层结构形成过程,采用自主研制的表征封堵层细观力链网络的光弹实验系统模拟了裂缝封堵层结构承压演化过程,揭示了裂缝封堵层结构形成与演化机制,形成了堵漏材料优选与堵漏配方设计新方法,为提高裂缝性储集层漏失控制效果提供理论依据。CFD-DEM模拟结果表明,架桥概率是决定封堵层结构形成和裂缝封堵效率的关键因素。提出了临界架桥与绝对架桥加量指标,作为架桥材料加量设计的依据。随着绝对架桥加量的增加,架桥模式由材料粒径主导向粒径-摩擦力共同主导转变。光弹实验结果表明,细观力链网络是裂缝封堵层结构承压演化的内在机制并决定宏观封堵层强度,堵漏材料性能参数影响力链网络结构和强力链占比,进而影响封堵层承压稳定性。根据研究结果优选了新型高封堵强滞留堵漏材料、优化了堵漏配方,室内裂缝封堵实验结果表明可有效提高裂缝封堵效率与封堵强度。

毫米级宽度裂缝封堵层优化设计

毫米级裂缝漏失一直是钻井堵漏的一大难题,封堵层的低承压问题不仅增大了堵漏材料的消耗量,而且还延长了钻井时间。为此,以封堵承压能力、累计漏失量、成封时间为指标,开展了2mm宽的裂缝封堵室内实验,评价了刚性颗粒、弹性粒子以及纤维3种封堵材料协同堵漏效果,并结合实验结果分析了不同材料协同封堵的机理。结果表明,刚性颗粒与弹性粒子组合形成的封堵层累计漏失量普遍大于400mL;弹性粒子与纤维材料组合形成的封堵层承压能力普遍小于6 MPa。3种材料协同组合封堵后承压能力提高到13 MPa,累计漏失量降为75mL。协同封堵过程中,刚性颗粒在裂缝狭窄处形成具有较高承压能力的骨架;弹性粒子在裂缝内发生弹性变形,弹性力作用于裂缝面并增强了裂缝面与封堵层之间的摩擦力,使封堵层更加稳定;纤维材料充填于颗粒之间并形成网络,增强了封堵层的致密性及整体强度。该成果为生产现场堵漏浆配方的优化提供了依据。

深层裂缝性储集层封堵层结构失稳机理与强化方法

针对深层裂缝性储集层工作液漏失控制问题,以颗粒物质力学为基础,明确了裂缝封堵层多尺度结构,构建了深层裂缝性储集层高温、高压、高地应力环境下裂缝封堵层失稳模式,揭示了封堵层结构失稳机理。基于裂缝封堵层强度模型,提取了堵漏材料关键性能参数,选用新型堵漏材料开展室内实验,评价了材料关键性能参数对裂缝封堵效果的影响,最终形成了深层裂缝性储集层堵漏材料选择原则。研究表明,裂缝封堵层承压过程中,堵漏材料相互接触形成力链网络,决定宏观封堵层承压稳定性。摩擦失稳和剪切失稳为裂缝封堵层结构主要失稳模式。细观力链强度取决于微观尺度堵漏材料性能,粒度分布、纤维长径比、摩擦系数、抗压能力、抗高温能力、可溶蚀能力为堵漏材料关键性能参数。室内实验和现场试验结果表明,根据所提取的关键性能参数优选堵漏材料,可有效提高深层裂缝性储集层漏失控制效果。

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。

裂缝封堵层形成机理及堵漏颗粒优选规则

针对裂缝性地层封堵层形成机理和封堵规则尚不明晰的问题,基于封堵实验和颗粒物质力学方法研究了裂缝性地层封堵层的形成过程,分析了封堵层组成及颗粒配比,揭示了封堵层形成的本质及破坏的驱动能量,提出了钻井液防漏堵漏颗粒优选规则。研究表明封堵层的形成过程经历了从惯性流、弹性流到准静态流的流态变化过程。封堵层由封端颗粒、架桥颗粒和填充颗粒组成,3种堵漏颗粒的配比是设计堵漏体系的重要依据。封堵层形成的本质是体系发生非平衡性Jamming相态转变,封堵层颗粒体系对压力的响应由熵力驱动,熵越大封堵层越稳定。根据提出的规则优选了堵漏材料、优化了堵漏体系,封堵效果优于其他常用规则,可有效提高封堵层承压能力,为解决裂缝性地层漏失提供了理论和技术依据。

塔中区块高温高压裂缝性气藏封堵层气蚀剪切失效机理

为了深入了解塔中区块高温高压裂缝性气藏封堵层失效问题,基于储层特征和流体特性的深入分析,结合封堵层微尺度物理结构特征,对高温高压裂缝性气藏封堵层失效特征进行了研究,提出了封堵层气蚀剪切失效概念,构建了封堵层气蚀剪切失效的物理模型,并借助颗粒物质力学和液桥理论,对封堵层气蚀剪切失效过程进行了深入研究,并基于反向气蚀原理,开展了室内反向承压实验研究。研究结果表明,裂缝性封堵层“气蚀剪切”失效作为一种气藏封堵层特有的失效模式,其发生过程分为3个阶段:气体扩散降黏破坏、气蚀剪切剥离破坏和气液置换错位剪切破坏;正向承压6 MPa的统一封堵层,对于不同属性的流体其抗剪切破坏能力不同,当反向驱替流体由柴油转变为氮气时,封堵层的反向承压值由原来的2.0 MPa(22 min)和2.5 MPa(30 min)分别减小到后来的1.5 MPa(10 min)和1.0 MPa(12 min),综合抗剪切性能降低了约50%,表明气体具有与液体不同的破坏能力和机制。

介观尺度下裂缝内堵漏颗粒封堵层形成与破坏机理CFD-DEM模拟

堵漏材料进入地层裂缝后,通常期望其能够在漏失通道内快速形成稳定的高强度封堵层,从而实现井筒与漏失层的有效隔离,这对控制漏失程度和强化井筒至关重要。当前,普遍从以封堵层为整体的宏观角度以及从单个堵漏颗粒性质的微观角度来分析研究封堵层的降低漏速能力和承压能力,而从介观尺度研究堵漏颗粒封堵层在裂缝内的演化过程较少。为进一步揭示裂缝内堵漏颗粒封堵层的形成与破坏机理,基于计算流体力学和离散元耦合模拟方法,研究了堵漏颗粒在楔形裂缝内滞留、架桥、封堵和失稳破坏过程,分析了介观尺度下堵漏材料性质及钻井液性能对裂缝封堵层形成影响机理。结果表明,堵漏颗粒进入裂缝后经过滞留、堆积、封堵过程形成封堵层,且封堵层前端是封堵层稳定的关键部位。堵漏颗粒尺寸越小,封堵层位置越接近裂缝出口。堵漏颗粒浓度增加会显著缩短封堵层形成时间,当浓度由2%增加至30%时,封堵层的初始形成时间由0.090 s降低至0.036 s,降低了60%,此外,堵漏颗粒几何和物理性质以及钻井液参数对封堵层形成及破坏均具有较为明显的影响。研究结果对进一步优化堵漏颗粒并快速形成高效封堵层具有一定的参考价值。

碳中和背景下鄂尔多斯盆地地质封存CO_(2)封堵层特征研究

如何达成“碳达峰”“碳中和”目标,是构建“绿色、低碳、可持续”高质量发展新格局的重要支撑.首先对鄂尔多斯盆地X油田长4+5封堵层的地质构造以及测井特征进行了研究,其次利用铸体薄片和扫描电镜等实验对封堵层的物性、粒度分布和黏土矿物组成进行了分析,最后对研究区的层内、层间和平面非均质性进行了详细阐述.研究表明:研究区长4+5岩性为灰黑色泥岩夹砂岩,电性特征为高电阻、低时差,物性为特低孔特低渗.高的毛细管力为CO_(2)的封存提供动力;强的非均质性限制了CO_(2)层内横向的扩散运移和羽状流向上渗流,从而实现对CO_(2)的有效封存.通过此研究,对于鄂尔多斯盆地CO_(2)的地质封存选址一定的借鉴意义.

北一二排东萨葡油水井释放封堵层的实践与认识

北一二排二类油层分别于2003年11月为配合正常注聚,减少水驱对聚驱的干扰,充分发挥聚驱效果,根据以往水驱开发经验,进一步细化了水驱油水井的封堵原则,对水驱北一二排东74口井的萨Ⅱ10-萨Ⅲ10层段进行了停注、停采。截止目前,北一二排东二类油层已全部停聚转入后续水驱,区块含水率水平达到了96.6%,而水驱由于长期停注、停采,"两低"现象突出。为了改善水驱开发效果,通过对以井组为单元的分析和研究,制订了配合二类油层后续水驱的综合调整思路和原则,以达到进一步挖掘剩余油,完善层系及层系间注采关系,改善整体开发效果的目的。

基于层间截流封堵技术的矿井滞后突水治理

结合临汾市某矿突水治理实例,在分析构造、底板扰动破坏、隐伏导水通道基础上,进一步研究了残余有效隔水层在底板水压、两侧煤柱以及采空区中部顶板垮落压实综合作用下二次破坏的形式,确定此次突水是在底板扰动破坏和底板隐伏导水构造基础上,残余有效隔水层受底板水压向上牵引应力和煤柱支撑影响发生二次破坏形成导水通道造成的。并据此提出层间截流封堵治理方案,以110 m水平进尺快速揭露导水通道,注浆15500 t,突水量降低94%,水位抬升14.725 m,成功堵水。可为类似矿井水害治理提供有益借鉴。

基于可测试层间防火封堵系统的幕墙耐火试验炉检测设备的开发措施

幕墙耐火试验炉是测试建筑幕墙耐火完整性、耐火隔热性的主要设备,而同时可以测试层间防火封堵系统的检测设备国内较少。为了适应建筑行业防火工作的需要,完善幕墙防火的检测标准,借鉴国内建造同类试验设备的经验和方法,特研制了一种可以同时测试层间防火封堵系统的幕墙耐火试验炉检测设备。该设备主要包括炉体结构、供排气系统、控制系统,报警监视系统、软件等。设备提供的检测方式为建筑幕墙抗火灾设计及层间封堵系统的评估与改善提供科学依据,从而进一步提高建筑幕墙的耐火性能和实用性。

老井封堵段水泥塞-地层界面剥离失效数值模拟

受限于套管直径小、套管连接螺纹不具备气密封性等因素,老井无法直接转为储气库注采气井,因此老井井筒必须进行封堵改造,并保障封堵的有效性。以河南叶县储气库某老井为例,根据地层岩性、井径情况,确定了老井段铣封堵层位,建立了基于内聚力模型单元(Cohesive)方法的盐穴储气库段铣封堵老井水泥塞-地层系统三维有限元模型,明确了储气库定压条件下水泥塞-地层界面剥离失效规律,得到了界面的极限剥离长度。研究表明:对于无射孔段老井,为防止天然气在纵向、横向上的泄漏,需要在盖层段和盐层段分别建立水泥塞屏障体;储气库压力恒定20 MPa条件下,水泥塞底部受压后会发生一定程度微小形变,致使水泥塞-地层胶结界面产生剪切方向变形,累计到一定程度后即发生剥离;随着模拟时间增加,剥离段长度逐渐增加并趋于稳定,极限剥离失效长度为18.4 m;水泥塞-地层界面剥离失效长度随水泥塞弹性模量的增大而降低,建议使用高弹模水泥浆体系进行井筒封堵作业。研究结果有助于判断现场老井段铣封堵长度是否足够,为保障储气库长久安全运行提供理论指导。

堵漏封堵层对裂缝稳定性影响模拟研究

钻井过程中井筒液柱压力波动致使地层裂缝扩展变形,钻井液中的固相颗粒及堵漏材料随钻井液漏失进入裂缝并在缝内沉积逐渐形成封堵层。封堵层形成后会影响裂缝变形、井周切向应力及裂缝尖端应力强度因子的重新分布,并且这些裂缝变形因素的变化又影响着封堵层的稳定性,导致井漏反复发生。应用有限元法模拟了封堵层对裂缝变形、井周切向应力及裂缝尖端应力强度因子等裂缝变形因素的影响,探索了封堵层存在下的裂缝变形行为,深化了裂缝变形研究。封堵层阻止液柱压力传递进裂缝,降低裂缝变形程度、井周切向应力及裂缝尖端应力强度因子,增强了裂缝力学稳定性。模拟研究量化了封堵层对裂缝变形程度的影响,为优选堵漏材料、科学开展防漏堵漏提供了理论依据。

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。

基于力链网络表征的裂缝封堵层结构失稳细观力学机制

裂缝封堵层细观结构稳定性控制着宏观结构承压能力,进而影响工作液漏失控制效果。由于缺少裂缝封堵层动态细观力学参数获取方法与细观结构演化的精细刻画方法,裂缝封堵层结构承压失稳细观力学机制尚不明确。利用自主研发的钻井防漏堵漏裂缝封堵层细观结构表征系统,模拟了承压过程中物理类颗粒材料构成的裂缝封堵层细观结构演化过程,明确了承压过程裂缝封堵层强弱力链演化特征,基于网络科学方法提取了裂缝封堵层细观力链网络,揭示了裂缝封堵层结构失稳细观力学机制。研究结果表明,裂缝封堵层承压过程伴随着细观力链的形成—破坏—再形成。强力链网络构成裂缝封堵层承压的力学基础,强力链网络断裂是裂缝封堵层承压失稳的细观力学机制。裂缝封堵层承压时,颗粒间接触力逐渐增加,强力链占比逐步升高,弱力链占比逐渐降低,链状强力链与三角形、五边形、环状等强力链相连构成了强力链网络。裂缝封堵层承压失稳后,强力链构成的网络形态断裂,演化为交错状、链状力链,强力链占比降低,弱力链占比升高。进一步提出了强力链平均抗剪强度、强力链发育程度和力链网络几何结构3类指标,作为裂缝封堵层细观结构承压稳定性主控因素,进而形成了堵漏配方封堵效果评价新方法,并为新型高封堵强度堵漏材料研发提供依据。

氮气泡沫层内封堵工艺在稠油冷采中的研究与应用

由于地层中油水粘度比差异大,普通稠油底水油藏普遍具有低含水期短和含水上升快的特点,而层内堵水工艺目前在国内外油田的应用尚处于探索阶段。本文介绍了泡沫剂稳定性、阻力因子以及气、液、泡沫剂比例优化等氮气泡沫层内堵水工艺先导试验研究和现场试验情况。在对部分成功和不成功井例试验效果分析的基础上,初步总结了氮气泡沫层内封堵工艺技术特点和选井规律,以指导下步该工艺的推广应用。

裂缝性地层桥接堵漏技术发展综述与展望

我国83%深层油气有待开发,向深层进军获取油气资源是保障国家能源安全的重大战略任务。而裂缝性地层井漏是制约超深层油气钻井的关键“卡脖子”难题。研发专用堵漏材料形成高效堵漏技术,提高深层裂缝性地层一次堵漏成功率,是钻井工程领域当前研究和实践的重点之一。桥接堵漏是裂缝性漏失地层最常用的堵漏技术之一。因此,本文对裂缝性地层桥接堵漏技术进行了详细的综述,概括了桥接堵漏材料的分类、作用机理以及桥接堵漏配方的设计方法和组成,阐述了提高裂缝性地层桥接封堵层稳定性的机制和承压堵漏机理,厘清了桥接封堵层的形成、破坏和结构演化机制。同时,展望了裂缝性地层桥接堵漏技术的发展前景,对于实现高效安全钻井、加快超深层油气开发进程、保障国家能源安全具有重要意义。

吉林油田深层气井封堵工艺浅析

吉林油田深层气井由于地层压力高、温度高,打水泥塞时替量多,计量误差大,水泥塞侯凝时容易气侵等原因,常造成封堵失败。实践总结认为,对于不同流体性质的产层,采取不同的封堵工艺,可实现封堵成功。对于干层,替量准确,标准施工,可正常封堵;对于水层,可根据溢流量决定封堵方式;对于纯气层,在压井液中填砂后,打水泥塞,其厚度不小于40 m,实现永久封堵等。针对不同目的层段的封堵工艺进行了分析总结,为封堵工艺的施工提供了借鉴。

应用注水井单层封堵技术实现层间接替

本文在强调了注水井单层封堵的必要性的前提下,重点介绍了中原油田采油四厂近年来应用注水井单层挤封技术的做法。2000年以来共实施水井挤封41井次,有效38井次,有效率92.7%。共处理油层622.4m/233n,挤入堵剂3064.5m3,平均处理半径2.95m,平均单井注水压力由21.5MPa上升到30MPa,上升了8.5MPa,平均单井日注由145m3/d下降到105.3m3/d。