凝胶承压堵漏技术在普光地区的应用

普光地区承压堵漏技术存在裸眼段长、漏层及缝洞孔喉尺寸难、存在张开性裂缝和岩石骨架承压能力低等难点，桥塞堵漏的效果不理想。因此对桥塞堵漏剂进行改进，通过引入凝胶聚合物和胶结剂形成凝胶堵漏剂。性能评价结果表明，凝胶堵漏剂对不同漏失通道的适应性好，能与地层胶结成高强度的封堵层，对由5-20mm砂粒组成的砂床或10-30mgl石子模拟漏层均具有很好的封堵能力，封堵层的承压能力大于9MPa；该剂的弹性变形能力、膨胀堵塞和化学胶结作用能有效提高材料进入和驻留漏层的能力。凝胶堵漏技术在普光地区4口井中进行了试验，成功率为100％，取得了很好的承压堵漏效果，证实了该技术具有现场适应性好和堵漏程度高的标性。     

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。     

提高地层承压能力的钻井液堵漏作用机理

应用线弹性岩石力学和岩石断裂力学基本理论,揭示了钻井液堵漏阻止诱导裂缝延伸并提高裂缝重启压力从而提高地层承压能力的作用机理。通过分析承压堵漏后缝内压力分布,建立了封堵诱导裂缝的断裂力学模型,并给出承压堵漏阻止诱导裂缝延伸的必要条件;基于井周围岩裂缝诱导应力场的数学模型,提出了堵漏提高诱导裂缝重启压力的力学实质。理论研究表明,堵漏材料在裂缝入口后一定距离封堵为封堵诱导裂缝的最佳位置形式;裂缝尖端部分流体压力必须低于水平最小主应力,且该压力越低,越有利于裂缝的阻裂;诱导裂缝重启压力的提高依赖于周向诱导应力,堵漏材料必须支撑裂缝以维持周向诱导应力;承压堵漏作用机理包含密封和支撑裂缝两方面,堵漏材料应同时具有封堵性能和机械强度。     

诱导裂缝性井漏止裂封堵机理分析

承压堵漏过程中,堵漏材料进入缝内形成致密的封堵体,封隔井内压力与缝内压力之间的压力传播.利用达西定律和泊肃叶方程分别分析了缝内封堵体区域和缝内其他区域的压力分布;给出了堵漏材料承压封堵过程中诱导裂缝止裂的必要条件.通过缝宽与颗粒粒径比值和颗粒体积百分比雷诺数2个无量纲参数,可以建立堵漏材料封堵裂缝的封堵条件,堵漏材料的粒径和浓度需满足封堵条件曲线的下方区域才会形成稳定封堵体.承压堵漏效果不仅取决于堵漏材料的特性,还受到诱导裂缝性质的影响.因此,控制诱导裂缝性漏失中堵漏材料的优选需紧密结合诱导裂缝的特征.     

超分子聚合物堵漏技术在长庆油田恶性漏失井的应用

长7页岩油储层致密但流体流动性好,砂岩储层存在微米级孔隙,加上存在断层构造,导致钻进过程中渗透性漏失、裂缝性漏失甚至失返性漏失频发,常规堵漏材料无法满足钻井施工要求,造成非生产时间和成本大幅度增加,严重制约了勘探开发进程。借助超分子化学理论,通过合成优化配方,研发出了新型超分子聚合物防漏堵漏材料,并对其微观结构、剪切稀释性和恶性漏失承压堵漏能力进行了表征与测试。研究结果表明,超分子聚合物堵漏材料不仅具有优异的剪切稀释性和黏附能力,而且对两层钢珠床（钢珠直径8～10 mm）模拟的大孔隙性漏失和直缝板（缝宽2～6 mm）模拟的裂缝性漏失均具有较强的承压堵漏效果,承压达6 MPa。在长7页岩油区块典型恶性漏失井应用表明,超分子聚合物堵漏技术可以有效提高裂缝性漏层的承压能力,减少漏失量并降低综合堵漏成本,助力长7页岩油勘探开发,值得进一步研究和推广。      

HMXW 网状纤维承压堵漏实验

为提高复杂漏失地层的承压堵漏成功率,研究了HMXW 网状纤维的承压堵漏性能与堵漏机理。使用尺寸为3～6 mm 的滚珠和割缝钢块模拟大孔道和裂缝性漏失地层,研究了HMXW 在裂缝性漏失地层中的堵漏性能。实验结果表明:① HMXW 网状纤维加入现有承压堵漏体系后,能够在体系中形成独特的弹性网状结构,帮助承压堵漏剂快速失水,形成高强度的封堵层,阻断堵漏施工中的压力传递作用,加固漏失层近井带,提高承压强度;② 0.8% 的HMXW 网状纤维加入承压堵漏体系后,能够封堵3 mm 以下的裂缝性漏失地层;③ 1.6%HMXW 网状纤维加入承压堵漏体系后,能够封堵4～5 mm 的裂缝性漏失地层。HMXW 网状纤维堵漏技术的研究为承压堵漏技术提供了一个新的技术手段,有利于改进和提高现有承压堵漏体系在复杂漏失层中的承压堵漏强度和堵漏成功率。      

快速滤失固结堵漏材料ZYSD的研制及应用

裂缝性漏失的漏失通道复杂且诱导敏感性强,采用常规桥塞堵漏材料堵漏,由于堵漏材料的粒径难以与裂缝尺寸相匹配,堵漏成功率低,且易发生重复漏失,而采用水泥浆堵漏,不但水泥浆驻留性差且存在安全风险。为此,根据"快速滤失驻留+纤维成网封堵+胶凝固化"的堵漏思路,选用滤失材料、纤维成网材料及胶凝材料复配了适用于裂缝性漏失的快速滤失固结堵漏材料ZYSD。室内性能评价表明:ZYSD堵漏浆的悬浮稳定性好,1 min析水率小于5%;滤失速度快,在0.69 MPa压力下全滤失时间为10~15 s;封堵能力强,在缝宽5.0~10.0 mm裂缝中形成封堵层的承压能力达18.5 MPa。ZYSD堵漏材料在鄂北、延长、冀东、中原和涪陵等油气田应用了32井次,一次堵漏成功率达87.5%,且未再发生重复漏失。这表明ZYSD堵漏材料可以有效解决裂缝性漏失堵漏成功率低、堵漏有效期短,易发生重复漏失的问题。      

基于弹性网眼体的油基钻井液堵漏体系研究与应用

针对常规堵漏材料与裂缝适应性差的难题，优选压缩变形性好的弹性网眼体作为架桥材料，对其表面改性制备了耐温耐油弹性孔网材料，通过研选刚性颗粒、弹性颗粒、纤维材料，构建了基于弹性孔网的油基钻井液堵漏体系。室内利用2 mm×1 mm楔形长裂缝封堵模拟评价实验装置对堵漏体系封堵性能进行了评价。实验结果表明，形成的堵漏体系裂缝封堵区域位置适中，封堵区域厚度增加，漏失量小，承压能力高。基于弹性孔网的油基钻井液堵漏体系在现场进行了多口井的应用，一次堵漏成功率达84.6%。该技术成果可为裂缝性地层油基钻井液漏失提供行之有效的技术思路。     

南海莺琼盆地高温高压井堵漏技术

南海西部莺琼盆地地质条件复杂,井底温度和压力高,钻进目的层过程中井漏频发。为解决井漏问题,在分析发生井漏主要原因的基础上,提出了将耐高温刚性堵漏材料和耐高温弹性堵漏材料相结合的思路。在钻井液中添加耐高温刚性堵漏材料DXD和耐高温弹性石墨堵漏材料TXD配制成堵漏浆,DXD在诱导裂缝中架桥,TXD在压差作用下充填于诱导裂缝剩余孔隙中,防止诱导缝进一步开启扩大,封堵诱导裂缝,提高地层承压能力。室内性能评价表明,堵漏浆密度最高可达2.40 kg/L,抗温能力可达200 ℃。堵漏浆在莺琼盆地多口高温高压井进行了应用,堵漏效果较好,堵漏成功率由采用常规堵漏技术的30%左右提高到了80%以上。这表明,该堵漏浆可以封堵莺琼盆地目的层的诱导裂缝,提高地层的承压能力和堵漏成功率,解决井漏频发的问题。      

裂缝封堵失稳微观机理及致密承压封堵实验

裂缝性地层堵漏过程中,桥接堵漏材料形成的封堵层受力学因素影响易发生失稳破坏,导致封堵层承压能力较低,产生重复性漏失。基于裂缝封堵层微观结构受力分析,探讨了挤压破碎失稳、摩擦滑动失稳、剪切错位失稳、渗透漏失失稳等4种封堵失稳破坏形式,提出了粒度降级率、表面摩擦系数、剪切强度、堆积孔隙比等评价封堵失稳的特征参数;给出了裂缝致密承压封堵物理模型,即通过合理的堵漏材料类型和粒径级配优化控制,有利于在裂缝入口端附近形成致密承压封堵层。研制了长裂缝封堵模拟实验装置,开展了致密承压封堵模拟实验研究。实验表明,不同类型堵漏材料优化协同作用,可增大封堵层抗压强度、表面摩擦系数和抗剪切强度,形成紧密堆积结构,易在裂缝入口端附近形成致密承压封堵层,提高裂缝封堵突破压力,预防井漏。     

网状泡沫材料的堵漏特性研究

针对钻井液在长裂缝性漏失问题,室内评价了一种新型网状泡沫堵漏材料,将其与筛网堵漏材料进行对比和复配,研究出针对裂缝性漏失堵漏效果良好的配方。实验结果表明,该堵漏配方具有良好的封堵长裂缝能力,将质量分数为0.08%的网状泡沫（体积分数为4%）加入到原无法成功封堵模拟裂缝的基础配方中后可承压5 MPa,漏失水基钻井液165mL;与质量分数为0.45%筛网堵漏材料复配能使漏失量减少到45 mL,在高密度油基钻井液中也可承压5 MPa,但漏失量相对较大。网状泡沫堵漏材料可压缩变形,适用于各种尺寸裂缝。钻井液在泡沫孔隙中流动阻力大,大量网状泡沫颗粒分布于裂缝中能够形成多个较弱封堵隔墙,缓解了尾部封堵隔墙承受的压力,同时也可以在较窄裂缝中与刚性颗粒共同起到架桥作用。由于网状泡沫堵漏材料在油基钻井液和高温条件下强度变弱,因此更适于在常温水基钻井液中使用,且其来源广泛,经济实用,具有良好的应用前景。      

深层页岩气油基钻井液承压堵漏技术

随着涪陵页岩气向深层开发,钻井液密度达到1.75 g/cm3,固井水泥浆密度达到1.85～1.89 g/cm3,为了提高固井质量,防止水泥浆漏失,需要提高油基钻井液应用井段承压能力。国外新型油基堵漏材料在涪陵二期深层页岩气焦页XX井进行了应用。应用效果表明,该技术能够实行随钻封堵,对钻井液的流变性能没有副作用,在提承压作业过程中,对部分漏失层段进行承压作业,承压能力能够从1.75 g/cm3提至1.80 g/cm3。最后对全部漏失层段进行承压作业,采用国外油基堵漏剂和自研油基堵漏材料T150联合堵漏,承压能力提高至1.85 g/cm3。研究结果表明,该油基堵漏技术适用性强,配方简化,亲油性强,可操作性好,可以进行推广应用。      

油基钻井液随钻防漏技术实验研究

与水基钻井液相比,油基钻井液更容易发生井眼漏失,且井漏现场处理困难,一旦发生井漏,往往会造成重大经济损失。针对油基钻井液漏失问题,从油基钻井液井漏预防措施入手,通过优选不同类型的钻井液防漏堵漏剂,研制了新型油基钻井液随钻防漏堵漏材料,并探讨了其协同作用机理。渗透性封堵实验以及作用机理分析表明,刚性架桥颗粒、弹性填充颗粒、微细纤维材料等不同类型钻井液防漏堵漏剂具有协同作用效果,能够迅速形成具有"强力链网络"的致密封堵层,显著提高了油基钻井液的随钻防漏堵漏性能。进一步优化了强封堵性油基钻井液体系,该体系在120℃、16 h热滚前后的流变性、滤失性能良好,PPA砂盘滤失量仅为11.4 m L,具有良好的随钻防漏堵漏性能,能够起到强化封堵井壁作用,有助于提高地层承压能力。     

凝胶复合防漏堵漏技术在火焰山腹地表层的应用

吐哈盆地鲁克沁油田火焰山腹地表层钻井过程中,恶性井漏频繁发生,堵漏时间占表层钻井周期的60%以上,严重影响了鲁克沁油田的开发上产效果。针对火焰山腹地表层恶性漏失技术难题,在多次常规堵漏、注水泥堵漏、综合堵漏、膨胀堵漏、雷特堵漏和凝胶堵漏等多种堵漏方式效果不佳的情况下,研发了凝胶复合防漏堵漏技术。该技术的主剂是一种水溶性高分子聚合物堵漏凝胶,其分子链呈空间网状凝胶结构,利用结构性流体较强的剪切稀释性,通过引入不同粒径的刚性堵漏材料和可变形颗粒实现紧密堆积和压实,提高地层承压能力,形成具有防漏和堵漏双重功能的堵漏体系。凝胶复合防漏堵漏技术在火焰山腹地玉北10-20、玉北8-17、玉北8-16等5口井表层进行了现场试验。应用结果表明,比同区块平均漏失量降低74.3%,堵漏损失时间节约93.5%,表层钻井周期节约57.8%。该技术对失返性漏失、溶洞型漏失以及返出量较小的裂缝性漏失具有良好的堵漏效果。      

新型延迟膨胀堵漏剂特性实验研究

裂缝性地层严重井漏难题严重制约复杂地质条件油气高效钻探开发。目前常用桥接堵漏材料可变形性较差,而常见吸水树脂类堵漏材料的膨胀速度过快,导致上述堵漏材料难以在漏失通道中形成致密承压封堵层。为此,研制了一种新型延迟膨胀堵漏剂SDSAP,密度为1.52 g/cm3,粒径为0.425~3.35 mm,可根据漏失情况进行调节;具有良好的吸水膨胀性能以及抗压性能、抗盐性能;吸水膨胀后具有可变形性,适用漏失通道尺寸范围较宽;具有适度延迟膨胀效应,常温下膨胀速率较低;同时具有一定温度响应特性,在地层高温刺激下可快速膨胀,有利于降低封堵层形成时间,减少漏失量。基于延迟膨胀堵漏剂SDSAP,协同复配刚性、弹性及纤维等类型堵漏材料,实验优化得到了适用1~3 mm开度裂缝的致密承压堵漏工作液体系配方,承压能力达7 MPa以上,且漏失量较低,可用于较好解决复杂裂缝性地层井漏问题。      

高温地层钻井堵漏材料特性实验

深井高温地层堵漏技术对堵漏材料的抗/耐温能力、抗压强度和沉降稳定性等提出了更高要求。针对高温地层钻井堵漏技术难题,基于220℃高温老化质量损失率、粒度降级率、抗压破碎率、抗压弹性变形率、摩擦系数变化率、纤维断裂强度保持率等技术指标,借助扫描电镜观察堵漏材料高温老化前后微观结构变化,评价了常用的有机植物类、有机聚合物类和无机矿物类堵漏材料的基本抗温能力,揭示了高温老化性能下降机理。利用自制的高温高压裂缝封堵模拟实验装置,探讨了高温封堵层失稳破坏机制。实验优选出抗220℃高温的微细填充颗粒、弹性变形颗粒和片状填塞颗粒等3种堵漏材料;基于耐热高分子和无机矿物材料,自制了抗高温高强度低密度的刚性架桥颗粒、抗高温高强度纤维类两种新型堵漏材料。基于强力链网络结构的致密承压封堵基本原理,通过不同类型抗高温堵漏材料的复合协同作用,优化得到了针对不同裂缝开度的抗高温致密承压封堵工作液配方,其承压能力≥ 10 MPa,沉降稳定性好,酸溶率高,可用于解决高温地层或储层钻井堵漏技术难题。     

化学凝胶堵剂承压堵漏技术在顺北3井的应用

顺北3井是位于塔里木盆地顺托果勒低隆北缘构造的一口勘探井,该井二叠系火成岩裂缝发育,地层胶结差、易破碎,承压能力弱,钻井时发生6次井漏,先后使用桥浆、水泥浆等堵漏方式,堵漏效果不佳,一次堵漏成功率低。针对二叠系地层承压能力弱等问题,通过复配使用多种特殊纳米级堵漏材料,研制出一种化学凝胶堵剂HND-1。通过机理分析可知,HND-1具有"多元协同封堵"作用,能够大幅地提高地层的承压能力。室内性能评价结果表明,用HND-1配制的化学凝胶堵漏浆的稠化时间在4~20 h内可调,24 h的抗压强度可达12 MPa以上,密度在0.8~2.25 g/cm3内可调,与其他外加剂的配伍性能好。HND-1化学凝胶堵漏浆在顺北3井二叠系裂缝性漏层进行了现场试验,承压效果良好,现场试压5 MPa,30 min压降为0.2 MPa,二叠系当量密度达到1.55 g/cm3,满足了二叠系承压能力的要求。      

油基钻井液随钻堵漏技术与应用

针对在用油基钻井液钻进页岩气井水平段时井漏事故常有发生,造成严重的经济损失,研制了一种A型堵漏材料,对其进行了粒径分析,优选了最佳粒径范围,并在油基钻井液中评价了其堵漏性能。实验结果显示,A型堵漏剂的配伍性好,分散性好,吸油膨胀率高,抗150℃高温,砂床渗透侵入深度为1.0 cm,几乎是零滤失;与同类产品进行了对比,堵漏性能优于其他同类产品,具有好的防渗堵漏和裂缝堵漏效果;正向驱替压力为13 MPa,反向突破压力为1.2 MPa,承压强度高,反向驱替压力低,能够解决油基钻井液的渗透性漏失问题;A型堵漏剂与其他堵漏材料复配时能够有效解决1~3 mm裂缝漏失问题。形成了一套油基钻井液随钻堵漏技术,并在焦页195-1HF井进行现场应用,取得了良好的应用效果,不仅降低了焦页195-1HF井的钻井成本,同时缩短了钻井周期。      

裂缝性地层固化类堵漏材料井下运移仿真模拟研究

固化类堵漏材料常用于裂缝性地层恶性漏失堵漏,在裂缝近井壁处形成完整的固结段塞,是堵漏成功的前提。固化类材料进入井筒后难免会与地层流体发生共混,堵漏浆-地层流体两相体积分布随着空间和时间变化,与流体理化性质、施工参数、裂缝几何形貌等有密切关系。为此,采用CFD仿真模拟方法,研究了固化堵漏浆密度和流变参数对堵漏浆裂缝体积分布及流速的影响规律,几何模型选择三维井筒-垂直裂缝模型,模拟压差为1.9 MPa,堵漏浆入口流速为2.5 m/s,两相流模型为VOF模型,井筒和裂缝中原始流体为水基钻井液。模拟结果表明,堵漏浆密度和动切力对其在井筒和裂缝中运移影响少,稠度系数和流性指数对堵漏浆裂缝驻留性能影响显著。稠度系数或流性指数越高,堵漏浆裂缝中流速越小,体积分数越高,低于临界值后,裂缝中将一直以堵漏浆-钻井液共混流体存在。流性指数相比稠度系数对于堵漏浆裂缝驻留能力影响更为显著,牛顿流体和剪切增稠型堵漏浆更利于在裂缝中形成完整段塞。该仿真模拟工作为固化堵漏浆流变性优化提供一定理论基础,有利于提升固化堵漏技术一次成功率。      

聚合物凝胶堵漏研究进展

聚合物凝胶堵剂在解决钻井过程中出现的漏失现象时,具有高黏弹性、可变形性的优势,综述了常规聚合物凝胶堵剂和“智能”聚合物凝胶堵剂的最新进展。其中,常规聚合物凝胶堵漏材料成胶时间不可控,无法实现高效精准堵漏,而“智能”聚合物凝胶材料能够以多种机理实现高效、精准堵漏,日益成为当下堵漏材料研究的热点。今后,具有刺激响应功能的聚合物凝胶的研究将成为堵漏材料领域的重要方向之一。