深井超深井钻井堵漏材料高温老化性能评价

深井超深井钻进裂缝性油气层极易发生频繁的钻井液漏失,造成严重储层损害和重大经济损失。储层段钻进过程中经常发生重复性漏失,意味着仅用酸溶率、粒度分布等常规堵漏材料评价指标已不能满足钻井液漏失控制工程需要。笔者以塔里木盆地克深气田钻井常用的核桃壳、毫米级碳酸钙为研究对象,开展了堵漏材料高温老化评价实验。实验评价结果表明,在180℃的柴油中老化24 h后,核桃壳的颜色由黄色变成黑色,质量损失率为25.16 % ,摩擦系数下降28.24 % ,抗压强度下降21.21 % ;毫米级碳酸钙的颜色由白色变成淡黄色,质量损失率为2.47 % ,摩擦系数下降1.33 % ,抗压强度基本不变;由高温老化后的核桃壳和毫米级碳酸钙所形成的封堵层,其承压能力下降了48.84 % 。分析指出,堵漏材料高温老化失效是深井超深井裂缝封堵层结构破坏并在储层段发生重复性漏失的一个重要因素。     

钻井用桥接堵漏材料的试验方法和试验设备

本文介绍了钻井用桥接堵漏材料的试验方法和设备,提供了缝隙桥堵过程的封堵力学分析及可用于预测或证实材料试验结果的数学模式,并提出了有关桥堵材料试验的建议。     

我国钻井用堵漏材料发展状况

钻井用堵漏材料是我国钻井液材料大家族中的重要组成部分。文中分析了我国堵漏材料发展经历的3个阶段,介绍了目前堵漏材料的6个类型,提出了研究适用于产层保护的堵漏剂是今后发展的方向,对现有新型堵漏剂应加强推广应用。     

常用钻井堵漏材料形貌特征参数研究

井漏是在油田开发过程中发生的钻井工程事故,是指钻井液大量漏入地层的现象。钻井施工时常遇到不同程度的井漏,针对不同的漏失原因选择合适的堵漏材料是解决井漏复杂的关键。本文通过对堵漏材料的形貌、粒度分布、长径比、摩擦系数以及抗压强度进行测量评价,为裂缝封堵设计出最优堵漏材料搭配方案,为现场钻井过程中快速筛选出应对不同宽度漏失裂缝的堵漏材料提供可靠的数据和技术支持。实验结果表明堵漏过程中应加入多种几何状态的堵漏材料,同时加入蛭石和云母等可变形堵漏材料可进一步提高地层承压能力。     

钻井堵漏材料送入工具研究与应用

为了解决裂缝性漏失在处理过程中遇到的架桥材料较大,无法通过泥浆泵滤网和钻头的问题,设计了一种井下旁通阀式堵漏材料送入工具。该工具将堵漏材料直接灌入套管内,到达堵漏位置后,加压将堵漏材料压入地层。现场应用表明,该工具能够将堵漏材料准确压入地层,并且在下钻过程中保证泥浆的循环。     

吸水材料在石油钻井堵漏中的应用

吸水材料,特别是具有一定强度的凝胶吸水材料,在处理复杂地层漏失中发挥着越来越重要的作用。综述了堵漏用吸水材料的成分及其结构,从提高强度、提高抗温性能及控制膨胀速度等方面评述了当前堵漏用吸水材料的改进方法,并在实践的基础上阐述了吸水材料的堵漏机理。讨论了堵漏用吸水材料的发展趋势。     

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。      

新型复合堵漏材料的研制及效果评价

新型复合堵漏材料以石英砂和沥青作为原材料,通过试验优选,确定沥青与石英砂的最佳加量比例为5∶17.5,最佳加热时间为5.5 min。用新型复合堵漏材料YC—1配方进行高温高压封堵试验,试验表明,采用YC—1配方后的封堵效果远远好于未加工石英砂的封堵效果,在加压到500 psi后基本上实现了完全封堵,且模拟地层可以承受500 psi的压力。由于粗颗粒和细颗粒YC—1都具有变形性,故新型复合堵漏材料的桥堵、充填都可以达到最佳和最稳定效果。粗颗粒和细颗粒YC—1加量的比例可以采用1∶1,但是总浓度不应超过5%。     

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。      

钻井堵漏材料送入工具的研究与应用

为了解决钻井漏失在处理过程中遇到的架桥材料较大而无法通过钻井泵滤网和钻头的问题,设计了一种旁通式堵漏材料送入工具。该工具可将堵漏或固壁材料准确地送至预定位置,可以避免膨胀性有机堵漏材料在施工过程中膨胀,还可以送入无法经过钻井泵的长纤维和大颗粒等材料。现场应用表明,该工具在下入过程中能保证钻井液的循环畅通,并将高浓度堵漏材料定点挤入漏失层位,实现快速封堵。     

考虑复杂应力分布的数值缝宽计算模型及其应用

缝宽的预测精度,对于裂缝延伸模拟和压后产能评价具有显著影响。但目前的缝宽计算方法都对裂缝壁面的应力分布情况进行了简化,不能真正有效地利用现场实测数据,对动态缝宽的预测也不一定准确。基于经典模型的缺陷,建立了可以考虑任意复杂应力分布的数值缝宽计算模型,该模型首先将原始的复杂分布应力离散成多个矩形均匀分布应力,再通过叠加原理得到缝宽表达式。经解析解对比验证,数值缝宽模型的计算精度随着离散单元个数的增加而提高,具有很高的实用价值。地应力扰动分析显示,随着地应力的波动幅度增加、频率降低,经典简化模型的计算结果与实际缝宽的偏差逐渐增大;当地应力波动的频率很高时,缝宽会出现明显的震荡,极大地增加缝内流动摩阻。将该模型应用于现场实例中,模拟输出的缝宽会在高应力夹层处出现明显的颈缩现象,在进行该类储层的施工时,应该通过加大前置液用量或者增加排量等方式来提高净压力,以保证支撑剂的铺置效率。裂缝三维延伸的模拟结果显示,当地应力存在严重波动时,需要考虑裂缝壁面粗糙度对缝高的抑制作用。     

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。     

热致形状记忆“智能”型堵漏剂的制备与特性实验

裂缝性漏失是钻井工程中的世界性难题,具有裂缝开度不明确、堵漏效率低等特点。传统的桥接堵漏材料对裂缝开度敏感性较强,难以实现有效的自适应架桥封堵。基于形状记忆智能材料学科新进展,利用"热-机械变形"基本原理,研制了不同粒径的热致形状记忆智能型堵漏剂（密度为1.16 g/cm³）,借助傅里叶红外光谱仪、差示扫描量热仪和"折叠-展开"形状记忆测试方法,实验评价了其分子结构、玻璃化转变温度和形状记忆性能;测试了高温高压条件下颗粒膨胀及力学性能;开展了长裂缝封堵模拟实验,探讨了裂缝封堵机理。结果表明,热致形状记忆堵漏剂的玻璃化转变温度可依据漏层温度进行调控（72.86~102.35℃）,形状固定率和回复率大于99%;高温高压条件下（120℃、20 MPa）颗粒D90增长率大于40%,激活后抗压强度高,有利于在裂缝中自适应架桥封堵。热致形状记忆堵漏剂激活前为片状,易进入裂缝,达到激活温度后膨胀至立方体块状的三维结构,在一定范围内可自适应匹配漏层裂缝宽度,封堵效率高,采用一套封堵工作液配方即可成功封堵3~5 mm不同开度共存裂缝,实现温敏、自适应、高效封堵作用。     

热致形状记忆“智能”型堵漏剂的制备与特性实验

裂缝性漏失是钻井工程中的世界性难题，具有裂缝开度不明确、堵漏效率低等特点。传统的桥接堵漏材料对裂缝开度敏感性较强，难以实现有效的自适应架桥封堵。基于形状记忆智能材料学科新进展，利用"热-机械变形"基本原理，研制了不同粒径的热致形状记忆智能型堵漏剂（密度为1.16 g/cm³），借助傅里叶红外光谱仪、差示扫描量热仪和"折叠-展开"形状记忆测试方法，实验评价了其分子结构、玻璃化转变温度和形状记忆性能；测试了高温高压条件下颗粒膨胀及力学性能；开展了长裂缝封堵模拟实验，探讨了裂缝封堵机理。结果表明，热致形状记忆堵漏剂的玻璃化转变温度可依据漏层温度进行调控（72.86~102.35℃），形状固定率和回复率大于99%；高温高压条件下（120℃、20 MPa）颗粒D90增长率大于40%，激活后抗压强度高，有利于在裂缝中自适应架桥封堵。热致形状记忆堵漏剂激活前为片状，易进入裂缝，达到激活温度后膨胀至立方体块状的三维结构，在一定范围内可自适应匹配漏层裂缝宽度，封堵效率高，采用一套封堵工作液配方即可成功封堵3~5 mm不同开度共存裂缝，实现温敏、自适应、高效封堵作用。     

Preparation and properties of magnesium oxysulfate cement and its application as lost circulation materials

Loss of drilling fluids in large porous and fractured zones inevitably up-regulates the overall cost of drilling.As a type of acid-soluble cement,magnesium oxys...     

用于钻井堵漏的特种凝胶屈服应力研究

特种凝胶是一种处理钻井恶性漏失的堵漏剂,其屈服应力与凝胶的可泵性、施工管线的安全性和在地层的堵漏效果等密切相关。为此,采用先进的HAKKE RS6000流变性锥板系统及锯齿板系统研究了特种凝胶（ZND-2）的屈服应力,分析了稳态方法和动态方法测试之间的关系,并与钻井液常用屈服应力评价方法的结果进行了对比,还分析研究了屈服应力恢复与时间的关系。结果表明,选用控制应力模式的应变-应力双对数曲线拐点和应力扫描测试的线性黏弹区与非线性黏弹区界限能够准确的获取凝胶的屈服应力,凝胶屈服应力在温度低于50 ℃时随温度增加而小幅增加,屈服应力在剪切作用停止后恢复速度快,是有利于堵漏成功的因素。     

缝洞型碳酸盐岩地层井漏预测的模糊数学方法

井漏是深井超深井钻井工程中最普遍的复杂性事件之一。基于碎屑岩层系欠压实理论的压力预测等方法不适用于碳酸盐岩层系,使得碳酸盐岩储层钻前井漏预测难度加大。运用模糊数学理论,将井漏中地质因素中的各影响因素及其对漏失通道判断较敏感的地震属性等进行分层,建立漏失概率评价数学模型;应用工程模糊数学的指标隶属度刻画方法,建立易量化指标的隶属度函数,进而用九标度法和均方根法计算及分配高、低层次指标的权重,采用加权合成得到评价值,综合评判待钻地层漏失概率。经检验,所建立的漏失预测模型预测值与实际符合程度较高,表明该预测方法具有一定的可行性。     

考虑断裂和腐蚀失效的海洋平台动态可靠性研究

对海洋平台寿命周期内的动态可靠性进行了研究,提出了单独考虑断裂、腐蚀失效以及同时考虑两种失效模式相互作用的3种动态可靠性分析模型。在此基础上,对平台系统的疲劳可靠性进行了研究,给出了相应的评估方法和计算公式。提出了一种谱分析与时间域相结合的疲劳应力分析方法。该方法结合了两者的优点,一方面可以较好地考虑系统的非线性,同时有效的减少计算工作量,便于实际工程计算。     

钻井工程中井漏防漏堵漏技术研究

本文首先分析了在我国钻井工程当中的防漏防堵技术存在的不足,之后,研究了在我国钻井工程中常用的新技术,并从3个方面研究了能够有效提升我国防漏防堵技术的方案,以供参考。