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...     

钻井液致密承压封堵裂缝机理与优化设计

针对钻井液防漏堵漏技术难题,借鉴微观颗粒物质力学“强力链”基本原理,提出了评价防漏堵漏材料的颗粒强度、颗粒弹性、颗粒表面摩擦等主要精细化技术指标,建立了相应的实验表征方法,揭示了基于微纳米尺度的钻井液致密承压封堵机理,给出了钻井液强化致密承压封堵优化设计方法,即通过合理的颗粒类型、粒度级配与浓度控制,刚性颗粒、弹性颗粒、纤维材料等协同封堵裂缝,可形成具有“强力链网络”的致密承压封堵层,显著提高地层承压能力。研制了钻井液封堵特性评价动态模拟实验装置,可模拟不同地层温度、压力条件下不同开度裂缝的漏失与封堵过程,为致密承压封堵机理及钻井液防漏堵漏效果评价提供了实验方法。采用所研制的封堵动态模拟实验装置,优化了不同开度楔形裂缝的强化致密承压封堵钻井液配方。实验结果表明,其具有良好的自适应裂缝开度致密封堵特性,承压能力达8 MPa以上,可显著提高地层承压能力。     

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。     

基于多尺度融合的巨厚复杂裂缝性储层精细表征

潜山裂缝型储层研究及精细表征一直是业界难题,特别像渤海BZ这样的大型巨厚潜山气藏,断裂系统复杂,储集类型多样,裂缝储层精细表征难度更大.充分研究气田地震、岩心资料及观测相似露头,应用类比和地质统计学方法,分尺度进行了裂缝描述并研究了裂缝分布规律;在此基础上,制作了BZ气田不同尺度裂缝长度与累积频率归一化图版,发现各尺度...     

鄂尔多斯盆地延长组长72油层组陆相页岩纹层及裂缝分布特征的量化表征

为明确鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩纹层及裂缝分布特征,运用高清摄像、超景深显微镜、IPP软件、分形几何学、蒙特卡罗模拟等多种手段对长7₂油层组陆相页岩试样纹层及裂缝进行了观测和表征。划分了亮色和暗色纹层两种类型,并通过XRD实验对亮色和暗色纹层矿物组分进行了比较。分别统计了亮色和暗色纹层在宏观、放大20倍和50倍三种观测尺度下的纹层厚度分布规律,分析了不同厚度级(1 mm以下、1～10 mm和10 mm以上)纹层平均厚度的分布规律。表征了裂缝宽度、间距和倾角的分布特征,并结合不同类型纹层分布规律,建立了陆相页岩二维细观结构模型。研究结果表明:(1)亮色纹层中矿物类型以石英、长石等脆性矿物(80%)为主,暗色纹层主要由40%的脆性矿物和40%的黏土矿物组成。(2)陆相页岩总纹层厚度与数量拟合满足指数函数关系,亮色纹层厚度与数量拟合满足幂函数关系,暗色纹层厚度与数量拟合满足对数函数关系。(3)随着观测尺度增大,薄纹层(1 mm以下)出现频率增高,中等纹层(1～10 mm)和厚纹层(10 mm以上)出现频率均降低,且不同类型纹层厚度级与相应纹层平均厚度的对数值间呈现出线性...     

基于多尺度融合的巨厚复杂裂缝性储层精细表征北大核心CSCD

潜山裂缝型储层研究及精细表征一直是业界难题,特别像渤海BZ这样的大型巨厚潜山气藏,断裂系统复杂,储集类型多样,裂缝储层精细表征难度更大。充分研究气田地震、岩心资料及观测相似露头,应用类比和地质统计学方法,分尺度进行了裂缝描述并研究了裂缝分布规律;在此基础上,制作了BZ气田不同尺度裂缝长度与累积频率归一化图版,发现各尺度裂缝长度分布均符合幂律定律,且指数基本一致(为2左右),可以利用该图版进行BZ气田各级尺度裂缝规模发育频率的预测。针对不同尺度裂缝规模及其对渗流的影响,引入非结构网格剖分技术,结合地震、成像测井、岩心等资料,形成了多尺度融合的巨厚复杂裂缝型储层精细表征方法,建立了裂缝储层网格和属性模型。模型应用情况表明,基于该模型的数值模拟研究能较好地反映储层空间非均质性及其开发风险,可为开发方案研究奠定基础。     

基于多实验成像和机器学习的页岩多尺度孔隙结构表征新方法

准确、全面地认识页岩孔隙结构是精准评估储量和高效开采油气的基础和关键。为此,以渤海湾盆地济阳坳陷古近系始新统沙河街组页岩为例,综合应用包括X射线计算断层扫描、大视域扫描电子显微镜、扫描电子显微镜和聚焦离子束扫描电子显微镜在内的多实验联用成像技术,获取了二维和三维多分辨率页岩微观结构图像,并结合图像处理和机器学习算法,实现了对页岩孔隙结构进行单一尺度与多尺度的同步表征。研究结果表明：(1)研究区页岩的孔隙空间主要由微裂缝、无机质孔隙、有机质和有机质孔隙组成,且都呈现出多尺度特征。(2)无机质孔隙类型多样,其中溶蚀孔隙发育丰富;有机质呈现出条状和散块状分布,部分有机质中未发现有机质孔隙。(3)孔隙半径小于20 nm的占比为25%,20～50 nm的占比为19%,50～100 nm的占比为29%,100～500 nm的占比为14%,500 nm～20μm的占比为11%,20～50μm的占比为2%。(4)有机质孔隙的连通性弱于无机孔隙,有机质孔隙与无机质孔隙的连通对油气运移起着至关重要的作用,微裂缝主导流体流动通道。(5)孔隙半径小于50 nm的孔隙基本以有机质孔隙为主,孔隙半径介于50～50...     

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。     

基于Curvelet变换的多尺度性识别裂缝发育带

本文以Curvelet变换为基础,提出了一种预测断层和裂缝发育带的方法。基于Curvelet变换的多尺度性、多方向性和强局部化功能,在曲波域中给出了不同的重构系数,得到突出不同频带和不同方位的地震数据体,然后结合相干体边缘检测技术,对断裂和裂缝发育带及其走向进行预测。通过模型和实际地震资料应用说明了方法的有效性。     

高分子材料的力学状态转变机理及在钻井液领域的应用展望

通过系统论述高分子材料在不同条件下的力学状态转变机理,并对其在钻井液封堵、防漏堵漏、固壁和降滤失领域的研究进展和应用进行了梳理,分析了其在钻井液领域应用中存在的问题,进一步展望了其在封堵、防漏堵漏、固壁和降滤失领域的应用前景。高分子材料作为封堵剂,可通过链纠缠、范德华力和氢键等作用,有效封堵地层微小孔隙;作为随钻防漏/堵漏剂,可通过机械互锁或化学键结合等作用黏连架桥,形成高强度胶结封堵层;作为固壁剂,可通过高分子链扩散、纠缠、静电和氢键等作用吸附聚集于井壁和微裂缝,维持井壁稳定;作为降滤失剂,可与黏土、聚合物协同作用,在井壁形成一层致密的高强度滤饼,降低钻井液滤失量。高分子材料在钻井液领域的研究将进一步促进钻井液处理剂技术的飞速发展。     

顺北油田二叠系火成岩防漏堵漏技术

井漏是影响顺北油田安全、快速、高效钻井的重大技术难题之一。通过对现场漏失资料的统计分析,明确了顺北油田二叠系地层具有非均质性强、多尺度裂缝发育和裂缝易扩展的特点,且整体上北部漏失程度较轻,南部漏失程度较严重;二叠系漏失机理为压差性漏失和裂缝扩展性漏失,并以压差性漏失为主。优选了高效随钻封堵剂SMGF-1,钻井液中加入3%的SMGF-1,可使得0.45～0.90 mm砂床承压达8.5 MPa,具备良好的防漏效果;研发了高效承压堵漏剂SMKZD-1,1～3 mm裂缝承压均大于5.0 MPa,具有良好的广谱封堵效果。现场应用表明,该防漏堵漏技术可以提高二叠系火成岩地层的防漏与堵漏效果。