CN104893693A - 一种钻井堵漏时提高地层承压能力的方法 - Google Patents

一种钻井堵漏时提高地层承压能力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钻井堵漏时提高地层承压能力的方法，通过将方解石、大理石、石英以及花岗岩混合，得到刚性封堵剂GFD，将刚性封堵剂GFD研磨为四个粒径级别，将各级GFD按比例混合，得到硬型堵漏材料；通过实验方法建立不同开度裂缝，刚性封堵剂GFD的不同粒径级别、堵漏材料浓度的最佳配比关系表；通过最佳配比关系表，配合辅助材料对不同开度裂缝进行堵漏操作。本发明堵漏方法能有效提高地层的承压能力，具有高强度、不水化、不易压碎，不变形等特点，在钻井裂缝堵漏过程中容易架桥，填充形成填塞层，能承受较高温度。

Description

一种钻井堵漏时提高地层承压能力的方法
技术领域
本发明属于堵漏材料领域，尤其涉及一种钻井堵漏时提高地层承压能力的方法。
背景技术
目前常用的桥堵材料按其形状可分为四大类，即颗粒状材料、纤维状材料、片状材料和其他材料。
常用的颗粒状材料为核桃壳、橡胶粒等，这类颗粒状材料在堵漏过程中通过卡住漏失通道的“喉道”，从而起“架桥”作用，因此，这种颗粒状材料又被称为“架桥剂”。
常用的纤维状材料来源于植物、动物、矿物以及一系列合成纤维，如锯末、石棉等。这类纤维状材料堵漏中起悬浮作用，在形成的堵塞中纵横交错，相互拉扯，因此又被称为“悬浮拉筋剂”。
常用的片状材料包括蛭石、云母片等，这类片状材料在堵漏过程中主要起填塞作用，因此又被称作“填塞剂”。
在堵漏过程中，上述三类材料以合理的比例和级配复合使用以达到堵漏的效果。
但是，上述三类材料并不能很好的满足裂缝性地层的堵漏要求。因为裂缝性地层封堵后承压能力的提高程度主要取决于裂缝中形成的填塞层的强度和渗透性，而填塞层的强度和渗透性又取决于与裂缝相匹配的架桥粒子的形状、尺寸、强度和浓度以及各级填塞粒子的合理级配和浓度。对于上述三类材料中，以核桃壳为例，核桃壳由于吸水后变软，不足以承受强大的闭合应力，同时核桃壳在温度高于120℃的环境中会糊化，由大颗粒变成小颗粒，这样本身堵好的填塞层容易再次发生漏失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钻井堵漏时提高地层承压能力的方法，旨在解决现有堵漏材料由于强度低、易水化、易压碎和变形，导致钻井裂缝堵漏过程中难以架桥、难形成填塞层以及不能承受较高温度的问题。
本发明是这样实现的，一种钻井堵漏时提高地层承压能力的方法，包括以下步骤：
(1)将70～80份方解石、0～10份大理石、0～10份石英以及0～10份花岗岩混合，得到刚性封堵剂GFD；
(2)将所述刚性封堵剂GFD研磨为多种粒径级别；
(3)将不同粒径级别的刚性封堵剂GFD按比例混合，或者将不同粒径级别的刚性封堵剂GFD与辅助材料按比例混合，得到堵漏材料；
(4)将所述堵漏材料用于钻井地层不同开度裂缝的模拟实验，将实验数据进行统计和分析，建立不同开度裂缝，刚性封堵剂GFD的不同粒径级别、堵漏材料浓度的最佳配比关系表；
(5)通过所述最佳配比关系表配合辅助材料对不同开度裂缝进行堵漏操作。
优选地，在步骤(2)中，所述多种粒径级别具体为：
GFD-0级：目数6～10，毫米数3.2～2.0；
GFD-A级：目数10～20，毫米数2.0～0.9；
GFD-B级：目数为20～40，毫米数为0.9～0.45；
GFD-C级：目数为40～60，毫米数为0.45～0.3；
GFD-D级：目数为60～80，毫米数为0.3～0.2；
GFD-E级：目数为80～100，毫米数为0.2～0.15；
GFD-F级：目数为100～120，毫米数为0.15～0.125
GFD-G级：目数为>120，毫米数为<0.125。
优选地，在步骤(3)中，所述堵漏材料浓度为刚性封堵剂在钻井液中添加的质量百分比浓度。
GFD-G级：目数为>120，毫米数为<0.125。
优选地，在步骤(5)中，所述辅助材料包括核桃壳、超细碳酸钙以及云母。
优选地，在步骤(5)中，所述辅助材料研磨为与刚性封堵剂GFD相同粒径级别，并确定所述刚性封堵剂GFD的不同粒径级别、辅助材料的不同粒径级别以及堵漏材料浓度的最佳配比关系表。
本发明主要是在大理石、石英砂、方解石、花岗岩等强度较高的颗粒中特别优选出可酸溶的以方解石为主要成分的刚性封堵剂GFD。它具有棱角分明的非球形颗粒，它可以随意进行分级、强度很高、高温下强度不降低，惰性，能满足封缝即堵技术材料的要求，如下表1所示：
表1刚性封堵剂的物理性质
大理石是指变质或沉积的碳酸盐岩类的岩石，其主要的化学成分是碳酸钙，约占50％以上，还有碳酸镁、氧化钙、氧化锰及二氧化硅等。它主要由方解石、石灰石、蛇纹石和白云石组成，属于中硬石材，抗压强度300MPa，但是不能酸溶，若用于堵漏，对储层使用之后不可以酸溶，造成储层伤害。
方解石是一种碳酸钙矿物，它的晶体形状多种多样，三方晶系，三组完全解理，且能制备出相应规则颗粒用于堵漏。它是地壳最重要的造岩矿石，属变质岩，化学成分为CaCO3，断口具有玻璃光泽，完全透明至半透明，一般情况下为白色或无色，因含有基它金属致颜色呈现出淡红、淡黄、淡茶、玫红、紫等多种颜色，条痕白色，硬度2.703～3.0，比重2.6g/cm3～2.8g/cm3，遇稀盐酸剧烈起泡。能酸溶，若用于堵漏，对储层使用之后可以酸溶，减少造成储层伤害。
石英砂：石英硬度为7，比重2.65，颜色呈乳白色、淡黄、褐色及灰色，石英有较高的耐火性能，熔点为1730摄氏度。主要用于制造玻璃，耐火材料，冶炼硅铁，冶金熔剂，陶瓷，研磨材料，铸造，在建筑中利用石英很强的抗酸性介质浸蚀能力，用来制取耐酸混凝土及耐酸砂浆，一般制备出棱锥形，对堵漏没有方解石的正方形效果好。
花岗岩：耐酸、碱及腐蚀气体的侵蚀，其化学性与二氧化硅的含量成正比。弹性模量较大，不能酸溶。
总之，方解石相比较大理石、石英砂、花岗岩而言，具有可酸溶、形状好、强度高等优点，是理想的刚性堵漏材料，所以在GFD中占绝大部分。
本发明的刚性封堵剂GFD是一种以方解石为主要成分的矿物，其颗粒为正六面体，粉碎后的颗粒是非球形颗粒状物质，加工使用的筛布不同可以得到大至几毫米，小至几微米的颗粒，根据分级情况可将堵漏材料做成粒径合适的颗粒。GFD与岩石具有同质性，和地下岩石一样，能够承受各方面的压力，其在地下高温高压长期作用下，强度也能满足要求。
以该刚性封堵剂GFD为原料研磨为不同粒径级别后，并通过不同粒径级别之间的刚性封堵剂GFD比例配比，得到本发明的硬型堵漏材料，该硬型堵漏材料配合核桃壳、超细碳酸钙和/或云母得到承压堵漏材料或随钻堵漏材料。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明堵漏方法能有效提高地层的承压能力，具有高强度、不水化、不易压碎，不变形等特点，在钻井裂缝堵漏过程中容易架桥，填充形成填塞层，能承受较高温度。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1硬型堵漏材料的制备
(1)将70～80份方解石、0～10份大理石、0～10份石英以及0～10份花岗岩混合，得到刚性封堵剂GFD；
(2)将刚性封堵剂GFD研磨为0、A～G8个等级粒径级别，如下表2所示：
表2级别分类
实施例2辅助材料的制备
分别取核桃壳、超细碳酸钙以及云母研磨为如上实施例1中表2所示的各种粒径级别。
实施例3最佳配比关系表的建立
1、实验仪器：改进型DL堵漏实验仪、HTHP失水仪等。
利用DL型堵漏仪进行改造，去掉下部的弹子，加上一个不锈钢的裂缝模具，其中模具上的裂缝是楔形，用以模拟裂缝。根据地层资料统计，地层中裂缝开度选择0.5、1、1.5、2、3mm。如果裂缝开度大于3毫米，漏失速度过大，一般是井口失返。对于小于0.5mm的裂缝，室内实验中现象不明显。
2、试验药品：
膨润土含量4％的基浆，依次加入0.1％NaOH，0.05％KPAM，4％SMC，4％SMP-1，0.5％LS-2，4％FRH，2％Fk-10，0.3％SP-80，密度为1.60g/cm3。
3、实验对象
以元陆28井承压堵漏提高地层承压能力试验。该井在钻井过程中发生十二次漏失。累计漏失钻井液1155.48m3，漏失地层多为珍珠冲和须五(即四川地层中的珍珠冲地层和须家河地层五段的简称)。
井深4660米，套管鞋位置3581.83米，泥浆密度2.24g/m3，须把地层承压提高至2.35g/m3。
问题：堵漏材料种类、级配不合理，没有粗的刚性堵漏剂。
4、解决办法
将实施例1制得的硬型堵漏材料GFD加入到钻井液中的量进行等比换算，得到各相应堵漏配方。
效果：通过一次停钻堵漏，地层承压提高至2.36g/m3。
5、试验步骤：
1)事先按比例配置好模拟现场的井浆。
2)依照预定裂缝的大小，选取相应放大模型模具，将其装入改进DL型堵漏实验装置中。
3)将堵漏材料以粒子配比配成堵漏浆，然后将堵漏剂加入到井浆之中。
4)堵漏浆加入到实验仪器中，观察堵漏泥浆的漏失情况。记录泥浆开始漏失时间、漏失量等漏失情况。
5)当在无泥浆从下面的小口流出时即可认为裂缝已经被封堵住。用旁边的氮气瓶给装置加压并计时，把压力从常压下升至0.5MPa，观察其漏失情况，如果不漏失过2分钟后再加压至1.0MPa，观察漏失情况，如果不漏失则继续加压，重复以上步骤，使压力缓慢升至4.0MPa及以上。如果在加压过程中出现泥浆漏失，观察记录漏失情况，直到泥浆停止漏失，稳压2分钟后继续按照每次以0.5MPa升压，直至加压到4.0MPa。如果在加压过程中出现泥浆漏失完全时，记为被压穿，记录漏失情况和压穿压力。
6)泄压，取出裂缝，观察裂缝缝面上以及裂缝中的堵漏材料封堵情况。
7)继续使用该裂缝做承压实验，对未压穿裂缝，放入堵漏实验仪器中，换用泥浆，并用氮气瓶逐次以0.5MPa升压，直到压穿为止，记录压穿压力为第一次承压能力数值；对未成功堵住裂缝的情况，记录此次承压数值为0MPa。
8)取出承压后的裂缝，倒出井浆，并将裂缝放入堵漏仪器中，倒入堵漏浆，搅拌裂缝缝面的堆积物，使其充分进入裂缝中，依次升压到4.0MPa，做封堵实验。
9)将封堵后的实验裂缝继续做承压实验，重复上面步骤，直到测出第二次、第三次等承压能力。
10)清洗仪器，整理数据，分析实验结果，得出堵漏材料堵漏后地层承压能力的强弱。
6、结果
通过上述实验方法，得到以下最佳的关系表：
(1)2mm裂缝所需刚性颗粒粒度与浓度关系，如下表3所示：
表3 2mm裂缝所需刚性颗粒粒度与浓度关系表
(2)3mm裂缝所需刚性颗粒粒度与浓度关系，如下表4所示：
表4 3mm裂缝所需刚性颗粒粒度与浓度关系表
(3)1.5mm裂缝所需刚性颗粒粒度与浓度关系，如下表5所示：
表5 1.5mm裂缝所需刚性颗粒粒度与浓度关系表
(4)1.0mm裂缝所需刚性颗粒粒度与浓度关系，如下表6所示：
表6 1.0mm裂缝所需刚性颗粒粒度与浓度关系表
(5)0.5mm裂缝所需刚性颗粒粒度与浓度关系，如下表7所示：
表7 0.5mm裂缝所需刚性颗粒粒度与浓度关系表
(以上表3～表7中，A、B、C、D为表2中的粒径级别；百分数代表100m3钻井液所加该类型堵漏剂的吨数，GFD为实施例1中的硬型堵漏材料)
6、通过所述最佳配比关系表配合实施例2中的辅助材料对不同开度裂缝进行堵漏操作
在本步骤中，以2mm裂缝为对象，根据表3记载内容为依据，选择堵漏配方，并设置若干对照组进行实际堵漏操作。
堵漏配方为：
(1)1％0级GFD(即GFD-0)+1％A级GFD(即GFD-A)+2％B级GFD(即GFD-B)+0.5％C级GFD(即GFD-C)+0.5％D级GFD(即GFD-D)；
(2)6～10％核桃壳+2～3％超细碳酸钙+4％GFD-C+3％GFD-D；
(3)10～15％核桃壳+2～3％超细碳酸钙+5％GFD-A+5％GFD-B+5％GFD-C+4％GFD-D+3％云母；
(4)1％核桃壳-0+1％核桃壳-A+2％核桃壳-B+0.5％核桃壳-C+0.5％核桃壳-D。
(以上堵漏配方中A、B、C、D为表2中的粒径级别；百分数代表100m3钻井液所加该类型堵漏剂的吨数)
上述堵漏配方(1)的堵漏效果为：第一次承压3.0Mpa，第二次承压4.5Mpa，第三次承压5Mpa以上。堵漏材料GFD对2mm裂缝堵漏成功，提高了其承压能力。
上述堵漏配方(2)的堵漏效果为：第一次承压4.0Mpa，第二次承压5Mpa，第三次承压5Mpa以上。堵漏材料GFD与核桃壳复配使用，对2mm裂缝不仅堵漏成功，而且还提高了承压能力。其能力比单独使用GFD效果还要好。
上述堵漏配方(3)的堵漏效果为：第一次承压5.0Mpa，第二次承压6Mpa，第三次承压6Mpa以上。堵漏材料GFD与核桃壳复配使用，对2mm裂缝不仅堵漏成功，而且还提高了承压能力。其能力比单独使用GFD效果还要好。
上述堵漏配方(4)的堵漏效果为：第一次承压0.5Mpa，第二次承压2.5Mpa，第三次承压4Mpa。堵漏材料GFD对2mm裂缝堵漏未成功。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种钻井堵漏时提高地层承压能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将70～80份方解石、0～10份大理石、0～10份石英以及0～10份花岗岩混合，得到刚性封堵剂GFD；
(2)将所述刚性封堵剂GFD研磨为多种粒径级别；
(3)将不同粒径级别的刚性封堵剂GFD按比例混合，或者将不同粒径级别的刚性封堵剂GFD与辅助材料按比例混合，得到堵漏材料；
(4)将所述堵漏材料用于钻井地层不同开度裂缝的模拟实验，将实验数据进行统计和分析，建立不同开度裂缝，刚性封堵剂GFD的不同粒径级别、堵漏材料浓度的最佳配比关系表；
(5)通过所述最佳配比关系表，配合辅助材料对不同开度裂缝进行堵漏操作。
2.如权利要求1所述的钻井堵漏时提高地层承压能力的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述多种粒径级别具体为：
GFD-0级：目数6～10，毫米数3.2～2.0；
GFD-A级：目数10～20，毫米数2.0～0.9；
GFD-B级：目数为20～40，毫米数为0.9～0.45；
GFD-C级：目数为40～60，毫米数为0.45～0.3；
GFD-D级：目数为60～80，毫米数为0.3～0.2；
GFD-E级：目数为80～100，毫米数为0.2～0.15；
GFD-F级：目数为100～120，毫米数为0.15～0.125
GFD-G级：目数为>120，毫米数为<0.125。
3.如权利要求2所述的钻井堵漏时提高地层承压能力的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述堵漏材料浓度为刚性封堵剂在钻井液中添加的质量百分比浓度。
4.如权利要求3所述的钻井堵漏时提高地层承压能力的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述辅助材料包括核桃壳、超细碳酸钙以及云母。
5.如权利要求4所述的钻井堵漏时提高地层承压能力的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述辅助材料研磨为与刚性封堵剂GFD相同粒径级别，并确定所述刚性封堵剂GFD的不同粒径级别、辅助材料的不同粒径级别以及堵漏材料浓度的最佳配比关系表。
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