CN110118073B - 一种适用于裂缝性地层的多段塞分级堵漏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于裂缝性地层的多段塞分级堵漏方法，包括：步骤1）确定井周裂缝的平均开度为D，一级堵漏使用粒径略小于D的架桥颗粒，其平均粒径表示为D1，二级堵漏使用堵漏颗粒的平均粒径D2大于D1/4，且小于D1，用同样方法依次确定以下每一级堵漏颗粒的粒径，直到最后一级堵漏颗粒平均粒径Dn小到足以形成致密封堵层；步骤2）通过段塞首先注入仅含有平均粒径为D1的架桥颗粒的堵漏浆液，形成架桥颗粒层；步骤3）通过多个段塞分次注入含有堵漏颗粒平均粒径为D2~Dn‑1的堵漏浆液，形成颗粒填充层；步骤4）采用段塞最后注入堵漏颗粒平均粒径为Dn的堵漏浆液，形成致密封堵层。本发明原理可靠，更有效地封堵井周裂缝，节约成本，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及油气田勘探开发领域钻井堵漏作业中一种适用于裂缝性地层的多段塞分级堵漏方法。
背景技术
在石油工程钻井过程发生严重钻井液漏失时，往往是由于井下存在天然裂缝或井底压力导致的诱导裂缝造成的，为消除或减小漏失，需要根据实际工程情况对井周裂缝进行封堵。通常的做法是，根据漏失量、漏失位置等信息，配置不同粒径、类型的堵漏材料加入到钻井液中，然后一次性注入到井下对井周裂缝进行封堵。其形成封堵基本原理是，较大尺寸颗粒在裂缝狭窄处形成架桥，使裂缝漏失通道变窄，后续漏失颗粒逐渐在该处堆积，形成封堵。目前常规堵漏方法通过不断研发新的堵漏材料和优化堵漏颗粒配方，已经取得了良好的效果，但这种常规堵漏方法从实际效果上来说，还存在一些不足：
（1）井筒液柱压力变化会造成地层裂缝发生动态变形，使得原本有效的封堵层位置、封堵状态、承压能力发生改变，可能造成封堵层破坏，从而导致反复漏失；
（2）堵漏工作液中混合了不同粒径的堵漏颗粒，在形成致密封堵之前会有部分小尺寸颗粒通过裂缝通道和大尺寸颗粒之间的间隙漏入地层，造成堵漏颗粒的浪费，使得成本增加；
（3）对于裂缝性储层，裂缝是油气运移的主要流道，因此裂缝性储层的产量远远高于其他储层，而钻井堵漏过程中，漏失的堵漏颗粒通过裂缝进入地层喉道，堵塞了油气产出的通道，使得产量大大降低，造成固相颗粒侵入损害。
针对目前国内外常规堵漏方法的不足，结合堵漏过程中的一系列问题和室内模拟实验研究，本发明提出了一种适用于裂缝性地层的多段塞分级堵漏方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于裂缝性地层的多段塞分级堵漏方法，该方法原理可靠，操作简便，在一定程度上克服常规堵漏工艺造成的缺陷和不足，更有效地封堵井周裂缝，节约成本，具有广阔的应用前景。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
一种适用于裂缝性地层的多段塞分级堵漏方法，依次包括以下步骤：
步骤1）通过测井数据、漏失量确定井周裂缝的平均开度为D，通过裂缝平均开度确定多级堵漏的级数，以及每一级的堵漏颗粒粒径，一级堵漏对应一个段塞，过程如下：
为方便架桥颗粒进入井周裂缝，一级堵漏使用粒径略小于D的架桥颗粒，其平均粒径表示为D1。经过几何计算，架桥颗粒进入井周裂缝形成架桥颗粒层后，架桥颗粒之间存在直径为D1/4的孔隙。因此，二级堵漏使用的堵漏颗粒的平均粒径D2应大于D1/4，且小于D1。为尽快形成封堵，D2应尽量接近D1/4。用同样方法依次确定以下每一级堵漏颗粒的粒径，直到最后一级堵漏颗粒平均粒径Dn小到足以形成致密封堵层，根据目前的常用堵漏材料粒径分级和致密封堵原理，最后一级堵漏颗粒的平均粒径Dn应为小于0.1mm的超细堵漏剂。
所述段塞是指堵漏工艺中的段塞式注入方法，该方法向钻杆内一次注入一定体积和一定颗粒浓度的堵漏浆液。本发明采用多个段塞，每一个段塞对应不同的颗粒粒径，依次注入段塞以达到最好的堵漏效果。
步骤2）通过段塞首先注入仅含有平均粒径为D1的架桥颗粒的堵漏浆液，形成架桥颗粒层。
常规堵漏材料中用于架桥的堵漏材料主要有刚性颗粒（例如核桃壳、碳酸钙）和硬纤维（例如塑料纤维、动物毛发），而硬纤维不利于控制架桥颗粒层孔隙大小，因此本发明采用平均粒径为D1的刚性颗粒作为架桥颗粒。
步骤3）通过多个段塞分次注入含有堵漏颗粒平均粒径为D2~Dn-1的堵漏浆液，形成颗粒填充层。
架桥颗粒进入井周裂缝形成架桥颗粒层后，井筒与地层之间仍然存在渗透压差，使得后续次级颗粒能够向裂缝深处运移，由于后续颗粒粒径大于一级架桥之后的孔隙，使得其能够继续在裂缝中停滞。在2级到n级堵漏颗粒中，可以选用相应的颗粒粒径的纤维（动物毛发、植物纤维等）、片状材料（云母片、稻壳等）、弹性颗粒（橡胶粒、沥青等）等堵漏颗粒，以提高封堵的稳定性。
步骤4）采用段塞最后注入堵漏颗粒平均粒径为Dn的堵漏浆液，形成致密封堵层。
在前几级封堵的基础上，裂缝流动空间只剩下较小的漏失孔隙，配置最小颗粒粒度的堵漏颗粒，可以在前几级颗粒填充的基础上继续堆积形成致密封堵层。在最后一级堵漏颗粒选材上，可加入一些特殊的堵漏剂（膨润土、石灰乳、高失水堵漏剂等）来增加致密性。
本发明能够在一定程度上避免因裂缝动态变形而引起的封堵失效问题。
使用常规堵漏方法，在裂缝张开过程中，裂缝中原本形成的封堵层出现松动，常规堵漏形成的封堵层中较小粒径的颗粒便会随着裂缝通道流失，使得原本的封堵层仅剩下较大粒径的颗粒，封堵失效。在裂缝闭合过程中，裂缝开度减小，裂缝壁面会挤压已经形成的封堵层，压碎前端部分刚性颗粒，而在封堵层前端主要依靠的是单颗粒架桥，常规堵漏形成的封堵层此时由于前端颗粒挤毁，后续会有一部分次级颗粒流失。
而使用本发明所述多段塞分级堵漏方法，在裂缝张开过程中，由于封堵位置前段全部由较大粒径的架桥颗粒组成，在张开时，这部分颗粒继续向裂缝前端运移，在某一位置继续架桥，后续粒子由于逐级分布，大部分仍然保留在原来的位置，能够较好地维持原来的封堵状态。在裂缝闭合过程中，在前端架桥颗粒挤毁后，后续架桥颗粒会代替被挤毁颗粒的位置，继续形成架桥，而后续的次级颗粒不会流失，封堵层保存更完善。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明相对于常规堵漏更经济。一是，首先注入大粒径的架桥颗粒就能避免小粒径的颗粒通过裂缝通道漏失，这样使得浪费的堵漏颗粒降到最少，节约堵漏成本；二是，将不同粒径堵漏剂分次注入使得现场可以采用更小体积的配浆罐，节约设施成本。
（2）本发明相对于常规堵漏封堵质量更好。一是，本方法形成的封堵层经过多次逐级堆叠，具有更高的抗压、抗挤强度；二是，常规堵漏方法中，由于大尺寸颗粒分布于封堵层的各个位置，使得封堵层变形能力有限，而多段塞分级堵漏只有封堵层前端具有大尺寸颗粒，具有较强的变形能力。
（3）本发明相对于常规堵漏效率更高。一是，从架桥成功率方面来说，本方法架桥颗粒可配置的颗粒浓度高于常规堵漏中大尺寸颗粒的浓度，同时本方法的一次配置的堵漏颗粒浓度低于常规堵漏的浓度，因此本方法能够更快形成架桥；二是，在裂缝的封堵过程中，同样需要考虑颗粒的沉降作用对封堵的影响，大尺寸颗粒更易沉降，因此本方法相对于常规方法能够更快形成架桥。
附图说明
图1是本发明多段塞分级堵漏方法流程示意图（封堵前）。
图2是本发明多段塞分级堵漏方法流程示意图（封堵后）。
图3是多段塞分级封堵区的结构示意图。
图4是裂缝张开过程中本发明与常规堵漏方法效果对比图。
图5是裂缝闭合过程中本发明与常规堵漏方法效果对比图。
图中：1-钻杆；2-井壁；3-钻井液；4-封堵颗粒；5-填充颗粒；6-架桥颗粒；7-井周裂缝；8-多段塞分级封堵区；9-架桥颗粒层；10-填充颗粒层；11-致密封堵层；12-裂缝张开位置；13-裂缝闭合位置；14-压碎颗粒。
具体实施方式
下面根据附图进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。
参看图1、图2。
图1、图2为采用多段塞分级堵漏方法封堵前、后流程示意图。钻井过程中，钻杆1位于井壁2中央，钻井液3通过钻杆1进入井底，然后流经钻杆1与井壁2的环空返回地面。当钻开地层，井周出现开度足够的天然裂缝，或井底液柱压力过大压开井周岩石到一定状态出现诱导裂缝时，则会发生钻井液3漏失。如图1所示，本发明通过多个段塞依次注入架桥颗粒6、填充颗粒5和封堵颗粒4到钻杆1中，在封堵颗粒4之上为不含堵漏颗粒的钻井液3。其封堵过程为：架桥颗粒6首先进入井周裂缝7，填充颗粒5在架桥颗粒6形成架桥的基础上，逐级填充井周裂缝7流动空间，最后在填充充分后由封堵颗粒封堵形成致密封堵层11，即最终形成多段塞分级堵漏区8，如图2所示。
参看图3。
图3为井周裂缝7内形成的多段塞分级封堵区8结构示意图，图中，中部从内到外依次表示钻杆1和井壁2，井周裂缝7内外部为架桥颗粒6形成架桥颗粒层9，向内为填充颗粒5形成的填充颗粒层10，最接近井壁为封堵颗粒4形成的致密封堵层11。
参看图4。
图4为裂缝张开过程中本发明与常规堵漏方法效果对比图，图中虚线表示裂缝张开位置12。如图4（a）所示，常规堵漏方法形成封堵区后，架桥颗粒6、填充颗粒5和封堵颗粒4随机分布于井周裂缝7的各个位置，当井周裂缝7张开时，封堵区中部分填充颗粒5和封堵颗粒4便会随着井周裂缝7通道流失，使得原本的封堵层破坏，流失严重时造成封堵失效；而在本方法中，如图4（b）所示，由于封堵区前段全部由较大粒径的架桥颗粒6组成，在井周裂缝7张开时，架桥颗粒6继续向井周裂缝7前端运移，在井周裂缝7前端位置继续架桥，后部填充颗粒5和封堵颗粒4由于不能直接流失，因而大部分堵漏颗粒仍然保留于新形成的多段塞分级堵漏区8，因此能够较好维持原来的封堵状态。
参看图5。
图5是裂缝闭合过程中本发明与常规堵漏方法效果对比图，图中虚线表示裂缝闭合位置13。如图5（a）所示，常规堵漏方法形成封堵区后，裂缝闭合时，裂缝壁面会挤压已经形成的封堵层，压碎前端部分刚性架桥颗粒6，封堵层前端被破坏，后续会有一部分填充颗粒5和封堵颗粒4流失，流失严重时破坏封堵区；而在本方法中，如图5（b）所示，在前端部分架桥颗粒6压碎后，后续架桥颗粒6会向裂缝前端运移，代替压碎颗粒14的位置，继续形成架桥，而后部的填充颗粒5和封堵颗粒4不会流失。因此，相对于常规堵漏，多段塞分级堵漏区8稳定性更强。
Claims (5)
1.一种适用于裂缝性地层的多段塞分级堵漏方法，应用于钻井堵漏作业中，依次包括以下步骤：
步骤1）通过测井数据、漏失量确定井周裂缝的平均开度为D，通过裂缝平均开度确定多级堵漏的级数，以及每一级的堵漏颗粒粒径，一级堵漏对应一个段塞，过程如下：一级堵漏使用粒径略小于D的架桥颗粒，其平均粒径表示为D1，二级堵漏使用堵漏颗粒的平均粒径D2大于D1/4，且小于D1，用同样方法依次确定以下每一级堵漏颗粒的粒径，直到最后一级堵漏颗粒平均粒径Dn小到足以形成致密封堵层；
步骤2）通过段塞首先注入仅含有平均粒径为D1的架桥颗粒的堵漏浆液，形成架桥颗粒层，架桥颗粒为刚性颗粒，所述刚性颗粒为核桃壳或碳酸钙；
步骤3）通过多个段塞分次注入含有堵漏颗粒平均粒径为D2~Dn-1的堵漏浆液，形成颗粒填充层，在2级到n-1级堵漏颗粒中，选用相应粒径的纤维、片状材料或弹性颗粒，以提高封堵的稳定性；
步骤4）采用段塞最后注入堵漏颗粒平均粒径为Dn的堵漏浆液，形成致密封堵层。
2.如权利要求1所述的一种适用于裂缝性地层的多段塞分级堵漏方法，其特征在于，所述步骤1）中，二级堵漏使用的堵漏颗粒的平均粒径D2尽量接近D1/4。
3.如权利要求1所述的一种适用于裂缝性地层的多段塞分级堵漏方法，其特征在于，所述步骤1）中，最后一级堵漏颗粒为平均粒径Dn小于0.1mm的超细堵漏剂。
4.如权利要求1所述的一种适用于裂缝性地层的多段塞分级堵漏方法，其特征在于，所述步骤3）中，所述纤维为动物毛发或植物纤维，所述片状材料为云母片或稻壳，所述弹性颗粒为橡胶粒或沥青。
5.如权利要求1所述的一种适用于裂缝性地层的多段塞分级堵漏方法，其特征在于，所述步骤4）中，最后一级堵漏颗粒，加入膨润土或石灰乳来增加致密性。
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