CN111456678A - 一种增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法，包括，配制基浆；利用改进的多级离散颗粒粒度分布设计方法设计粒度分布，得设计粒度分布的堵漏桥堵颗粒；向所述基浆中加入设计粒度分布的堵漏桥堵颗粒，搅拌均匀后，对3～5mm裂缝进行堵漏。本发明基于裂缝宽度考虑，对颗粒粒度分布设计方法进行修正，建立了一种基于改进理想充填理论的裂缝堵漏多级离散颗粒粒度分布设计方法，解决了堵漏材料堵漏漏失量较大，堵漏效果较差的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于勘探开发技术领域，具体涉及到一种增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法。
背景技术
随着油气资源的勘探与开发逐渐深入，在钻井过程中会碰到如微裂缝发育、胶结破碎等各种极易发生井漏的地层，当地层承压能力能力较低时，随着流体侵入，极易引起地层破裂、诱导裂缝与天然发育裂缝进一步扩大，从而导致了钻井液漏失量的急剧增加。这一问题已经成为油气勘探与开发过程中的技术瓶颈，一方面既造成了钻井液大量漏失带来的经济损失，另一方面，钻井液漏失会对油气藏造成难以估量的伤害。
架桥材料是目前最广泛应用的堵漏材料之一。为实现架桥材料紧密封堵裂缝，国内外学者提出了不同的架桥理论进行架桥颗粒的粒度分布优化设计。
为了克服Abram规则规则仅适用于孔隙封堵粒度分布设计的不足，Withfill提出了Halliburton方法，即堵漏架桥材料的中值粒径D50等于裂缝宽度时，可以有效封堵裂缝；Alsaba等基于实验研究提出，架桥颗粒D50应大于裂缝宽度的3/10，架桥颗粒的D90应大于裂缝宽度的5/6。但上述方法仅规定了1～2个粒径分布尺寸要求，无法满足桥堵材料全粒径范围内颗粒尺寸的设计；理想充填理论(D90规则)针对连续颗粒粒径进行设计，设计方法较为复杂，实施难度高。
现有技术方法设计的堵漏材料裂缝堵漏效果较差，堵漏漏失量较大，因此本领域亟需一种增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法，包括，配制基浆；利用改进的粒度分布设计方法对桥堵颗粒粒度分布进行设计，得设计粒度分布的堵漏桥堵颗粒；向所述基浆中加入设计后的粒度分布的堵漏桥堵颗粒，搅拌均匀后，对裂缝进行堵漏。
作为本发明所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法的一种优选方案，其中：所述配制基浆，其中，基浆原料包括，膨润土浆、聚丙烯酰胺钾盐、低粘度聚阴离子纤维素、酚醛树脂I型和核桃粉。
作为本发明所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法的一种优选方案，其中：所述核桃粉为过200目的核桃粉。
作为本发明所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法的一种优选方案，其中：所述基浆原料，以基浆原料总质量为百分百计，所述膨润土浆为4％，所述聚丙烯酰胺钾盐为0.3％，所述低粘度聚阴离子纤维素为0.5％，所述酚醛树脂I型为4％，所述核桃粉为4％，余下为水。
作为本发明所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法的一种优选方案，其中：所述对裂缝进行堵漏，其中，裂缝为3～5mm。
作为本发明所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法的一种优选方案，其中：所述对桥堵颗粒粒度分布进行设计，其中，桥堵颗粒为涵盖整个粒度范围的多级离散尺寸颗粒。
作为本发明所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法的一种优选方案，其中：所述对离散桥堵颗粒粒度设计，包括，
忽略填充颗粒间的物理-化学作用，假设填充粒子具有相同的几何球形，直径为r；
假设每次填充相同直径的填充颗粒，并将颗粒标记为第1、2、3、4、5、6级。
作为本发明所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法的一种优选方案，其中：所述对涵盖整个粒度范围的多级离散尺寸颗粒填充设计，包括，
基于填充颗粒的最大与最小粒径考虑，建立修正后的粒度分布累积体积分数修正方程：
式中：Dmax—填充颗粒的最大直径，Dmin—填充颗粒的最小直径，q—分布指数，n为离散颗粒的级数；
根据理想充填理论得到的D90规则，认为当累积粒度分布为90％时的粒径应等于需封堵的最大孔隙直径，则封堵最大孔径为Dp的孔隙所需最大颗粒粒径为：
若将需封堵裂缝宽度视为最大孔隙直径，忽略最小颗粒粒径的影响，则封堵裂缝所需最大颗粒粒径为：
当颗粒以六方密堆积结构填充时，直径介于Herse理论计算相邻直径颗粒视为无效封堵颗粒，依据Herse理论计算第n级有效粒子的直径：
Dn＝Dmax/Bn
通过对填充颗粒进行研磨与筛分，可获得直径范围介于Dn+ΔD与Dn-ΔD的填充颗粒作为第n级桥堵颗粒，其中2ΔD为筛目最小间隔；将最小筛目200目尺寸作为Dmin，根据第n级桥堵颗粒的体积分数P(Dn+1)-P(Dn)称取各级颗粒并混合均匀即得到涵盖整个粒度范围的多级离散桥堵颗粒。
本发明有益效果：
(1)本发明基于裂缝宽度考虑，对颗粒填充计算方法进行修正，认为直径介于Hsrse理论计算的两个相邻粒径之间的颗粒为封堵无效颗粒，进而建立了一种基于理想充填理论的裂缝堵漏多级离散架桥颗粒粒度分布设计方法，解决了堵漏材料堵漏漏失量较大，堵漏效果较差的缺陷。
(2)本发明仅需获取最大裂缝宽度设计架桥封堵颗粒，粒度范围涵盖了最大颗粒至最小颗粒中的有效封堵颗粒，因此也能够封堵小于最大裂缝宽度的裂缝，该方法对于多级裂缝的封堵具有普遍适用性。
(3)本发明中架桥封堵颗粒仅选取了离散分布的有效封堵颗粒，相比于连续分布，减少了堵漏材料制备筛分的工序，降低了堵漏架桥材料的成本，提高了经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实施例封堵所用的高温高压裂缝承压堵漏仪图。
图2为本发明实施例的5mm裂缝堵漏后的漏失形貌图。
图3为本发明实施例采用核桃壳和石英砂作为堵漏材料封堵5mm裂缝的漏失量图。
图4为本发明实施例的5mm裂缝堵漏颗粒封堵5mm-1mm裂缝的效果及3mm裂缝堵漏颗粒封堵3mm-1mm裂缝的封堵效果图。
图5为5mm裂缝堵漏颗粒封堵5mm-1mm裂缝及3mm裂缝堵漏颗粒封堵3mm-1mm裂缝的堵漏漏失量图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
本实施例提供一种增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法：
(1)配制KCl聚磺钻井液体系作为基浆，配方为：4％膨润土浆+0.3KPAM(聚丙烯酰胺钾盐)+0.5％PAC-LV(低粘度聚阴离子纤维素)+4％SMP-1(酚醛树脂I型)+4％核桃粉(过200目)；
(2)向其中加入浓度为10％的堵漏桥堵颗粒搅拌均匀；将堵漏浆液加入静态裂缝堵漏仪储液室中，并连接氮气管线；打开开关阀，使堵漏浆液接触裂缝块前端，并使用氮气瓶逐渐加压，最高至6.0MPa；记录堵漏浆液突破裂缝压力或最高压力下的漏失量。分样筛，静态裂缝堵漏仪，如图1所示，静态堵漏仪由钻井液储液室、模拟裂缝块、氮气瓶等组成，裂缝块裂缝尺寸分别为0.5，1，2，3，4，5mm，实验中使用核桃壳及石英砂作为桥堵颗粒。
基于理想充填理论方法设计最大粒径、体积含量及累积分布；改进的基于理想充填理论方法设计最大粒径及各级有效封堵颗粒，计算方法见表1。
表1
基于理想充填理论方法、改进的理想充填理论方法分别对5mm裂缝的桥堵设计，各理论设计裂缝桥堵颗粒粒径分布见表2。
表2
(3)使用分样筛按照表1和表2设计的粒度分布分别筛分混合核桃壳和石英砂，得到两种理论设计粒度分布的堵漏桥堵颗粒，分别加入基浆内搅拌均匀，进行5mm裂缝堵漏性能评价，结果见附图说明中的图2和图3，其中，MID为改进理想填充理论，ID为理想填充理论。
从图2和图3可看出，理想充填理论方法设计粒度分布的核桃壳和石英砂均能够实现有效堵漏，漏失量分别为150mL和760mL，石英砂封堵层的厚度及体积更大；改进理想充填理论方法设计粒度分布的核桃壳和石英砂能够实现有效堵漏，漏失量分别为60mL和430mL，核桃壳形成的封堵层体积较小。
对比改进前后的理想充填理论粒度分布设计方法，同种堵漏材料改进后方法所设计粒度分布堵漏漏失量更低，封堵体积更小。
实施例2
(1)配制KCl聚磺钻井液体系作为基浆，配方为：4％膨润土浆+0.3KPAM(聚丙烯酰胺钾盐)+0.5％PAC-LV(低粘度聚阴离子纤维素)+4％SMP-1(酚醛树脂I型)+4％核桃粉(过200目)；
(2)利用改进的理想充填理论方法设计了5mm和3mm裂缝堵漏颗粒的粒度分布，使用分样筛按照设计粒度分布筛分核桃壳混合得到堵漏颗粒，加入基浆搅拌均匀；
(2)按照实施例1所述实验步骤评价5mm裂缝堵漏颗粒封堵5mm-1mm裂缝的效果及3mm裂缝堵漏颗粒封堵3mm-1mm裂缝的封堵效果，结果如图4和图5所示。
可以看出，5mm裂缝堵漏颗粒可以有效封堵5mm及1-4mm裂缝，3mm裂缝可以有效封堵3mm及1-2mm裂缝；堵漏浆液形成封堵层较小，滤失量较低，随着裂缝宽度的降低，滤失量呈下降趋势。
本发明基于裂缝宽度考虑，对颗粒填充计算方法进行修正，建立了一种基于改进理想充填理论的裂缝堵漏多级离散颗粒粒度分布设计方法，解决了堵漏材料堵漏漏失量较大，堵漏效果较差的缺陷。
本发明仅需获取最大裂缝宽度设计架桥封堵颗粒，粒度范围涵盖了最大颗粒至最小颗粒中的有效封堵颗粒，因此也能够封堵小于最大裂缝宽度的裂缝，该方法对于多级裂缝的封堵具有普遍适用性。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法，其特征在于：包括，
配制基浆；
利用改进的粒度分布设计方法对桥堵颗粒粒度分布进行设计，得设计粒度分布的堵漏桥堵颗粒；
向所述基浆中加入设计后的粒度分布的堵漏桥堵颗粒，搅拌均匀后，对裂缝进行堵漏。
2.如权利要求1所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法，其特征在于：所述配制基浆，其中，基浆原料包括，膨润土浆、聚丙烯酰胺钾盐、低粘度聚阴离子纤维素、酚醛树脂I型和核桃粉。
3.如权利要求2所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法，其特征在于：所述核桃粉为过200目的核桃粉。
4.如权利要求2所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法，其特征在于：所述基浆原料，以基浆原料总质量为百分百计，所述膨润土浆为4％，所述聚丙烯酰胺钾盐为0.3％，所述低粘度聚阴离子纤维素为0.5％，所述酚醛树脂I型为4％，所述核桃粉为4％，余下为水。
5.如权利要求1所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法，其特征在于：所述对裂缝进行堵漏，其中，裂缝为3～5mm。
6.如权利要求1所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法，其特征在于：所述对桥堵颗粒粒度分布进行设计，其中，桥堵颗粒为涵盖整个粒度范围的多级离散尺寸颗粒。
7.如权利要求1或5所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法，其特征在于：所述对离散桥堵颗粒粒度设计，包括，
忽略填充颗粒间的物理-化学作用，假设填充粒子具有相同的几何球形，直径为r；
假设每次填充相同直径的填充颗粒，并将颗粒标记为第1、2、3、4、5、6级。
8.如权利要求6所述增强架桥材料紧密封堵裂缝效果的方法，其特征在于：所述对涵盖整个粒度范围的多级离散尺寸颗粒填充设计，包括，
基于填充颗粒的最大与最小粒径考虑，建立修正后的粒度分布累积体积分数修正方程：
式中：Dmax—填充颗粒的最大直径，Dmin—填充颗粒的最小直径，q—分布指数，n为离散颗粒的级数；
根据理想充填理论得到的D90规则，认为当累积粒度分布为90％时的粒径应等于需封堵的最大孔隙直径，则封堵最大孔径为Dp的孔隙所需最大颗粒粒径为：
若将需封堵裂缝宽度视为最大孔隙直径，忽略最小颗粒粒径的影响，则封堵裂缝所需最大颗粒粒径为：
当颗粒以六方密堆积结构填充时，直径介于Herse理论计算相邻直径颗粒视为无效封堵颗粒，依据Herse理论计算第n级有效粒子的直径：
Dn＝Dmax/Bn
通过对填充颗粒进行研磨与筛分，可获得直径范围介于Dn+ΔD与Dn-ΔD的填充颗粒作为第n级桥堵颗粒，其中2ΔD为筛目最小间隔；将最小筛目200目尺寸作为Dmin，根据第n级桥堵颗粒的体积分数P(Dn+1)-P(Dn)称取各级颗粒并混合均匀即得到涵盖整个粒度范围的多级离散桥堵颗粒。
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