CN114048686B - 一种刚性堵漏材料定量评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种刚性堵漏材料定量评价方法，包括以下步骤：1、获取刚性堵漏材料的特征参数，包括：粒度分布、圆度、扁平度、抗压能力、抗酸能力、抗温能力、摩擦系数；2、对步骤1获取的特征参数进行重要性排序；3、运用模糊层次分析法计算各特征参数的权重系数；4、对步骤1获取的刚性堵漏材料特征参数进行量化处理，得到刚性堵漏材料不同特征参数的评分值；5、依据步骤3与步骤4计算出刚性堵漏材料的最终综合评分，评分最高的材料即为最适合井场实际需求的刚性堵漏材料。本方法操作简便，计算量小，将刚性堵漏材料定性分析转为定量评价并优选，有助于优化现场堵漏材料优选流程，为现场钻井堵漏材料选择提供科学合理的理论依据。
Description
技术领域
本发明属于材料评价领域，特别涉及一种刚性堵漏材料定量评价方法。
背景技术
井漏是石油与天然气工程中最复杂并极具挑战性的工程技术难题之一，会导致各种工程问题为油气资源勘探开发带来极大的困难。深层裂缝性油气藏高温、高压、高地应力、裂缝发育更是加据了井漏的风险与控制难度。采用堵漏材料封堵漏失通道是裂缝性地层工作液漏失控制的主要方式之一，其关键在于形成结构稳定且高承压能力的裂缝封堵层。裂缝封堵层一般是由刚性堵漏材料、弹性堵漏材料与纤维材料等组成的多元颗粒体系。起架桥作用的刚性堵漏材料构成了裂缝封堵层的骨架，主导着裂缝封堵层的承压能力与结构稳定性。
随着井漏控制技术的不断发展，刚性堵漏材料类型也逐渐增多。但如何依据刚性堵漏材料性质参数与实际井场需求选择合适的刚性堵漏材料仍是现场井漏控制的一大难题。现场堵漏配方中的堵漏材料优选往往通过现场工程师的经验以及室内试错法实验来确定，缺乏有效的科学理论进行指导。学者不断研究想将堵漏材料优选的定性评价转变为定量评价，如专利CN110069878A，通过层次分析法对堵漏材料进行定量分析，建立了一种钻井堵漏材料定量评价优选方法。但该方法具有进行检验比较判断矩阵是否具有一致性问题上的困难性，和修改比较判断矩阵的复杂性，存在判断矩阵构建困难，一致性检验复杂，计算量大等问题。为解决现场刚性堵漏材料定量评价与优选问题，亟需一种操作简便，计算量小的刚性堵漏材料定量评价方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种刚性堵漏材料定量评价方法，其对刚性堵漏材料进行定量评价，为深层或超深层的堵漏剂中刚性堵漏材料的选择提供可靠的数据支持。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种刚性堵漏材料定量评价方法，包括以下步骤：
步骤1：获取刚性堵漏材料的特征参数，所述的特征参数包括：粒度分布、圆度、扁平度、抗压能力、抗酸能力、抗温能力、摩擦系数；
步骤2：对步骤1获取的特征参数进行重要性排序，并确定每两个关键性能参数之间的相对重要性大小，其中特征参数排序与标度是按照井场实际需求与研究人员经验进行定性排序；
步骤3：运用模糊层次分析法计算各特征参数的权重系数；
步骤4：对步骤1获取的刚性堵漏材料特征参数进行量化处理，得到刚性堵漏材料不同特征参数的评分值；
步骤5：依据步骤3与步骤4计算出刚性堵漏材料的最终综合评分，评分最高的刚性堵漏材料即为最适合井场实际需求的刚性堵漏材料。
步骤1中各特征参数的量化值采用表1、表2和表3进行评价：
表1
| 标度值 | 10 | 8 | 6 | 4 | 2 |
| 圆度 | 低 | 中等偏低 | 中等 | 中等偏高 | 同 |
| 扁平度 | 高 | 中等偏高 | 中等 | 中等偏度 | 低 |
| 摩擦系数 | 高 | 中等偏高 | 中等 | 中等偏低 | 低 |
| 抗压能力 | 高 | 中等偏高 | 中等 | 中等偏低 | 低 |
| 抗温能力 | 高 | 中等偏高 | 中等 | 中等偏低 | 低 |
| 抗酸能力 | 高 | 中等偏高 | 中等 | 中等偏低 | 低 |
表2
表3
| 标度值 | 1 | 5 | 7 | 10 |
| D90 | ＜0.3Wf | 0.3～0.7Wf | 0.7～0.9Wf | 0.9～1.1Wf |
| 标度值 | 8 | 6 | 3 | 1 |
| D90 | 1.1～1.3Wf | 1.3～2.0Wf | 2.0～3.0Wf | ＞3.0Wf |
。
表3中，Wf为目标裂缝的宽度。
综上，本发明的有益效果是：
(1)本发明基于模糊层次分析法建立了刚性堵漏材料定量评价方法，将刚性堵漏材料定性分析转为定量评价并优选，有助于优化现场堵漏材料优选流程，为现场钻井堵漏材料选择提供了科学合理的理论依据。
(2)本方法考虑了现场堵漏材料选择的实际需求，不同的漏失情况对应着不同的堵漏材料需求，通过构建不同的刚性堵漏材料特征参数模糊互补判断矩阵，可以实现优选适用于不同现场实际需求的刚性堵漏材料。
(3)利用模糊层次分析法建立评分体系，计算刚性堵漏材料特征参数权重系数，相较于层次分析法，模糊互补判断矩阵构建与一致性检验简便，计算量小，特征参数权重可通过计算公式直接得到，操作简单。
(4)模糊层次分析法是将层次分析法的定量性和客观性的优点与模糊综合评价法的包容性有机融合，是一种适用性更强的决策方法，考虑因素更加全面、主观影响程度更低，而且可以更好地将专家意见集成到决策过程中。
说明书附图
图1为本发明实施例的刚性堵漏材料优选流程示意图；
图2为配方1堵漏浆封堵实验结果图；
图3为配方2堵漏浆封堵实验结果图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员更好的理解本发明，下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本发明提供了一种刚性堵漏材料定量评价方法，包括以下步骤：
步骤1：获取刚性堵漏材料的特征参数，所述的特征参数包括：粒度分布、圆度、扁平度、抗压能力、抗酸能力、抗温能力、摩擦系数，
对于上述参数的获取，抗压能力以单层铺置刚性堵漏材料在30MPa条件下的破碎率为评价依据，破碎率越低，说明其抗压能力越强，得分越高，破碎率越高，说明其抗压能力越弱，得分越低。
刚性堵漏材料的抗酸能力以其在标准土酸下的酸溶率为评价依据，酸溶率越小，说明其抗酸性越强，得分越高；酸溶率越大，说明其抗酸性越弱，得分越低。
抗温能力以180℃的钻井液环境中反应8h条件下的粒度降级率与质量降级率为评价依据，其评分标准和抗酸能力的评分标准相同。其余的如圆度、扁平度、摩擦系数等具有相同的标准，具体的评分表如表1、表2所示。
表1标度值评分表
| 标度值 | 10 | 8 | 6 | 4 | 2 |
| 圆度 | 低 | 中等偏低 | 中等 | 中等偏高 | 同 |
| 扁平度 | 高 | 中等偏高 | 中等 | 中等偏度 | 低 |
| 摩擦系数 | 高 | 中等偏高 | 中等 | 中等偏低 | 低 |
| 抗压能力 | 高 | 中等偏高 | 中等 | 中等偏低 | 低 |
| 抗温能力 | 高 | 中等偏高 | 中等 | 中等偏低 | 低 |
| 抗酸能力 | 高 | 中等偏高 | 中等 | 中等偏低 | 低 |
表2各特征参数的评分依据表
表1和表2公开了对圆度、扁平度、抗压能力、抗酸能力、抗温能力、摩擦系数等特征参数的评分依据，对于粒度分布，采用表3中的标准进行评分：
表3粒度分布评分表
| 标度值 | 1 | 5 | 7 | 10 |
| D90 | ＜0.3Wf | 0.3～0.7Wf | 0.7～0.9Wf | 0.9～1.1Wf |
| 标度值 | 8 | 6 | 3 | 1 |
| D90 | 1.1～1.3Wf | 1.3～2.0Wf | 2.0～3.0Wf | ＞3.0Wf |
通过表1-表3，只要获得任一种刚性堵漏材料的上述特征参数，就能够对该刚性堵漏材料进行评分；
本实施例中，如表4所示，采集了多种刚性堵漏材料特征参数；
表4刚性堵漏材料的特征参数统计
步骤2：对步骤1获取的特征参数进行重要性排序，并确定每两个关键性能参数之间的相对重要性大小。其中特征参数排序与标度是按照井场实际需求与研究人员经验进行定性排序，本实例按照预撑裂缝堵漏方法中的刚性堵漏材料性质需求为依据构建模糊互补判断矩阵；其他堵漏作业情况可根据实际需求，按照本实施例给出的方法与步骤进行相应的堵漏材料优选计算；
步骤3：运用模糊层次分析法计算各特征参数的权重系数；
步骤3.1，首先构建递阶层次结构，优选刚性堵漏材料为目的层，刚性堵漏材料的特征参数为准则层，各种刚性堵漏材料为方案层；
步骤3.2，然后构建模糊互补判断矩阵，用统一标准对同一层内元素的相对重要程度两量进行比较，将各特征参数的相对重要程度的值在矩阵A中表示，在本实施例中，根据本领域技术人员的经验，形成了各参数的相对重要程度表，具体如表5所示：
表5各参数相对重要程度表
式中：式中i，j∈(1，…，n)，n为特征参数的最大数量；
其中模糊标度及其含义如表6所示：
表6模糊标度及其含义
| x | 含义 |
| 0.1 | 表示两个元素相比，后者比前者极端重要 |
| 0.2 | 表示两个元素相比，后者比前者强烈重要 |
| 0.3 | 表示两个元素相比，后者比前者明显重要 |
| 0.4 | 表示两个元素相比，后者比前者稍微重要 |
| 0.5 | 表示两个元素相比，后者比前者同等重要 |
| 0.6 | 表示两个元素相比，前者比后者稍微重要 |
| 0.7 | 表示两个元素相比，前者比后者明显重要 |
| 0.8 | 表示两个元素相比，前者比后者强烈重要 |
| 0.9 | 表示两个元素相比，前者比后者极端重要 |
步骤3.3，模糊互补判断矩阵一致性检验，模糊互补矩阵是一致性矩阵的充要条件是任意指定行和其他各行对应元素只差为某一个常数，本实施例构建的模糊互补判断矩阵符合一致性检验；
步骤3.4，刚性堵漏材料特征参数权重系数求取，矩阵A＝(aij)n×n是一个模糊互补判断矩阵，W＝(w1，w2，……，wn)T是A的排序向量，则W满足：
可以直接由模糊互补判断矩阵利用该公式直接求出排序向量，操作简单，计算量小。计算参数权重排序向量时，要求若不满足此条件，则权重wi会出现负值与零值，此时则需要重新构建模糊互补判断矩阵。
通过上述公式直接求出本实施例刚性堵漏材料特征参数权重系数，如下式所示：
W＝(0.4014，0.0114，0.0114，0.0514，0.2514，0.1214，0.1514)
可见本实施例构建的模糊互补判断矩阵符合一致性，且矩阵构建合理，参数权重排序向量未出现负值与零值。
步骤4：对步骤1获取的刚性堵漏材料特征参数进行量化处理，得到刚性堵漏材料不同特征参数的评分值；
在步骤1中，本申请提出了关于各特征参数的评分依据，同时给出了各刚性堵漏材料的特征参数，根据评分依据和特征参数，能够计算出相应的评分值。
步骤5：依据步骤3与步骤4计算出刚性堵漏材料的最终综合评分，评分最高的刚性堵漏材料即为最适合井场实际需求的刚性堵漏材料，刚性堵漏材料的综合评分由下式计算：
式中，y表示刚性堵漏材料的最终综合评分，wi与xi分别代表各刚性堵漏材料特征参数权重系数与量化处理评分，同批材料里面，评分最高的为优选的材料。
本实施例刚性堵漏材料定量评价结果如下表所示：
可见根据刚性堵漏材料最终综合评分，可以看出LCM-6最终综合评分最高，即该材料是综合性能最优的刚性堵漏材料。
实施例验证
根据实施例1刚性堵漏材料定量评价结果，以评分最高的LCM-6与评分较高的LCM-9为架桥材料配置堵漏浆进行封堵性能测试，配方1：5％LCM-6+3％40-80目刚性粒子+3％超细填充材料；配方2：5％LCM-9+3％40-80目刚性粒子+3％超细填充材料，测试过程即结果如下：
将缝宽为1.5-1.0mm的钢岩样放入夹持器中，施加围压至20MPa，将配好的实验液体加入工作液釜体，开启电动搅拌器，转速设置为150r/min，打开气瓶和釜体入口端调压阀，将釜体内的压力调至1.5MPa，1min后打开岩心出口端阀门，计量初始漏失量，待漏失量稳定后，以2.0MPa的梯度增加釜体内压力，各压力保持一定时间，计量累计漏失量，当釜体内的压力达到某一个压力点时，累计漏失量迅速增加，釜体中压力急剧下降，且未恢复，则认为裂缝封堵失败，停止实验，记录上一个压力点为封堵层的承压能力。
配方1与配方2封堵压力曲线和漏失量累计曲线见图2、图3，从图中可以看出，上述实验结果表明：配方1形成的裂缝封堵层承压能力11.86MPa，累计漏失量5.57mL，配方2形成的裂缝封堵层承压能力8.83MPa，累计漏失量24.95mL，以高评分的LCM-6为架桥材料形成的裂缝封堵层承压能力高于评分较低的LCM-9形成的裂缝封堵层承压能力，且累计漏失量较小，封堵效果更佳。可见以高评分的刚性堵漏材料为架桥材料形成的裂缝封堵层承压能力高、累计漏失量小，封堵效果好，这证明了本发明建立的刚性堵漏材料定量评价方法的准确性与优越性。
上述具体实施方案已结合附图对本发明的方法进行详述，但是本发明并不限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，只要在不超过本发明的主旨范围内，可对实验条件与分析方法及对象进行灵活的变更，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种刚性堵漏材料定量评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取刚性堵漏材料的特征参数，所述的特征参数包括：粒度分布、圆度、扁平度、抗压能力、抗酸能力、抗温能力、摩擦系数；
步骤2：对步骤1获取的特征参数进行重要性排序，并确定每两个关键性能参数之间的相对重要性大小；
步骤3：运用模糊层次分析法计算各特征参数的权重系数；
步骤4：对步骤1获取的刚性堵漏材料特征参数进行量化处理，得到刚性堵漏材料不同特征参数的评分值；
步骤5：依据步骤3与步骤4计算出刚性堵漏材料的最终综合评分，评分最高的刚性堵漏材料即为最适合井场实际需求的刚性堵漏材料；
步骤1中各特征参数的量化值采用表1、表2和表3进行评价：
表1
表2
表3
表3中，Wf为目标裂缝的宽度；
所述步骤3中的具体操作过程为：
S1，首先构建递阶层次结构，优选刚性堵漏材料为目的层，刚性堵漏材料的特征参数为准则层，各种刚性堵漏材料为方案层；
S2，然后构建模糊互补判断矩阵，用统一标准对同一层内元素的相对重要程度两两进行比较，将各特征参数的相对重要程度的值在矩阵A中表示，该矩阵称为模糊互补判断阵，如下所示：
式中：式中i，j∈(1，…，n)，n为特征参数的最大数量；
其中模糊标度及其含义如下表所示：
S3，模糊互补判断矩阵一致性检验，模糊互补矩阵是一致性矩阵的充要条件是任意指定行和其他各行对应元素只差为某一个常数；
S4，刚性堵漏材料特征参数权重系数求取，矩阵A＝(aij)n×n是一个模糊互补判断矩阵，W＝(w1，w2，……，wn)T是A的排序向量，则W满足：
可以直接由模糊互补判断矩阵利用该公式直接求出排序向量，操作简单，计算量小；计算参数权重排序向量时，要求若不满足此条件，则权重wi会出现负值与零值，此时则需要重新构建模糊互补判断矩阵；
所述步骤5中的刚性堵漏材料的综合评分由下式计算：
式中，y表示刚性堵漏材料的最终综合评分，wi与xi分别代表各刚性堵漏材料特征参数权重系数与量化处理评分，同批材料里面，评分最高的为优选的材料。
2.根据权利要求1所述的一种刚性堵漏材料定量评价方法，其特征在于，所述的抗压能力以单层铺置刚性堵漏材料破碎率为评价依据；所述的抗酸能力以标准土酸下刚性堵漏材料酸溶率为评价依据，所述的抗温能力以180℃的钻井液环境中反应8h条件下的粒度降级率与质量降级率为评价依据；所述的摩擦系数以平均动摩擦系数为评价依据。
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2021
- 2021-11-26 CN CN202111418239.7A patent/CN114048686B/zh active Active
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