CN117147370A - 一种堵漏材料与钻井液密度适配性定量测试的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种堵漏材料与钻井液密度适配性定量测试的方法，涉及堵漏技术领域。该方法步骤如下：将待测堵漏材料与钻井液进行混合以配制堵漏浆，同时测量其密度；将堵漏浆静置一定时间后，分别取上部一定位置的堵漏浆和下部一定位置的堵漏浆，测量其密度；基于计算其密度适配因子DAF，其中，DAF值越大说明待测堵漏材料和钻井液的适配性越好。本发明提出了堵漏材料密度适配性评价公式，给出了堵漏材料密度适配性评价指标使其能用于测试堵漏浆的密度适配性，并且操作简单，对于堵漏浆的密度适配性的评价也更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及堵漏技术领域，具体是指一种堵漏材料与钻井液密度适配性定量测试的方法。
背景技术
随着全球开采的油气资源量和人类日益增长的能源需求矛盾日益突出，油气勘探开发领域不断扩展，已由中浅层逐渐向深层和超深层迈进。随着钻探深度的不断增加，地质条件越来越复杂。复杂的地质环境给钻井带来了巨大难题，加剧了钻井液漏失控制难度。据统计，全世界每年井漏发生率在20%~25%之间，每年用于堵漏费用高达40亿美元。井漏导致大量工作液流入储层，这不仅会直接造成巨大的经济损失，损失大量的钻井时间还可能会导致诸如井塌、井喷、卡钻等井下复杂事故,同时井漏也是最严重的储层损害方式。井漏问题已经成为制约高效、安全钻井的瓶颈之一。
井底正压差、漏失通道、漏失空间是工作液漏失发生必须具备的三个条件。常规的过平衡钻井技术使得井底压力大于地层压力，为工作液漏失提供了正压差的条件，储层具有的原生孔喉，天然裂缝、溶洞以及诱导裂缝则为漏失提供了漏失的通道以及空间。
在工作液发生漏失之后，快速、有效的控制工作液漏失是继续安全钻进的重要前提。调控井周应力场技术和封堵漏失通道技术是国内外控制工作液漏失的主要关键性技术。众多学者通过研究提出了许多经典理论。诸如“应力笼”理论、“裂缝闭合应力”理论、“屏蔽暂堵”理论、“1/3架桥”理论、“阻渗带地层强化”理论、“理想充填”理论。
在封堵漏失通道的技术中，桥接堵漏法是现场最常用的处理井漏的方法，其具有施工简单方便、成本较低，材料来源广等特点。在塔里木、西南、长庆等地区的应用比超70%，美国90%的井漏均采用桥接堵漏来处理。
桥接堵漏法是指将不同类型，不同粒径的堵漏材料，按一定的比例进行复配成堵漏浆然后直接注入漏层的方法。其原理是堵漏材料在漏失通道内发生架桥、拉筋、堆积、填充等作用，形成具有一定承压能力和适应性的致密封堵层，阻止工作液进入储层，达到保护储层的目的。其中封堵层对于漏失通道的封堵效果受堵漏材料的类型、配比和浓度的影响。
由于井漏发生情形的复杂性，导致桥接堵漏的一次成功率低。川渝地区三开裂缝地层油基漏失段桥接堵漏一次成功率仅为16%。青石茆区域使用桥接堵漏单井堵漏次数较多，平均一次堵漏成功率偏低。
由如下所示的Stokes沉降公式可知，密度和形状是影响颗粒沉降速度的一个重要因素，而不同类型的堵漏材料具有不同的密度和形状。由桥接堵漏材料复配而成的堵漏浆在由井口到井底的过程中，由于不同材料的密度适配性不同，密度大的堵漏材料沉降速度快，最先达到井底，导致单位体积内桥接堵漏材料的配比、浓度发生变化，影响封堵层的结构，最终影响封堵层的封堵效果。
式中：V-颗粒沉降速率，cm/s；d-颗粒材料直径，cm；η -体系粘度，mPa.s；ρs、ρf分别为颗粒材料和钻井液的密度，g/cm3。
在钻井过程中，往往会加入重晶石等密度高的材料来衡地层压力，维持井壁稳定。但这些密度高的材料往往会由于重力的影响发生沉降，引起钻井液漏失、卡钻等问题。对于重晶石等加重材料的沉降问题，国内外学者进行了广泛的研究。其中密度差法和沉降因子法是现场运用较多的静态沉降测试方法。
其中密度差法是通过测试静置一段时间后钻井液的上、下密度差来评价钻井液沉降稳定性，其中，其静置时间为固定时间，通常为48h（模仿常规钻井液的静置时间），取样位置同样是固定的，通常为距离顶部三厘米和距离底部三厘米的位置。最终测得的密度差越大，说明沉降稳定性越差，该测试方法测试结果具有局限性，不能很好反映整体沉降情况，存在较大的误差。
沉降因子（SF）法是通过测定钻井液上部与下部密度，其具体操作方法和密度差法相同，其静置时间为固定时间，通常为48h（模仿常规钻井液的静置时间），取样位置同样是固定的，通常为距离顶部三厘米和距离底部三厘米的位置。测试结束后，通过下式来计算沉降因子来判断钻井液的沉降稳定性。当SF值为0.50时则说明钻井液未发生静态沉降，SF值在0.50~0.52时说明钻井液的沉降稳定性较好，SF值大于0.52时说明钻井液的沉降稳定性较差。该测试方法在测试时上层游离液体未参与计算，有较大的误差。
式中SF为沉降因子，ρ 上部为老化罐中除去上层清液的钻井液平均密度，ρ 下部为老化罐底部钻井液的平均密度，g/cm3。
综上所述，上述的两种测试方法主要是测试重晶石等加重材料在钻井液中的沉降情况，由于堵漏浆中堵漏材料的性质、配比和浓度与钻井液中的重晶石不同，并且其静置时间的选取往往以经验为主（通常是48小时），而堵漏施工时间与钻井时间不同，故直接使用上述测试方法不能很好的评价堵漏材料的密度适配性。
发明内容
为解决至少一种上述问题，本发明提供一种堵漏材料与钻井液密度适配性定量测试的方法。该方法能较好的评价堵漏材料的密度适配性，且操作比较简单。为深层或者超深层堵漏材料密度适配性评价提供技术支持。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：一种堵漏材料与钻井液密度适配性定量测试的方法，步骤如下：
待测堵漏材料与钻井液进行混合以配制堵漏浆，同时测量其密度ρ 0；
将堵漏浆静置一定时间后，分别取上部一定位置的堵漏浆和下部一定位置的堵漏浆，测量其密度并分别记为ρ 1和ρ 2，其中，ρ 1为静置后上部一定位置的堵漏浆密度，ρ 2为静置后下部一定位置的堵漏浆密度；
基于下式计算其密度适配因子DAF，其中，DAF值越大说明待测堵漏材料和钻井液的适配性越好；
式中，ABS表示绝对值。
本发明的一种实施方式在于，所述堵漏浆的静置时间为现场堵漏施工总时间的五分之二到五分之三。
本发明的一种实施方式在于，取上部一定位置的堵漏浆和下部一定位置的堵漏浆的具体操作为，将整个堵漏浆均分为上下两个部分，取堵漏浆时，先在上部取样位置往上取堵漏浆，后在下部取样位置往下取堵漏浆，且堵漏浆的静置时间越长，则上部取样位置越高，下部取样位置越低。
进一步的，上部取堵漏浆时，最低取样位置为堵漏浆整体高度的二分之一，最高取样位置为堵漏浆整体高度的四分之三；下部取堵漏浆时，最高取样位置为堵漏浆整体高度的二分之一，最低取样位置为堵漏浆整体高度的四分之一。
本发明的一种实施方式在于，密度适配因子的评价标准如下表所示：DAF＜0.9时，适配性为差；0.9≤DAF＜1.1时，适配性为中等偏差；1.1≤DAF＜1.3时，适配性为中等；1.3≤DAF＜1.5之间时，适配性为中等偏好；DAF≥1.5时，适配性为好。
综上所述，与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本发明首先给出了堵漏材料密度适配性评价公式以及评价指标，测试方法简单能较好的评价堵漏材料的密度适配性；其次沉降因子法和密度差法基本上是以48小时为静置时间，模拟钻井液钻进过程中材料的沉降时间，而钻井施工时间与堵漏施工时间不同，故不能将传统的静置时间用于本实验，以现场堵漏时间施工来确定堵漏浆静置时间，在一定程度上可以提高实验结果的准确性；最后通过堵漏施工时间在实验容器中选择不同位置的堵漏浆来测试其密度使得测试结果准确可靠。
附图说明
图1是密度适配因子图版；
图2密度适配因子大于1.5和小于0.9的堵漏材料的封堵承压能力测试曲线。
实施方式
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。
一种堵漏材料与钻井液密度适配性定量测试的方法，包括以下步骤：
将待测堵漏材料与钻井液进行混合以配制堵漏浆，同时测量其密度ρ 0；
具体的，在该过程中，待测堵漏材料的加量可根据实际使用量决定，密度ρ 0的测定按照本领域常规方法测定即可，因此在此对其具体操作步骤不予赘述。同时，在本步骤中，测量密度的仪器可以采用现有的仪器，比如比重仪。
将堵漏浆静置一定时间后，分别取上部一定位置的堵漏浆和下部一定位置的堵漏浆，测量其密度并分别记为ρ 1和ρ 2，其中，ρ 1为静置后上部一定位置的堵漏浆密度，ρ 2为静置后下部一定位置的堵漏浆密度；
具体的，常规方法中，其堵漏时间通常为固定值，目前大多是按照钻井液的静置时间来确定，比如48h，然而，钻井施工时间和堵漏施工时间不同，两者的目的也有一定的差距，因此，如果机械的采用钻井液的静置时间来确定堵漏浆的静置时间，其存在一定的不合理性。而本发明中，发明人经过大量实验后发现，将静置时间以该堵漏浆的实际堵漏施工时间来进行确认时，最终测得的结果更加准确。
在实际生产过程中，堵漏施工通常分为间歇挤注、憋压候堵、静止候堵、循环验堵，而前两个过程中，如果堵漏浆中的堵漏剂颗粒发生沉降，则可能会导致堵漏效果变差，为此，本发明中，以间歇挤注、憋压候堵两步操作的总时间作为堵漏浆静置的总时间；同时，间歇挤注、憋压候堵两步操作的总时间通常占用堵漏施工总时间的五分之二到五分之三，因此，本发明中，限定堵漏浆的静置时间为堵漏施工总时间的五分之二到五分之三，优选的，堵漏浆的静置时间为堵漏施工总时间的二分之一。
同时，常规方法中，其对静置后堵漏浆上下部密度的测定，其取样位置也是参照钻井液，在静置后堵漏浆的上下固定位置进行取样检测。然而，对于堵漏浆来讲，其静置时间不同，上下部的密度差就不同，因此，为了适应堵漏浆的静置时间的改变，发明人经过大量试验后发现，且堵漏浆的静置时间越长，则上部取样位置越高，下部取样位置越低。
在本实施例中，取上部一定位置的堵漏浆和下部一定位置的堵漏浆的具体操作为，将整个堵漏浆均分为上下两个部分，取堵漏浆时，先在上部取样位置往上取堵漏浆，后在下部取样位置往下取堵漏浆。特别的，上部取堵漏浆时，最低取样位置为堵漏浆整体高度的二分之一，最高取样位置为堵漏浆整体高度的四分之三；下部取堵漏浆时，最高取样位置为堵漏浆整体高度的二分之一，最低取样位置为堵漏浆整体高度的四分之一。例如，当静置时间为8h时，那么首先在堵漏浆整体高度三分之二处向上取一定量的堵漏浆，随后在堵漏浆整体高度三分之一处（上部取样前的位置）向下取一定量的堵漏浆。关于堵漏浆的取样量，可以参考本领域常规方法中的取样量，比如根据堵漏浆量的多少，取样量为数十毫升到上百毫升。由于堵漏施工时间一般不超过24h，因此，静置时间一般不超过12h，当静置时间为12h时，取样位置为四分之一向上一级四分之三向下。
如前所述，本步骤中，测量密度的仪器可以采用现有的仪器，比如比重仪。
基于下式计算其密度适配因子DAF，其中，DAF值越大说明待测堵漏材料和钻井液的适配性越好。
式中，ABS表示绝对值。
具体的，对于最终计算出的密度适配因子DAF来讲，其值越大，说明待测堵漏材料和钻井液的密度适配性越好，而最终形成的堵漏层的强度也越高，反之亦然。发明人经过大量创造性劳动后，总结出了如表1和图1所示的规律。
表1.堵漏材料密度适配性评价标准
因此，本领域技术人员可以根据最终计算出的密度适配因子DAF大小，来确定该堵漏材料是否符合该堵漏层的要求。
为了进一步说明本发明实施例公开方法的效果，下面进行具体的测试。
取10种不同的堵漏材料，将其分别加入钻井液中，配置成堵漏浆，随后利用比重仪测量其初始密度ρ 0。
随后各取500ml堵漏浆加入量筒中，基于实际封堵层堵漏操作的情况，使其均静置12h，静置结束后，在堵漏浆高度的四分之三处向上取堵漏浆100ml，测量其密度ρ 1，后在堵漏浆高度的四分之一处向下取堵漏浆100ml，测量其密度ρ 2。最终测量结果如表2所示。
表2 堵漏材料的密度测试结果
基于下述公式计算表2中10种堵漏剂的密度适配因子（DAF），最终计算结果如表3所示。
实验结果如表3所示，通过实验结果我们可以发现，不同堵漏材料的密度适配性不同，其中密度适配因子小于0.9的堵漏材料的密度适配性差，密度适配因子大于0.9小于1.1的堵漏材料的密度适配性较差，密度适配因子大于1.1小于1.3的堵漏材料的密度适配性一般，密度适配因子大于1.3小于1.5的堵漏材料的密度适配性较好，密度适配因子大于1.5的堵漏材料的密度适配性好。
表3 堵漏材料的密度适配因子测试结果
同时，为了证明本发明实施例方法的优越性，选择编号2（以碳酸钙为架桥材料，小粒径的核桃壳为填充材料）和编号9（以核桃壳为架桥材料，小粒径的核桃壳为填充材料）的堵漏材料，利用常规的SF法进行测量，最终其测量结果分别为0.5145和0.5065。
后采用如下实验步骤对其预测结果进行验证：
a 将上述两种堵漏材料分别复配成堵漏浆，按照现场堵漏施工时间，静置一段时间（该实施例静置时间为12小时）。
b 将有一定缝宽的钢岩样放入夹持器中，施加围压至15MPa；
c 将配好的工作液加入工作液釜体，打开气瓶和釜体入口端调压阀，将釜体内的压力调至0.2MPa，1min后打开岩心出口端阀门，计量初始漏失量；
d 待漏失量稳定后，以2MPa的梯度增加釜体内压力，各压力保持15min，计量累计漏失量；
e 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；
f 重复实验步骤b~e，在即将达到封堵层承压能力时，停止实验，取出岩样内的封堵层。
实验结果如图2所示：其中密度适配因子（DAF）大于1.5（密度适配性好，沉降因子法的测试结果也是密度适配性好）的堵漏材料对裂缝的封堵效果较好，封堵承压能力达到11.5MPa，而密度适配因子（DAF）小于0.9（密度适配性差，但是沉降因子法的测试结果却是密度适配性好）的堵漏材料对裂缝的封堵效果差，封堵承压能力仅为2.2MPa。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种堵漏材料与钻井液密度适配性定量测试的方法，特征在于，包括以下步骤：
将待测堵漏材料与钻井液进行混合以配制堵漏浆，同时测量其密度ρ 0；
将堵漏浆静置一定时间后，分别取上部一定位置的堵漏浆和下部一定位置的堵漏浆，测量其密度并分别记为ρ 1和ρ 2，其中，ρ 1为静置后上部一定位置的堵漏浆密度，ρ 2为静置后下部一定位置的堵漏浆密度；
基于下式计算其密度适配因子DAF，其中，DAF值越大说明待测堵漏材料和钻井液的适配性越好；
，式中，ABS表示绝对值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述堵漏浆的静置时间为现场堵漏施工总时间的五分之二到五分之三。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：取上部一定位置的堵漏浆和下部一定位置的堵漏浆的具体操作为，将整个堵漏浆均分为上下两个部分，取堵漏浆时，先在上部取样位置往上取堵漏浆，后在下部取样位置往下取堵漏浆，且堵漏浆的静置时间越长，则上部取样位置越高，下部取样位置越低。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，上部取堵漏浆时，最低取样位置为堵漏浆整体高度的二分之一，最高取样位置为堵漏浆整体高度的四分之三；下部取堵漏浆时，最高取样位置为堵漏浆整体高度的二分之一，最低取样位置为堵漏浆整体高度的四分之一。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，密度适配因子的评价标准如下所示：DAF＜0.9时，适配性为差；0.9≤DAF＜1.1时，适配性为中等偏差；1.1≤DAF＜1.3时，适配性为中等；1.3≤DAF＜1.5之间时，适配性为中等偏好；DAF≥1.5时，适配性为好。
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