大型漏失井堵漏技术研究与应用汇报资料

,大型漏失井堵漏技术研究与应用,项目负责人：岳妍华罗平亚汇报人：聂勋勇,长庆钻井工程总公司：岳妍华张建卿吴付频李章顺陈仲银王伟良陈华西南石油大学：罗平亚王平全聂勋勇张新民崔茂荣周成华杨莉,2008年7月,汇报的主要内容,项目考核指标与完成情况长庆油田的井漏规律及处理技术新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究长庆油田凝胶ZND现场应用结论与建议,项目考核指标与完成情况,合同规定的内容长庆油田大型漏失井钻井井漏处理工艺技术研究新型聚合物堵漏剂性能特点、堵漏原理与堵漏工艺研究试验3口井，推广应用5-6口井主要考核指标裂缝性漏失，同一漏层一次堵漏成功率达到50%，堵漏成功后，西峰洛河层同一漏层反复漏失不大于2次；堵漏成功后，同一漏层反复漏失不大于2次；漏层承压能力满足密度1.30g/cm3钻井液不漏；建立起一套成熟的堵漏工艺技术,项目完成情况调研近几年长庆油田大型井漏及其处理措施，分析了洛河组地层、刘家沟地层和延长组地层严重井漏的特点及原因，总结了长庆油田大型漏失井处理工艺技术；完成了新型聚合物堵漏剂的性能特点、堵漏施工配方、堵漏原理以及现场应用工艺技术的研究，概括出选取凝胶ZND堵漏技术处理长庆油田大型漏失井的原则；新型聚合物凝胶ZND在长庆油田处理大型漏失井16口，共应用22次，成功14次，失败2次，见效8次，堵漏成功率63.6%。凝胶段塞”的堵漏原理为长庆油田处理大型漏失提供了新的思路，在此基础上发展的凝胶ZND堵漏技术解决了很多长庆油田原来用桥塞和水泥浆堵不住的或采用桥塞和水泥浆堵漏要耗费大量时间和堵漏剂的大型漏失井堵漏问题，在一些原来堵漏无效的大型漏失井堵漏见到了效果，缩短了长庆油田钻井周期，降低了钻井成本。,长庆油田的井漏规律及处理技术,长庆油田井漏特点西峰油田的漏失存在以下特点：大型漏失主要发生在洛河层，洛河组漏层发育水平裂缝和垂直裂缝，漏层裂缝发育程度和裂缝通道的多变性导致大型井漏堵漏无规律可循；漏层充分暴露或部分暴露后，单纯桥塞堵漏浆很难提高破裂地层承压能力，无论灌多少泥浆，静液面始终在180200米左右。漏层含水，在注水泥堵漏过程中，地层水与水泥浆置换快，水泥浆无法驻留在裂缝中，在压差作用下随活跃的地层水流走，导致无水泥塞或形成的水泥塞胶结质量差，注水泥浆后往往井筒漏层上下都有水泥塞，漏层时有时无，钻到漏层就失返，增加了堵漏难度。,长庆油田的井漏规律及处理技术,西峰油田洛河组大型漏失井特点：地层破裂压力极低，漏失压差达2.0MPa左右；漏失层与水泥塞胶结质量差，随着钻井液的冲刷漏失极易发生反复，导致漏层位置难以确定，给堵漏工艺的优选增加了难度，也增加了堵漏施工的风险。,长庆油田的井漏规律及处理技术,子洲区块刘家地层漏失特点井漏与区块关联性强，在榆58井周围井漏一般为刘家沟地层全井段漏失；同区域与地面海拔关联性强，同一区块相比，海拔越高，钻井中刘家沟井漏的程度越严重；漏失越早的井漏失越严重，堵漏难度越大；漏失容易反复，泥浆光钻杆挤压堵漏大多数都能承压1.0MPa以上,挤压堵漏后能建立循环,并且恢复钻井,但是10-24小时后又出现同样的井漏。静止堵漏能建立循环，发生漏失，利用堵漏泥浆静止3-5小时开泵能返出，钻进循环冲开又漏失。刚进入漏层就采取防漏堵漏措施，堵漏效果比较好，一旦形成好的漏失通道，再进行堵漏就比较困难。,长庆油田的井漏规律及处理技术,延长组地层井漏特点延长组地层区域性存在压差性微裂缝，承压能力较差，易发生压差性井漏。泥浆密度过高，井筒液柱压力大于地层承压能力，或者操作上下钻速度过快，猛提猛放，都可能导致激动压力过大而诱发延长组井漏，发展为大型漏失，这类漏失处理也比较困难。,长庆油田的井漏规律及处理技术,长庆油田常用防漏堵漏方法随钻堵漏微泡充气钻井防漏钻井液挤压堵漏漏失速度大于10m3/h的井，井漏发生后及时起钻下光钻杆，采取钻井液挤压堵漏措施。挤水泥堵漏,新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究,凝胶堵漏机理的提出堵漏的两种思路:堵漏剂材料强度大于P泥(包括静压力和动压力)。P泥一P漏小于堵漏剂移动时所需压降(堵漏剂是一种能完全隔绝地层流体与井筒之间联系的段塞，它是移动阻力很大的结构性流体)。提出隔断式凝胶段塞堵漏机理针对裂缝性、溶洞性恶性漏失的堵漏的难点，依据第二种堵漏思路，已经研制成功了油田堵漏用特种凝胶ZND，该堵漏材料进入漏层即能自动停止流动，并充满漏失裂缝、溶洞空间，且难与油、气、水相混合，形成能隔断地层内部流体与井筒流体的“凝胶段塞”，而使该段塞具有足够的启动压差并大于泥浆柱压力与地层流体压力的差来达到堵漏的目的。,凝胶ZND性能研究（1）凝胶ZND的主要特性强剪切稀释特性：约7s-1或静止下，形成强的分子间连接，粘度达几万（13万）mPa.s，约1000s-1）可剪切变稀，粘度可达10050mPa.s。在相同浓度下，凝胶ZND的粘度要比其它油田常用聚合物材料粘度高。,流体有很好的粘弹性，且弹性比例高：能过喉道膨胀、占据和充满整个缝洞空间，能形成将地层流体与井筒完全隔断的段塞。静止后要使其移动必须克服足够的弹性阻力。此流体能与其它固体材料（如桥塞粒子、水泥、搬土）混合而不影响流体上述特性。,新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究,凝胶堵漏机理研究孔洞型漏失模拟,漏层可以充填不同粒径的玻璃珠，钢珠，砾石模拟孔洞性地层漏失，装置可以加压测量（03MPa），模拟结果可靠性大大增强，此外该装置还可以加热模拟上井漏地层温度。,新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究,凝胶段塞排水性,砾石粒径组成（I）填充模拟漏层排水率测试数据,砾石粒径组成（II）填充模拟漏层排水率测试数据,实验发现凝胶ZND排水率都达到了99%以上，完全排走了孔洞中的流体。,新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究,凝胶段塞的启动压力梯度,砾石粒径组成（I）填充模拟漏层测试数据,砾石粒径组成（II）填充模拟漏层测试数据,新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究,凝胶段塞的启动压力梯度,凝胶具有很强的抗水稀释能力，实验的排水率均大于99，可以在漏层中形成凝胶段塞，所形成的凝胶段塞静置23小时后，测得了凝胶段塞的启动压力，并且测得了凝胶段塞的启动压力梯度。,砾石粒径组成（III）填充模拟漏层测试数据,凝胶段塞确实能在漏层中能够产生一个启动压降梯度。,新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究,通过实验，归纳得出凝胶段塞形成的条件和段塞形成调控方法。,形成隔断式段塞的必要条件：凝胶（堵漏材料）应具有良好的抗水稀释能力，难与水相混合，凝胶性质难于漏层中的流体影响；凝胶（堵漏材料）应具有良好的粘弹性，凝胶过吼道膨胀，排走漏层孔隙中的流体；凝胶（堵漏材料）流动阻力应该大，能够在漏层中停留。隔断式段塞形成的调控方法：使用较高的浓度凝胶降低配制ZND凝胶的水的钙镁离子子含量先快后缓慢注凝胶进入漏层（操作上）,（3）凝胶段塞形成条件及调控方法,新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究,（4）凝胶段塞的封堵能力研究启动压力梯度的影响因素研究漏层物性对凝胶段塞启动压力的影响凝胶段塞封堵能力1）启动压力梯度的影响因素,凝胶浓度越大，启动压力越大，但受可泵性影响。,新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究,2）漏层物性对凝胶段塞启动压力的影响,模拟漏层填充的孔径由14逐渐减小，始终保持严重漏失的程度，从图以上三图可知，在相同浓度下，随着漏层的孔隙减小，凝胶段塞的启动压力和启动压力梯度增加。凝胶段塞的封堵能力受漏层条件的影响很大。降低孔洞的大小也会影响凝胶段塞的启动压力梯度，在孔洞越小（大于0.2mm）启动压力梯越大。,新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究,3）封堵能力实验测得纯凝胶段塞的启动压力梯度最高为25.29KPa/m，只能有效的把1100m左右的恶性漏失的漏失压力提高当量密度0.2g/cm3，光靠凝胶本身很难较大的提高漏层承压，但是特种凝胶可以配合常规堵漏材料（水泥浆、桥浆等）使用，充分发挥常规堵漏材料的堵漏功效。4）凝胶ZND加常规桥塞堵漏剂桥塞堵漏剂为复合堵漏剂（含有细纤维，粗纤维长5-50mm、宽2mm，颗粒1-3mm），桥塞堵漏剂加量5。凝胶加入桥塞堵漏剂后可以较大的提高其封堵能力。,桥塞堵漏剂加入凝胶中堵漏与纯凝胶堵漏对比,新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究,（2）裂缝性漏失实验装置：该装置可以模拟宽w=25mm的裂缝，裂缝的尺寸最大为w长L705mm高h（可变）。,纯凝胶在裂缝中形成段塞的情况凝胶在模拟的宽2mm裂缝中形成段塞的情况。纯凝胶在填充裂缝而形成的裂缝孔隙中形成段塞：凝胶在模拟的裂缝宽3mm填充3mm厚的颗粒骨架形成裂缝孔隙形成段塞的情况。,凝胶未与裂缝中红色水相混，不会变稀；活塞式推进，完全驱走水；形成了凝胶段塞。,新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究,纯凝胶在裂缝中的启动压力梯度实验测得1.2%的ZND凝胶在3mm裂缝中的启动压力梯度：Pi14.65KPa/m。相当于在长10M宽3mm的裂缝用30方凝胶可将其漏失压力增大1.5MPa。实验测得1.2%的ZND凝胶裂缝孔隙（裂缝宽3mm填充3mm厚的颗粒骨架）中的启动压力梯度:Pi0.0189MPa/m相当于在长10M宽3mm的裂缝用30方凝胶可将其漏失压力增大1.9MPa。,新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究,施工配方配方一：纯ZND凝胶：1.01.5%ZND-2（或ZND-1）+清水；配方二：0.81.2%ZND-2（或ZND-1）+其它常用堵漏剂混合物；配方三：先注1.01.5%ZND-2（或ZND-1）凝胶，尾追水泥浆或纤维水泥配方四：先注桥塞或橡胶颗粒后注1.01.5%ZND-2（或ZND-1）凝胶，尾追水泥浆或纤维水泥。配方一、二适用于裂缝、孔洞但漏失压差较小的恶性漏失，或漏层含有大量水的井漏，漏失压差一般在2MPa以下。方案三、四主要用于漏失压差稍大的恶性漏失或漏层含有大量水的井漏，漏失压差很大的裂缝型、孔洞、溶洞型或喷漏共存的恶性漏失。,凝胶ZND堵漏工艺技术,新型聚合物堵漏剂性能堵漏原理与工艺技术研究,凝胶配制及施工前准备工作要求凝胶配制罐准备凝胶配制罐与上水管线的连接取样现场水，按照施工浓度做室内小样试验施工前配制、试注凝胶堵漏施工,大型失返漏层，钻具下到漏层顶部以上30-50米；漏层较长或位置不清，在可返出的情况下，钻具下到漏层中部。两种情况所下钻具均应是光钻杆，首先是保证施工过程安全，其次是防止堵漏浆液中的高分子材料遇钻头喷嘴处剪切断链，使体系成胶能力降低。,凝胶ZND堵漏工艺技术,长庆油田凝胶ZND现场应用,试验井3口柳67-72井采用新型聚合物堵漏剂ZND-2堵漏1次，1次成功。西30-1井采用新型聚合物堵漏剂ZND-2堵漏2次，1次见效，1次失败。西30-2井采用新型聚合物堵漏剂ZND-2堵漏5次，3次成功，1次见效，1次失败。直接用1.01.2%ZND-2堵漏成功3次，失败1次，1.5%ZND-2+速凝水泥堵漏成功1次，0.751%ZND-2+25%桥塞剂堵漏取得一定效果。凝胶ZND堵漏情况简介柳67-72井在1629米处发生漏失时，采用的泥浆密度1.021.03g/cm3，漏失液面最大深度200米，采用桥浆架桥物质粒径35mm，打水泥塞九次堵漏只见到一定效果，井内液面有一定的上升（171米70米50米29米），采用凝胶ZND-2堵漏，光钻杆下到漏层顶部100左右，泵入（先泵，后蹩）37方1.2%ZND-2凝胶，在施工过程中返出约2方泥浆，然后替清水12方，起初静堵6小时，开泵循环15分钟，外返正常，正常钻进，堵漏成功。,长庆油田凝胶ZND现场应用,西30-1井为特大型裂缝性含水层漏失，国内外均无有效处理办法，该井先后采用桥浆、水泥浆、桥浆+智能ZND堵漏剂、水泥浆+调堵剂复合堵漏等方法37次堵漏无效（包括注水泥12次），共漏失堵漏桥浆500方，堵漏水泥175吨，最终导致井眼报废。,西30-1井两次采用凝胶ZND堵漏情况,长庆油田凝胶ZND现场应用,西30-2井采用凝胶ZND堵漏五次，第五次采用1.5%ZND-2堵漏后，接着注速凝水泥浆堵漏的方式与西南石油大学提出的堵漏方案三吻合，取得了良好的效果情况如下：,长庆油田凝胶ZND现场应用,西30-2井共采用新型聚合物堵漏情况,长庆油田凝胶ZND现场应用,推广试验井13口（14井/次）采用1.4%ZND-2+水泥浆的堵漏方案在召9井堵漏2次成功，分别在洲22-26井、洲24-25井、洲22-25井和洲22-23井堵漏1次，均取得成功，在镇40-33井采用1.2%ZND-2堵漏1次成功，采用1.2%ZND-1+水泥浆的方案在地82105井和镇43-371井堵漏见效（排量恢复2/3），在镇40-33井堵漏恢复排量4/5，采用1.2%ZND-2在地54-91井堵漏1次见效（由于只要用ZND-2胶液封堵漏层保证正常电测即可，所以未进行关封井器挤压作业）。堵住后该漏层未见反复漏失，推广应用井堵漏成功10次，见效4次，堵漏成功率71.4%,新型聚合物堵漏剂在长庆油田推广应用情况,长庆油田凝胶ZND现场应用,新型聚合物堵漏剂在长庆油田推广应用情况,长庆油田凝胶ZND现场应用,新型聚合物堵漏剂在长庆油田推广应用情况,“凝胶段塞”的堵漏原理为长庆油田处理大型漏失提供了新的思路，在此基础上发展的凝胶ZND堵漏技术解决了很多长庆油田原来用桥塞和水泥浆堵不住的或采用桥塞和水泥浆堵漏要耗费大量时间和堵漏剂的大型漏失井堵漏问题，在一些原来堵漏无效的大型漏失井堵漏见到了效果，缩短了长庆油田钻井周期，降低了钻井成本。新型聚合物ZND堵漏技术基本可以解决刘家沟和延长组地层的裂缝性失返漏失，为这些地层的大型漏失井堵漏提供了一种有效的方法。虽然如此，运用凝胶ZND处理个别井的特大型漏失还存在问题，主要表现在凝胶的强度不够，裂缝内启动压力太低，还需要做深入的研究。,新型堵漏剂ZND堵漏方案的选取原则总结凝胶ZND在长庆油田的堵漏应用情况，概括出选取凝胶ZND处理长庆油田大型漏失的原则：对于漏失量大的裂缝性漏失和钻井液有进无出以及不能循环的井漏对于采用以上桥塞堵漏效果差，要多次注水泥才能有效封堵漏层的失返性严重漏失时，可采用新型聚合物凝胶堵漏技术，当漏失压差较小（漏失液面50米以内）时采用纯凝胶堵漏技术，漏失压差大（漏失液面在50-200米之间）时采用先注凝胶后面跟水泥的堵漏技术。,结论与建议,结论调研了近几年长庆油田大型漏失井井漏特点和处理措施，分析了洛河组地层、刘家沟地层和延长组地层严重井漏的特点及原因，总结了长庆油田大型漏失井处理工艺技术。提出了新的思路（使堆集物移动的压力梯度大于(P泥P地)产生的压力梯度），实践证明该思路是可行的，并根据新的思路提出了“凝胶段塞”堵漏机理。该思路的提出为处理大型漏失，特大型