钻井液微纳米封堵性能评价方法研究进展.pdf
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1、第53卷第2 期2024年2 月(1.中国石油大学(北京)石油工程学院,北京10 2 2 49;2.中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院,北京10 2 2 49)摘要:综述了国内外钻井液微纳米封堵性能的评价方法及发展动态,阐述了各评价方法的特点。并且对微纳米封堵评价方法的智能化、精确化发展进行了展望。为开发高效、智能、落地性强的微纳米封堵评价方法提供了新思路。关键词:封堵性能评价;钻井液;纳米封堵中图分类号:TQ314;TE24performance evaluation method for drilling fluidSONG Han-xuan-2,YE Yan,ZHENG Lia
2、n-je,SUN Zhen-weil,ZHOU Tong,ZHANG Qing-wen(1.School of Petroleum Engineering,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,China;2.Unconventional Petroleum Research Institute,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,China)Abstract:This paper reviews the evaluation methods and d
3、evelopment of micro and nano plugging per-formance of drilling fluids at home and abroad,and describes the characteristics of each evaluation meth-od.And the development of intelligent and precise micro-nano plugging evaluation methods is prospected.It provides a new idea for the development of effi
4、cient,intelligent and grounded micro-nano plugging eval-uation methods.Key words:plugging performance evaluation;drilling fluid;nano plugging随着油气资源的发展1-3,钻井过程地层微纳米裂缝和孔隙的发育是现阶段井壁失稳的主要原因之一,采用在钻井液中添加微纳米封堵材料是有效解决复杂的重要手段4-7 。纳米材料溶液本身具有自发团聚效应,在钻井液中易发生团聚从而失去本身的优势,所以选取适当的方法评价纳米材料在钻井液中的封堵性能是巫待解决的问题之二8 微纳米封堵评
5、价方法是用来评价钻井液对地层中微纳米裂缝封堵的关键,开发高效的评价方法是当前研究的重点。当前微纳米封堵评价方法的研究在朝着多元化的方向发展,本文对现有钻井液评价方法进行研究,综合分析当前国内外评价方法及新型封堵评价方法,为未来封堵评价方法的发展提供指导性建议9-151国内外封堵性能评价方法1.1高温高压静滤失评价法高温高压静滤失评价方法是采用金属罐体作为钻井液加热加压容器,使用渗透率非常低的滤纸作为分离过程的过滤介质。该评价方法是现用最多的封堵性能评价方法,实验结束后,可以将滤纸取出,观察所形成滤饼的厚度以及质量。同时可以采用微观扫描来观察封堵材料的作用形态。高温高压滤失仪所用的滤纸是由大量的
6、纤维叠加而成,叠加所形成的孔隙可以达到微纳米尺寸。以滤纸收稿日期:2 0 2 2-12-2 4修改稿日期:2 0 2 3-12-0 6基金项目:国家自然科学基金(ZX20200280)作者简介:宋瀚轩(1997),男,河北怀安人,在读博士生,师从叶艳副教授。电话:17 7 17 7 110 53,Ema i l:118 50 41519 q q.c o m通信作者:叶艳(197 1),女,副教授。应用化工Applied Chemical Industry钻井液微纳米封堵性能评价方法研究进展宋瀚轩12,叶艳,郑连杰,孙振玮,周童,张警文文献标识码:A文章编号:16 7 1-32 0 6(2 0
7、2 4)0 2-0 38 3-0 3Research progress of micro-nano plugging作为介质,测试高温高压状态下钻井液对滤纸上微孔隙的封堵情况,记录滤失量随时间的变化曲线,来判断所形成的滤饼致密程度。如果高温高压滤失量随时间变化减小较为明显,则封堵效果较好,如高温高压滤失量随时间变化不大,则封堵效果较差。何虹16 认为实验过程中形成的压差与钻井液的累计滤失量具有一定的线性关系,可以通过其相关性对钻井液的封堵性能进行评价,并且可以用累计滤失量随时间的变化关系来反应封堵效果,利用高温高压静滤失仪来测定钻井液的滤失量,进而反映钻井液的封堵材料对泥饼形成的作用,以及地层
8、封堵效果。1.2高温高压动滤失评价法为了充分了解钻井液对微裂缝、地层裂缝的封堵能力,邹盛礼等17 利用美国OFI公司自主研发生产的OFI-170-50型高温高压动滤失仪对其性能进行了分析。与高温高压静滤失评价方法相比,高温高压动态滤失仪具有更为真实的模拟场景,通过在高温高压反应釜中设置搅拌速度,来模拟钻井液的不同流动状态,实现动态封堵。同时,可以根据现场所取得的井下数据以及钻井工况,来设置动态评价仪的压力、温度,钻子的转速等参数,达到不同井段实际工况的模拟。Vol.53 No.2Feb.20243841.3模拟微裂缝评价法Savari 等18 采用一种楔形沟槽来模拟地层裂缝,这种楔形沟槽采用开
9、度从宽到窄的设计,较为真实的模拟出地层裂缝形态。以楔形沟槽作为封堵介质,调节开度大小来评价不同尺寸的封堵颗粒封堵效果,并可以有效的观测封堵材料在裂缝中的封堵形态。1.4压力传递评价法ZhangLufeng等19 采用中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院自主设计研发的压力传导仪,它是根据非稳态法原理设计制造的超低渗岩心渗透率测试仪,由储液罐、岩心夹持器、恒温箱以及数据采集传输系统等组成。压力传递方法基本原理是在岩心上下游建立初始压差,待测流体渗流过密闭岩心到达下游,记录压力随时间的变化曲线。压力传递方法基本原理为在测量岩心上游与下游间形成初始压差,将待测的含有纳米封堵材料的钻井液,通过恒
10、定上游压力的方式,使流体通过低渗透、含有微纳米孔隙裂缝岩心的上端,然后通过一段时间到达岩心下端,记录下游压力随时间的变化曲线。下游压力上升时间长,流体在岩心中的流动速度越慢,则表明待测流体中微纳米材料的封堵性越好;下游压力上升时间短,则流体在岩心中的流动速度越快,则表明待测流体微纳米材料的封堵性越差。利用压力传递可以较为真实地评价岩心的微纳米封堵特征及承压能力。1.5金属薄片滤失评价法侯杰等2 0 在高温高压静态滤失法的基础上进行了改进,以不锈钢粉末为原料,采用特殊工艺进行压制,最后制备得到一种金属薄片作为封堵介质,该工艺可以模拟10 nm50 0 m的孔径范围,金属薄片厚度为5 10 mm。
11、金属薄片可以通过调节粉末粒径来控制缝板的孔径,从而模拟不同级别的孔隙与裂缝,并且不锈钢粉末薄片剖面粗糙,与地层缝隙表面特征相近。1.6声波传递速率评价法声波传递速率评价法是以声波在不同介质中传播速率不同的机理为指导,通过测量不同纳米材料封堵后岩心的传播曲线,来评价纳米材料的封堵效果2 1刘振东等2 2 通过对比不同浆体浸泡岩心样品的声波传递速率,来定性分析纳米颗粒封堵效果。但这种测试方法不稳定,数据重复率太低,可靠性较差。2圭封堵评价方法发展2.1封堵仿真模型杨现禹2 3 采用数值模拟和实验分析结合的方式,提供了一种计算模拟模型,考虑了流固耦合力应用化工学模型,封堵颗粒的粒径、岩心的裂缝以及孔
12、隙迁曲度等多因素,模拟了纳米颗粒在岩石孔隙中的流态,以及封堵情况,计算得到纳米材料的封堵效率,利用压力传递实验仪等设备实验结果对比验证了模型的可靠性。明晰了纳米颗粒在页岩孔隙中的运动规律,证实了纳米颗粒封堵页岩裂缝和裂隙的可行性,对纳米颗粒封堵评价提供了仿真模拟基础。2.2封堵可视化模型为了揭示微纳米材料对硬脆性泥页岩微裂缝的封堵机理,石秉忠等2 4 利用自行研制的可视化微裂缝封堵能力评价仪,采用不同种类及尺寸的封堵材料,研究了在7 种缝宽条件下,封堵材料在模拟微裂缝中的封堵效果,揭示了不同微纳米材料在微裂缝的封堵机理。研究表明,对于硬脆性泥页岩中的微纳米裂缝,微裂缝可视化封堵模拟评价方法可以
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