一种基于承压分散的裂缝性储层堵漏配方优选和设计方法

1.本发明涉及漏失控制技术领域，具体涉及一种基于承压分散的裂缝性储层堵漏配方优选和设计方法。


背景技术：

2.近年来，随着油气勘探目标由浅层、中层向深层和超深层的加速发展，钻井液通过地层中裂缝漏失的问题已经成为钻完井作业中最常遇到的复杂工程挑战之一。依据堵漏配方向钻井液中加入堵漏材料进行桥塞堵漏来封堵裂缝、降低钻井液漏失量，是深部裂缝性储层中应用最广泛的堵漏方法。堵漏配方能不能够封堵裂缝、封堵后的裂缝能否承受施工所需的压力往往直接决定着最终桥塞堵漏的成败。
3.现阶段，设计一种堵漏配方大多是凭经验多次增减、替换配方中各堵漏材料及其加量，再通过室内堵漏承压实验验证每次调整后的配方是否有效，最终得到一个针对某深层裂缝性储层的堵漏配方。由于配方承压能力作为硬性工程技术指标需要在尽可能还原地层高温高压条件下测定，得到一个具有高承压能力的堵漏配方往往需要耗费大量的时间与人力物力，严重降低了裂缝性储层堵漏配方设计的效率。


技术实现要素：

4.鉴于以上技术问题，本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于承压分散的裂缝性储层堵漏配方优选和设计方法。发明人通过大量实验与模拟工作发现，裂缝内封堵层作为一种特殊的颗粒物质体系，其所受的单方向挤压力会部分沿着颗粒间的力链网络向四周壁面发散，这个发散效果与配方的封堵承压能力存在明显关联，而且发散效果与轴向压力条件下颗粒的轴向应力、径向应力相关，用侧压系数测定装置即可获得相关参数，因此，本发明的裂缝性储层堵漏配方优选方法在承压条件下筛选发散效果好的先配方，将本优选方法应用到配方设计中，可以用简单的承压应力实验替换室内堵漏承压实验，节约时间，降低配方设计试错成本、提高了配方设计效率。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种基于承压分散的裂缝性储层堵漏配方优选，包括以下步骤，
7.获取各堵漏配方的轴压传递系数，优先选择轴压传递系数小的配方。所述轴压传递系数为处于裂缝中的堵漏材料在顶部受到垂直向下压力条件下，堵漏材料底部轴向应力与顶部垂直压力的比值。
8.作为本发明的一种具体实施方式，当某些配方的轴压系数相同时，可以进一步通过配方的侧压传递系数来进行筛选，优先选择侧压传递系数小的配方作为优选配方，其中，所述侧压传递系数为处于裂缝中的堵漏材料在顶部受到垂直向下压力条件下，堵漏材料裂缝壁面水平应力与顶部垂直压力的比值。
9.一种基于承压分散的裂缝性储层堵漏配方设计方法，包括以下步骤：
10.s1、根据裂缝性储层情况确定堵漏配方的承压能力需求、获取多个堵漏配方作为
备选配方。具体获取配方的方式有多种，比如获取该区域周边已施工井的堵漏配方，或者对该堵漏配方中各组分含量进行调整得到多个堵漏配方，又比如直接选用堵漏材料并任意组合得到多个配方，配方中各组分含量的调整可以根据经验选择。裂缝性储层的情况包括裂缝的产状。堵漏配方的承压能力需求的确定方式有很多，比如通过安全施工所需的井筒压力、地层压力来确定。
11.s2、根据各堵漏配方的封堵层形成能力从上一备选配方中筛选堵漏配方作为下一备选配方。封堵层形成能力包括封堵层的形成时间、厚度、渗透能力，这是堵漏配备必须要满足的条件，具体评价方式可以是室内实验或者计算机模拟，现有文献中已有介绍，此处不再熬叙。
12.s3、采用上述裂缝性储层堵漏配方优选方法从上一备选配方中筛选堵漏配方。
13.s4、对优选出的配方开展承压堵漏实验，验证其是否满足设计的承压需求，若不满足，则改变步骤s3中得到的堵漏配方中各组分含量进一步形成多个堵漏配方,重复步骤s2、s3筛选堵漏配方直至最终优选设计出的配方满足设计的承压需求。
14.作为本发明的一种具体实施方式，步骤s1中所述多个堵漏配方包含多组组分为单变量的堵漏配方，便于后期分析得出各组分含量变化对轴压传递系数、所述侧压传递系数的影响，便于步骤s4中调整堵漏配方。
15.本发明的有益效果是：
16.现有配方筛选需要对每个配方进行承压堵漏实验来比较其承压性能，该实验耗时长、费用高。本发明的配方筛选方法基于配方承压性能与其轴压传递系数正相关性的发现，提出使用轴压传递系数来比较配方的承压性能，这个参数通过简单的实验即可获取，因此，本筛选方法能够快速从现有配方中筛选出最优配方，相对于现有技术而然，能够节约实验时间、降低筛选的成本。
17.本发明的配方设计方法采用上配方筛选方法对多个配方进行筛选，容易从多个配方中获取最优配方，然后再对最优的配方进行承压堵漏实验以验证承压能力，而不必对所有配方均进行承压堵漏实验。能够有效降低裂缝性储层堵漏配方设计的时间与经济成本，提高配方设计效率。
附图说明
18.图1为测定侧压传递系数、轴压传递系数的示意图。
具体实施方式
19.为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
20.本实施例中配方的承压能力需求即配方的承压性能指标。在目前常采用的正压钻井技术背景下，为防止井壁垮塌或地层中流体涌入井筒诱发井喷等安全事故，井筒中的钻井液液柱通常压力大于地层压力、构成了井筒向地层的正压差，挤压钻井液通过裂缝性储层中的裂缝不断向地层漏失。故裂缝中由堵漏材料及其它钻井液原有固相堆积形成的封堵层需能够承受这个压差，即设计的堵漏配方需满足设计要求的承压能力。由于现场工况与井下地质情况千差万别，故在设计堵漏配方时，需先明确堵漏材料的选择范围与最终设计
出配方的承压需求，才能开展后续的针对性设计，本实施例中承压能力需求为：
21.δp＝k(p
施工-p
地层
)，其中，δp为需要承受的压差，p
施工
为安全施工所需的井筒压力，p
地层
为地层压力，k为安全系数，》1。
22.本实施例中配方的封堵层形成能力是指堵漏材料能够在裂缝中形成封堵层的能力，其包含以下3个指标：封堵层形成时间，封堵层渗透能力和封堵层形成厚度，其中，封堵层形成时间越短，说明配方的见效时间越短、起作用的速度越快；封堵层渗透能力越低说明配方降低原裂缝导流能力的效用越强、封堵成功后同压差下的钻井液漏失控制效果越佳。本实施例中要求配方的封堵层形成时间小于10min，渗透能力小于10ml/min，无明显的封门现象(堵漏材料卡在裂缝入口无法顺利进入裂缝)。
23.本实施例中轴压传递系数和侧压传递系数采用现有的侧压系数测定装置测定，测定时纵向设置的两块板用于模拟裂缝，配方所受的单方向挤压力会部分沿着颗粒间的力链网络向四周壁面发散，如图1所示，实验时，按照堵漏配方的组分向裂缝中加入堵漏材料使其形成厚度等于上面封堵层形成能力实验中该配方的封堵层形成厚度，然后再封堵层顶部施加一个垂直向下的压力，垂直向下的压力与承压需求一致，测量这个力向裂缝面及堆积体底部的传递比例来获取。实验所需的加力方式可选用但不限于砝码、液压泵及伺服液压机，裂缝面及堆积体底部受力可用但不限于利用受力传感器进行测定。
24.本实施中的轴压传递系数为处于裂缝中的堵漏材料在顶部施加垂直压力条件下，堵漏材料底部轴向应力与顶部垂直压力的比值，即堵漏材料堆积体底板受力与顶部加力的比值，轴压传递系数越小说明传递至封堵层底部的力越小、底部堵漏材料发生位移的概率越低，配方的承压能力越好。轴压传递系数的计算公式为：
[0025][0026]
式中，cn为轴压传递系数；
[0027]fv
为堵漏材料堆积体顶部加力，n；
[0028]
fb为堵漏材料堆积体底板受力，n；
[0029]
本实施例的侧压传递系数为处于裂缝中的堵漏材料在顶部施加垂直压力条件下，堵漏材料裂缝面径向(水平应力)应力与顶部垂直压力的比值，即裂缝板受力与顶部施加力的比值，侧压传递系数越小说明传递至裂缝面上的力越小、压开裂缝诱发裂缝扩展进而破坏封堵层稳定的概率越低，配方的承压潜力越好。所述侧压传递系数的计算公式为：
[0030][0031]
式中，ck为侧压传递系数；
[0032]fv
为堵漏材料堆积体顶部加力，n；
[0033]fh
为堵漏材料堆积体侧板受力，n；
[0034]
实施例1
[0035]
本实施例以某区块裂缝性储层堵漏配方的设计为例，阐述本发明基于承压分散原理的裂缝性储层堵漏配方设计方法的具体实施过程。
[0036]
本实施例堵漏配方的原材料均为外购产品，其中，lcc系列为有机高分子材料，来自成都得道实业有限公司；gyd为不规则形状无机颗粒材料，来自北京科麦仕油田化学剂技
术有限公司；gt-mf为矿物纤维堵漏剂，来自新疆格瑞迪斯石油技术股份有限公司；sdl为填充材料，来自成都得道实业有限公司；nt-2为纤维材料，来自新疆格瑞迪斯石油技术股份有限公司。
[0037]
1)根据裂缝性储层情况确定堵漏配方的承压能力需求、获取多个堵漏配方作为备选配方。
[0038]
经现场调研，地层致漏裂缝以2mm宽裂缝为主，施工方要求设计出的配方承压能力需大于等于15mpa。可用于堵漏配方设计的堵漏材料包括刚性碳酸钙颗粒(10～80目)、lcc400(10～80目)、gyd(40～80目)、gt-mf、sdl、及超级纤维nt-2。原堵漏配方“6％刚性碳酸钙颗粒(10～20目) 8％lcc400(20～40目) 2％gt-mf 2％sdl”效果不佳，室内承压实验测试其承压能力为6mpa。依据可选堵漏材料通过增减、替换配方中各堵漏材料及其加量设计6个备选堵漏配方如表1所示。
[0039]
表1备选堵漏配方表
[0040][0041]
2)根据各堵漏配方的封堵层形成能力从上一备选配方中筛选堵漏配方作为下一备选配方。
[0042]
按现场用配方配制堵漏浆，通过漏勺缓慢由上至下倒入2mm宽、底部用粗纱网包裹的裂缝模块内部。各配方封堵层形成能力如表2所示，其中配方1封门、配方2渗透能力大于10ml/min不满足本实施例的设计需求，故选择配方3、4、5、6作为下一备选配方。
[0043]
表2一级备选堵漏配方封堵层形成能力
[0044]
配方编号封堵层形成时间封堵层渗透能力封堵层形成厚度1《5s0ml/min1mm(封门)2《5s15ml/min14mm3《5s1ml/min18mm4《15s1ml/min16mm5《5s0ml/min21mm6《5s0ml/min22mm
[0045]
3)根据获取各堵漏配方的轴压传递系数和侧压传递系数，从上一备选配方中筛选堵漏配方。
[0046]
以配方3例，说明测定轴压传递系数和侧压传递系数的操作步骤：将配方混合好堵漏材料后，将堵漏材料缓缓倒入2mm宽裂缝模块(50mm(长)*2mm(宽)*100mm(高))中形成高度与步骤2)中所测得封堵层厚度一致的堵漏材料堆积体。通过液压泵由上至下对堆积体加100n压力，通过裂缝侧板及裂缝底板的受力传感器测得裂缝面受力160n，底部受力1.26n，然后计算轴压传递系数和侧压传递系数。
[0047]
按照上述方式分别测得配方3～6的轴压传递系数和侧压传递系数，具体结果见表3，其中，配方5封堵层形成能力优良，轴压传递系数最低且侧压传递系数小于轴压传递系数相近的配方6，为最优堵漏配方。
[0048]
表3二级备选堵漏配方封堵层承压能力表
[0049]
配方编号轴压传递系数侧压传递系数30.01261.640.00921.450.00561.560.00671.7
[0050]
4)依据优选出的配方开展承压堵漏实验
[0051]
开展承压堵漏实验测得配方5的承压能力为21mpa，大于要求的15mpa满足设计需求。故设计配方为“10％刚性碳酸钙颗粒(10-20目) 6％刚性碳酸钙颗粒(20-40目) 1％lcc400(20-40目) 2％gt-mf 2％sdl”。
[0052]
整个配方设计过程仅配制了1次堵漏浆、开展了1次承压堵漏实验，相较原有配方设计流程在堵漏浆配制与开展承压堵漏实验组数上降低了83％。在节约大量堵漏材料的同时，也大幅降低了因开展承压堵漏实验模拟地层温压条件所消耗的大量时间，说明本实施例的方法能够对堵漏配方进行高效设计。
[0053]
此外，为了说明轴压传递系数、侧压传递系数与承压堵漏实验正相关，本实施例对配方3、4、6进行了承压堵漏实验，测得其各自承压能力分别为10mpa、15mpa、19mpa，均低于配方5的承压，证明配方5确为6组配方中的最优配方。
[0054]
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。