垂直裂缝地层气液置换及钻井液防气侵封堵技术研究

【摘要】气藏钻井中常常遭遇气侵溢流情况,给钻井安全带来严重危害。负压差下气侵发生的机理已经众所周知,然而,时有井下气侵发生在井筒流体处于正压差条件下,即在井筒流体压力大于气层流体压力时也会发生气侵,这是目前认识较少且未见实验证明和理论充分研究的气侵状况,亟需研究解决之。本文研究了裂缝内发生气液置换的机理及其影响因素,提出了通过对含气裂缝通道进行主动封堵,变窄安全钻井液密度窗口为较宽钻井液密度窗口的封缝防气侵钻井液技术。本文通过理论研究,首先发现在微过平衡条件下,深部地层垂直裂缝发生气液置换型气侵的机理,即钻井液在正压差作用下漏失进入裂缝通道,占据裂缝下部空间,向上压缩裂缝内气体,导致气体压力逐步增大,直到气体压力在某一点上超过井筒内钻井液压力时,即刻发生气液置换型气侵。该气侵为脉动式气侵,与裂缝几何尺寸、钻井液性能、地层原始压力及井筒液柱压力与地层压力差值有着密切关系。为验证理论研究的正确性,基于可视化理念,本文研制了具有数据自动采集及压力自动恢复功能、裂缝面板可拆卸及裂缝宽度(高度)可调的垂直裂缝气液置换及封缝堵气防气侵实验测试装置。基于此,对裂缝性地层气液置换型气侵进行了深入研究。研究了微过平衡条件下气液置换型气侵的发生与发展过程,明确了气液置换型气侵产生的原因以及气侵的方式,分析了垂直裂缝气液置换气侵的影响因素,探明了裂缝宽度越宽、钻井液表观粘度越低、密度越高、地层原始压力越高等,均容易发生气液置换气侵的关系。利用FLUENT数值仿真软件,对垂直裂缝地层气液置换现象进行数值模拟,对发生气液置换的机理和影响因素进行了验证,结果与实验研究相似。基于气液置换型气侵机理及影响因素分析,本文提出了钻井中采用主动封堵裂缝通道的技术防止地层气体侵入井筒,即封缝防气侵技术思路,据此,利用垂直裂缝气液置换及封缝堵气防气侵实验装置对缝宽小于1mm的裂缝开展了一系列的封堵实验。研究了裂缝的楔形度、封堵压差、裂缝壁面粗糙程度、刚性碳酸钙颗粒级配和浓度及其与其他封堵材料协同作用对封堵效果的影响,以封堵位置、漏失量和封堵层对气体的反向承压能力等指标作为防气侵封堵效果的评价参数。研究结果表明,具有相同入口宽度的裂缝,其楔形度越大,相同配方的封堵材料封堵位置越靠近缝的入口部位；封堵压差越大,具有相同配方的封堵材料封堵位置越靠近缝的出口部位,且漏失量越小,反向承压能力越高；裂缝壁面越粗糙,具有相同配方的封堵材料封堵位置也越靠近缝的入口部位；封堵效果并不受封堵材料颗粒粒度特征值D(50)和D(90)单一因素影响,而是受两者协同效应影响；封堵材料浓度越高,堵层形成的越快,封堵位置也越靠近缝的入口,但是过高,也不利于封堵材料对裂缝的有效封堵；刚性碳酸钙颗粒与纸纤维协同作用,封堵裂缝的效果最好。依据致密封堵的桥塞、填充理论,利用高温高压滤失仪,以滤纸模拟微孔隙,对几种具有在一定温度压力条件下能够变软变形的材料进行了实验研究,结果表明,一种热塑性树脂FTJ-1对微孔隙的封堵效果最好。将一定粒度级配的刚性碳酸钙颗粒、短纤维及树脂按一定比例优化组合后构成了封缝防气侵封堵材料(代号TYFC-1),并由此构建起阻止垂直裂缝气层发生气液置换气侵的钻井液防气侵封堵技术。本文所研究的封缝防气侵材料及钻井液技术在塔里木油田的塔中气田两口水平井上进行了现场试验,试验结果表明,所研究构建的针对垂直裂缝地层气液置换气侵的钻井液防气侵封堵技术见到良好效果,为保障窄安全密度窗口气藏安全钻井提供了一种新的钻井液技术支持。
【作者】李之军；
【导师】蒲晓林；
【作者基本信息】西南石油大学，油气井工程，2014，博士
【关键词】裂缝气藏；气液置换；防止气侵；封堵裂缝；钻井液；

【参考文献】
[1]孙彦利.卵巢对低氧性大鼠肺动脉高压模型中血管紧张素转化酶-血管紧张素Ⅱ-血管紧张素1型受体的影响[D].河北医科大学,内科学（专业学位）,2014,硕士.
[2]苗立中.副猪嗜血杆菌荧光定量PCR方法建立及其分离株高密度发酵研究[D].吉林大学,兽医,2012,硕士.
[3]黄祥岭.基于数字光栅投影的三维形貌技术研究[D].山东大学,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[4]王玮.甘草酸二胺联合前列地尔对大鼠肾间质纤维化的影响[D].山东大学,中西医结合临床,2012,硕士.
[5]王建全.工程机械零部件加工工艺流程建立及生产能力分析的管理模型的研究[D].长安大学,机械工程,2013,硕士.
[6]丁腾达.硅藻对三价砷的吸附吸收行为及机制[D].浙江大学,环境工程,2014,博士.
[7]王雅楠.钠盐对冷冻秘鲁鱿鱼片脱酸和保水性质的影响[D].大连海洋大学,食品科学,2014,硕士.
[8]戴丽虹.农村居民健康档案建设初探[D].安徽大学,档案学,2013,硕士.
[9]原沁波.超细煤矸石作天然橡胶补强填充剂的性能研究[D].太原理工大学,采矿工程,2004,硕士.
[10]孙首雷.高像素CMOS摄像头模组检测技术研究[D].广东工业大学,测试计量技术及仪器,2014,硕士.
[11]邓国怀.非专业院校的声乐教学模式研究[D].云南艺术学院,MFA,2013,硕士.
[12]李卫平.基于模糊控制的分布式泵站监控系统研究[D].西安建筑科技大学,机械电子工程,2004,硕士.
[13]凌春华.新时期公安机关处置群体性事件的角色[D].华东理工大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.
[14]朱立.中小型消防企业薪酬管理研究与设计[D].大连理工大学,工商管理,2004,硕士.
[15]张焕杰.富脂模拟反应体系中油脂氧化产物对食品加工危害物形成的影响研究[D].吉林大学,食品科学,2014,硕士.
[16]任永春.刑事诉讼中公安侦查阶段刑讯逼供成因及遏制对策[D].中国政法大学,法律,2004,硕士.
[17]何心悦.基于ERP的A项目采购管理优化研究[D].东华大学,项目管理（专业学位）,2014,硕士.
[18]宋平.NCM热塑性弹性体简介[J].化工新型材料,2011,12:138-139.
[19]朱晓升,丁振宇,高增梁.烟气脱硫塔风诱导振动的TMD控制研究[J].压力容器,2013,12:8-14.
[20]陈庆丽.多媒体社交网络下的访问控制研究[D].河南科技大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[21]孙昊怡.湖南省CUBA女子篮球队专项体能训练现状及对策研究[D].湖南师范大学,体育教学（专业学位）,2014,硕士.
[22]靳玲.深度汇谈对教育虚拟社区中团队学习绩效的影响研究[D].曲阜师范大学,教育技术学,2013,硕士.
[23]刘明国.臭氧-曝气生物滤池组合工艺处理石化二级出水的研究[D].中国地质大学（北京）,环境工程,2014,硕士.
[24]张丽.社会工作机构运作的问题及反思[D].沈阳师范大学,社会工作,2013,硕士.
[25]史晓燕.小分子化合物AICAR维持胚胎干细胞多能性的机制研究[D].西北农林科技大学,生物化学与分子生物学,2014,博士.
[26]张媛,张杰林,赵学胜,袁博.基于峰值权重的岩心高光谱矿化蚀变信息提取[J].国土资源遥感,2015,02:154-159.
[27]许涛.三维金属/石墨烯复合结构制备及表面增强拉曼效应研究[D].浙江理工大学,应用化学,2014,硕士.
[28]刘琳.世界银行天津市交通项目的环境影响分析与研究[D].天津大学,工商管理,2004,硕士.
[29]蒋波.基于PLC的移动式垃圾压缩设备液压及控制系统设计[D].扬州大学,机械工程,2012,硕士.
[30]王奎华,陈鑫,吕述晖,吴文兵,李振亚.自由振动时带承台单桩的纵向动力特性[J].浙江大学学报(工学版),2014,09:1595-1602.
[31]李胜.记忆、体验与社交媒介—流行音乐与小康村新生代劳工的主体性[D].南京大学,人类学,2013,硕士.
[32]刘双爽.东平湖表层沉积硅藻分布与水质的关系[D].聊城大学,自然地理学,2014,硕士.
[33]陈杭艺.市场导向、创新策略与新产品开发绩效的关系：一个多案例研究[D].浙江大学,企业管理,2014,硕士.
[34]郭婉姝.北方城镇公共建筑室内设计的文化传承研究[D].长安大学,建筑设计及其理论,2014,硕士.
[35]姜永军.预应力混凝土桥连续刚构悬臂浇筑施工技术研究[D].天津大学,建筑与土木工程,2004,硕士.
[36]余幼林.PKH26标记单核细胞衍生的肝样细胞裸鼠体内示踪的实验研究[D].山东大学,外科学（专业学位）,2012,硕士.
[37]王鸿钰.La-Mg-Ni系AB_(3.8)型La_(0.75)Mg_(0.25)Ni_(3.3)Co_(0.5)储氢电极合金的结构与电化学性能研究[D].内蒙古大学,物理学,2013,硕士.
[38]李雅清.刚地弓形虫ADF基因的生物信息学分析、克隆表达及免疫保护性研究[D].山西医科大学,遗传学,2013,硕士.
[39]费琳.专利计量视角下的我国纳米技术发展现状及趋势分析[J].科技管理研究,2014,05:105-109.
[40]桑学子.纳米氧化钛诱导小鼠脾免疫功能损伤的分子机制[D].苏州大学,生物物理学,2014,硕士.
[41]胡圣鸥.增压柴油机可变配气正时的数值标定[D].西南交通大学,动力机械及工程,2013,硕士.
[42]徐一帆.基于虚拟现实的中学物理仿真实验的设计与实现[D].湖南大学,现代教育技术,2014,硕士.
[43]毕士冠.战斧导弹在海湾战争中使用的四种战斗部[J].飞航导弹.1993(06)
[44]王德平.世界优秀羽毛球男子单打运动员技战术特征的对比研究[D].西安体育学院,体育,2013,硕士.
[45]郭仁杰.基于单亲遗传算法的度约束最小生成树问题研究[D].内蒙古大学,数学,2014,硕士.
[46]乔伊龙.关于来华语言进修生教育管理相关问题的初步探讨[D].苏州大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[47]刘莹.商品房消费者权益保护问题研究[D].湖南师范大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[48]蒋秀秀.负载型Pt纳米晶体氧分子电催化活性的研究[D].聊城大学,2014.
[49]郭志华.胸痹Ⅰ号治疗冠心病心绞痛的临床研究[D].黑龙江中医药大学,中医内科学,2004,硕士.
[50]田书广.基于加权有向图的产品开发过程鲁棒性研究[D].新疆大学,机械制造及自动化,2013,硕士.