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裂缝中复合堵漏颗粒堵漏机理CFD-DEM模拟

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石油石化物资采购 2023年第23期 175-177页

作者：崔龙刘俊宇冯健刘佳业北京大地高科地质勘查有限公司

井漏是当前钻井过程中常见且难以处理的井下复杂事故,同时也严重影响钻井进度,并制约井下安全。发生井漏将延长钻井周期,导致大量的钻井液及堵漏材料漏失,同时可能导致卡钻、溢流甚至井喷等井下复杂事故,导致井眼报废。其中诱导性裂缝... 详细信息

井漏是当前钻井过程中常见且难以处理的井下复杂事故,同时也严重影响钻井进度,并制约井下安全。发生井漏将延长钻井周期,导致大量的钻井液及堵漏材料漏失,同时可能导致卡钻、溢流甚至井喷等井下复杂事故,导致井眼报废。其中诱导性裂缝发育地层,恶性漏失频发,严重制约勘探开发进程。针对裂缝性漏失的堵漏机理尚未得到全面地认识,为提高漏失裂缝封堵的效率,基于CFD-DEM数值理论理论,利用Fluent-EDEM耦合模拟了裂缝型漏失的封堵模型,研究了堵漏颗粒尺寸、浓度等对裂缝性漏失封堵效率的影响,研究表明堵漏颗粒经过桥堵、堆积、封堵等过程在裂缝中形成封堵层。随着堵漏颗粒尺寸增加,堵漏颗粒侵入裂缝深度越浅,封堵层形成越快。增加堵漏颗粒浓度会加速封堵层的形成,封堵层形成也受堵漏颗粒几何性质的影响。

关键词：裂缝性漏失堵漏材料堵漏机理 CFD-DEM 仿真模拟

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自愈合水凝胶堵漏剂研制与作用机理研究

自愈合水凝胶堵漏剂研制与作用机理研究

作者：赵震中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

井漏尤其是恶性井漏已成为钻完井工程的“卡脖子”技术难题。预交联凝胶因其良好的弹性、韧性和自适应性而成为常用的堵漏材料,进入漏层后基于挤压、充填作用形成封堵层。由于不具备形成整体凝胶的特性,封堵层易受压力波动影响,承压能... 详细信息

井漏尤其是恶性井漏已成为钻完井工程的“卡脖子”技术难题。预交联凝胶因其良好的弹性、韧性和自适应性而成为常用的堵漏材料,进入漏层后基于挤压、充填作用形成封堵层。由于不具备形成整体凝胶的特性,封堵层易受压力波动影响,承压能力较低。针对预交联凝胶堵漏材料存在的“封堵层不具备整体凝胶性质且承压能力较低”问题,采用室内实验与理论分析相结合的办法,将“自愈合”理念引入钻井液堵漏材料研发,基于疏水缔合作用原理,采用乳液聚合法,并优化了疏水单体、交联剂、表面活性剂和凝胶体系与水浓度比,研发了一种智能自愈合凝胶堵漏剂。实验结果表明:其具有良好的黏弹性和在震荡剪切应变下具有良好的愈合性能;其断裂时应力可达159.34k Pa、伸长率为1680%,在循环载荷下具有良好的耗散性能和较强的韧性;在室温-80℃具有良好的愈合性能,对膨润土基浆流变有一定的增黏和降滤失效果。在80℃下,以孔径为1mm的孔板模型模拟高渗地层,自愈合凝胶堵漏剂承压可达6.9MPa;以缝宽为1mm的裂缝模型模拟裂缝性地层,其承压可达4.8MPa。自愈合凝胶堵漏剂以扇形前缘进入裂缝,随着凝胶颗粒的增多,凝胶颗粒在裂缝末端聚集,再经挤压、变形、膨胀充填,形成封堵层。封堵层内的凝胶颗粒之间逐渐愈合形成整体凝胶,并与裂缝壁面通过相互作用而吸附,增强了封堵层的强度和滞留能力。本文研究的自愈合凝胶堵漏剂制备简单,可简化堵漏工艺,同时提高封堵强度,为解决井漏难题提供理论支撑和技术对策。

关键词：井漏自愈合凝胶疏水缔合力学特性堵漏效果堵漏机理

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高吸油树脂随钻堵漏剂研制与作用机理研究

高吸油树脂随钻堵漏剂研制与作用机理研究

作者：戴立瑶中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

油基钻井液因具有高温稳定性好、防塌能力强及润滑性好等优点已成为页岩气地层钻井的首选钻井液。由于页岩地层孔隙、微裂缝发育,导致油基钻井液漏失严重,钻井成本大幅增加。常用的亲水类堵漏材料与油基钻井液配伍性差,导致堵漏成功率低... 详细信息

油基钻井液因具有高温稳定性好、防塌能力强及润滑性好等优点已成为页岩气地层钻井的首选钻井液。由于页岩地层孔隙、微裂缝发育,导致油基钻井液漏失严重,钻井成本大幅增加。常用的亲水类堵漏材料与油基钻井液配伍性差,导致堵漏成功率低,封堵后承压能力弱等问题。因此,急需开展页岩气地层油基钻井液防漏堵漏新材料技术研究。针对上述难题,采用悬浮聚合法,制备了一种新型高吸油树脂随钻堵漏剂。通过正交试验和单因素分析研究了软单体、硬单体、引发剂、交联剂、分散剂、增韧剂、聚合温度及聚合时间对树脂吸油倍率和交联度的影响。最佳合成条件为:软单体A:单体B配比为2:1,硬单体用量占单体质量的1%,引发剂用量占单体质量的0.3%,交联剂的用量占单体量的0.16%,分散剂占单体质量的2%,增韧材料浓度为0.8%,最佳聚合温度85°C,最佳聚合时间为5 h。通过红外光谱、电镜扫描、吸油溶胀测试、流变分析及配伍性等实验对堵漏剂的分子结构、微观结构、吸油膨胀实验、流变性能及配伍性能进行了研究。实验表明,分子结构测试表明不饱和基团发生了接枝,形成互穿三维网状结构。堵漏剂具有良好的吸油膨胀性能。惰性材料的充填增加了树脂堵漏剂的空间网状结构,韧性更强。堵漏剂具有良好的抗剪切性能,G'大于G'',G'最高可达80 kpa。高温下性能稳定,不与钻井液其它成分发生发应,对基浆流变性影响较小。通过砂床滤失实验、高温高压滤失实验、裂缝模块堵漏实验及高温高压驱替实验等对堵漏剂的承压封堵进行了研究。砂床漏失实验和高温高压滤失实验,以滤失量为评价标准,选用不同浓度、不同粒径组合下树脂堵漏颗粒,优选出油基钻井液随钻堵漏剂的最优加量。在120℃条件下,采用树脂颗粒堵漏剂复配对缝宽为1-3 mm裂缝封堵实验,承压能力可达7.6 MPa。通过可视化模型研究了颗粒在裂缝中的运移、充填、封堵及失稳过程,以宏观尺度和微观尺度为基础,揭示了颗粒在裂缝中的运移过程,主要包括颗粒进入、颗粒架桥、颗粒聚集和颗粒变形挤压等。发现颗粒在裂缝中形成架桥主要受物理捕集等作用。此外,在裂缝中的沉降、聚集、堆积也是造成裂缝封堵的重要形式,从而实现有效封堵。研究了堆积层失稳机理,包括颗粒剪切错位失稳、摩擦滑动失稳、挤压破碎失稳等破坏方式。

关键词：井漏油基钻井液随钻堵漏高吸油树脂堵漏性能堵漏机理

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裂缝性恶性井漏地层堵漏技术研究进展与展望

石油勘探与开发 2021年第3期48卷 630-638页

作者：孙金声白英睿程荣超吕开河刘凡冯杰雷少飞张洁郝惠军中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206

通过系统论述裂缝性地层钻井液漏失和堵漏机理,对不同类型堵漏材料及其在裂缝性恶性漏失地层中的适用性及作用机理进行了分类归纳,同时基于所用堵漏材料分析了不同类型堵漏工艺的优缺点及应用效果,明确了目前国内外恶性漏失地层堵漏技... 详细信息

通过系统论述裂缝性地层钻井液漏失和堵漏机理,对不同类型堵漏材料及其在裂缝性恶性漏失地层中的适用性及作用机理进行了分类归纳,同时基于所用堵漏材料分析了不同类型堵漏工艺的优缺点及应用效果,明确了目前国内外恶性漏失地层堵漏技术存在的关键问题,进而提出未来恶性井漏堵漏技术发展方向。未来应综合地质、工程、材料等学科,实现恶性井漏堵漏技术的一体化、智能化与系统化,重点应开展5个方面的研究:①注重钻井液漏失和堵漏机理研究,为科学选择堵漏材料及配方、堵漏方法和工艺提供依据;②注重自适应堵漏材料研发,提高堵漏材料与裂缝漏失通道级配关系;③注重三维裂缝空间强驻留强充填堵漏材料研发,增强堵漏材料在漏失通道中的驻留和充填程度,改善封堵效果;④注重抗高温堵漏材料研发,保证深层高温漏失地层的长期封堵效果;⑤注重发展数据化和智能化堵漏技术,促进堵漏技术向数据化和智能化方向发展。

关键词：恶性井漏堵漏机理堵漏材料堵漏工艺钻井液漏失堵漏技术进展

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不同注浆材料对隧道漏水漏砂封堵效果试验研究

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岩土工程学报 2021年第S2期43卷 249-252页

作者：刘永超袁振宇程雪松李刚张天星栗晴瀚天津大学建筑工程学院天津建城基业集团有限公司

在盾构隧道中经常出现漏水漏砂事故,注浆是常见的抢险方法,由于地下环境经常是动水条件,所以对注浆材料有很高的要求,需要综合考虑注浆材料的凝结时间、动水留存率、堵水率等指标。通过室内试验,对高分子材料、马丽散、双液浆、双组份... 详细信息

在盾构隧道中经常出现漏水漏砂事故,注浆是常见的抢险方法,由于地下环境经常是动水条件,所以对注浆材料有很高的要求,需要综合考虑注浆材料的凝结时间、动水留存率、堵水率等指标。通过室内试验,对高分子材料、马丽散、双液浆、双组份水反应类聚氨酯、膏状浆液与水玻璃混合物、高分子材料与双液浆混合物等六种注浆材料进行堵漏试验并做对比研究,分析不同注浆材料的堵漏效果及堵漏机理,并提出堵水比量化评价参数。

关键词：室内试验注浆材料堵漏效果堵漏机理堵水比

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基于笼状结构体原理的承压堵漏技术研究

天然气工业 2013年第10期33卷 80-84页

作者：贺明敏吴俊蒲晓林李万军叶长文胡军李军中国石油川庆钻探工程公司川西钻探公司四川省成都市610051 西南石油大学石油工程学院中国石油钻井工程技术研究院

针对桥塞堵漏材料难以在裂缝内形成稳定的承压堵漏带,承压能力不足而导致堵漏失败的问题,研究了桥塞堵漏材料在裂缝内的堆积状态和封堵类型,提出了笼状结构体封堵裂缝的理论,剖析了笼状结构体的组成,建立了理想的物理模型;研制出了形成... 详细信息

针对桥塞堵漏材料难以在裂缝内形成稳定的承压堵漏带,承压能力不足而导致堵漏失败的问题,研究了桥塞堵漏材料在裂缝内的堆积状态和封堵类型,提出了笼状结构体封堵裂缝的理论,剖析了笼状结构体的组成,建立了理想的物理模型;研制出了形成笼状结构体的关键材料——SWDJ,并以此为基础,通过实验,得到了能稳定封堵光滑壁面裂缝的堵漏材料配方和堵漏浆液配方。该配方的承压能力大于5.0 MPa,抗温能力大于150℃。分析结果表明:SWDJ在裂缝中主要起包络和增大摩擦的作用——多片SWDJ能将桥塞材料和充填材料缠绕包络在一起,并通过叠加,在裂缝内部形成"堤坝";SWDJ相互叠加后的摩擦系数高达0.76,使各个"基本单元"相互之间的整体性更加稳定,能够承受更大的压力。虽然实际状态下的笼状结构体相对于理想状态下的"笼"具有不完善性,但其基本的作用机理与理论分析相符。

关键词：裂缝笼状结构体包络材料(SWDJ) 承压堵漏堵漏机理钻井液承压能力抗温能力

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新型多功能复合凝胶堵漏性能评价

天然气工业 2005年第9期25卷 101-103页

作者：汪建军李艳刘强朱家骅夏素兰王浩张沛元四川大学化工学院绵阳仁智实业发展有限责任公司

文章系统地介绍了一种能有效对付在钻井中常见的井漏问题的新型多功能复合凝胶堵漏材料。纯粹的聚合物凝胶力学强度相对较低,而新型多功能复合凝胶的力学强度相对较高,能有效的解决井下地层漏失。在纯粹的聚合物凝胶中添加刚性无机材料... 详细信息

文章系统地介绍了一种能有效对付在钻井中常见的井漏问题的新型多功能复合凝胶堵漏材料。纯粹的聚合物凝胶力学强度相对较低,而新型多功能复合凝胶的力学强度相对较高,能有效的解决井下地层漏失。在纯粹的聚合物凝胶中添加刚性无机材料制备成的复合凝胶堵漏材料有着独特的堵漏机理:复合凝胶聚合物分子链段上的功能性基团能与刚性无机材料有着特殊的相互作用———在凝胶体系内的刚性无机材料起到了增强凝胶刚度与强度的作用;井下岩石与凝胶产生较大的静切力,这两方面的共同作用从而能有效的保证复合凝胶堵漏成功。在凝胶中加入桥接堵漏材料和刚性无机材料后,更能有效地解决超大裂缝的漏失问题。

关键词：井漏问题复合凝胶堵漏材料力学强度堵漏机理粘附能力凝胶体系

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热采井高效封窜堵漏剂的研究与应用

西安石油大学学报（自然科学版） 2006年第4期21卷 54-57页

作者：杨振杰阎培渝董家斌陈义发王嘉淮黄秋伟西安石油大学石油工程学院陕西西安710065 清华大学土木工程系北京100084 河南油田分公司第二采油厂河南南阳473400 新疆石油管理局采油工艺研究院新疆克拉玛依834000 新疆石油管理局试油公司新疆克拉玛依834027

为解决热采井封窜堵漏措施成功率低、有效期短的问题,研究了新型的热采井封窜堵漏剂XAN-RC.室内试验表明,XAN-RC能够在疏松的漏失层有效驻留,早期强度高,在高温作用下胶结强度不衰退反而有所增强.对XAN-RC的抗高温机理进行了研究,表明XA... 详细信息

为解决热采井封窜堵漏措施成功率低、有效期短的问题,研究了新型的热采井封窜堵漏剂XAN-RC.室内试验表明,XAN-RC能够在疏松的漏失层有效驻留,早期强度高,在高温作用下胶结强度不衰退反而有所增强.对XAN-RC的抗高温机理进行了研究,表明XAN-RC能够在高温的作用下发生二次水化反应,生成纤维状晶体的水化产物,从而形成牢固的网状结构,增强了界面胶结强度.新型的热采井高效封窜堵漏技术已在现场施工20余口井,成功率高,增产效果明显,措施井有效期长,具有较好的推广应用价值.

关键词：稠油热采井封窜堵漏剂界面胶结强度堵漏机理

基于温敏形状记忆特性的智能化堵漏材料研究展望

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钻井液与完井液 2019年第3期36卷 265-272页

作者：暴丹邱正松赵欣叶链钟汉毅中国石油大学(华东)石油工程学院

井漏一直是困扰国内外油气钻探工程的世界性技术难题。新型高效堵漏材料的研发,是治理井漏的技术关键。借助智能材料科学的先进理念和方法,探讨分析了形状记忆智能型材料的类型、特性及记忆效应作用机理,介绍了国内外基于温敏形状记忆... 详细信息

井漏一直是困扰国内外油气钻探工程的世界性技术难题。新型高效堵漏材料的研发,是治理井漏的技术关键。借助智能材料科学的先进理念和方法,探讨分析了形状记忆智能型材料的类型、特性及记忆效应作用机理,介绍了国内外基于温敏形状记忆特性的智能化堵漏材料的研究现状,以及其具有的自适应裂缝尺度、较高承压能力等智能堵漏特性及调控机理。针对温敏形状记忆特性的智能化堵漏材料的制备、评价实验方法及现场工艺方案等提出了建议及展望,可望实现防漏堵漏技术革新。

关键词：井漏堵漏材料形状记忆材料温敏智能堵漏堵漏机理