钻井漏失层位测量及堵漏模拟研究

2015-01-01 02:53刘振东
钻探工程 2015年8期
关键词:声波钻井液配方

刘振东

(中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院,山东东营257000)

0 引言

井漏是钻井中一项急需解决的难题。它的危害很大,处理起来非常复杂,需要大量的人力、物力和适合的技术方案。虽然堵漏技术一直是广大技术人员研究的热点之一,不断有新的技术和方法出现,但就目前而言,井漏处理过程中仍然存在一定的问题,使得堵漏效果不尽人意。比如漏失位置的确定还没有较为精确的方法,或者一些存在局限性,不适合在复杂漏失情况下进行漏失位置的判定。又如对漏失的室内模拟评价方法还没有统一的标准,各方法有相似性,却又不尽相同,每种方法对漏失的模拟程度还存在一定的局限性,对堵漏效果的评价还不够完善,这就会造成重复漏失等现象的出现,堵漏成功率较低。因此,漏失位置判定和漏失模拟评价技术有着很大的进步空间,有必要进一步提高判定的准确性和模拟的真实性,为有效提高堵漏成功率提供技术支持。本文就是在此背景下,开展了一系列关于漏失位置判定和漏失模拟评价的研究工作。[1-4]

1 漏失位置判定

漏失位置判定技术采用“地面判断,井下测量”的方式实现漏层位置的精确测量。首先根据钻井液性能及钻井液量综合判断漏失的发生,然后使用判定软件快速判定漏失发生的大体位置,而后下入测量仪器,对漏层位置进行精确测量。此方法通过在地面的初步判断,缩短了井下测量的范围,提高了漏失位置判定的速度,同时避免测量仪器在漏失发生的复杂情况下长时间处于井下的情况,有利于井下的安全。

1.1 漏层判定软件

立压变化法的基本原理是立管压力随井漏发生变化。在一定条件下,立管压力变化值主要取决于漏失量和漏层位置,一定的压力损耗对应着一定的漏层位置,由此便可计算出漏层井深(见图1)。

据立压变化法计算漏层位置的原理,漏失位置判定软件的处理流程如图2所示。通过输入井深、井眼直径、漏失前后钻井液泵排量、漏失前后立压及钻井液密度等钻井基本参数,便可计算得出漏层位置深度。在初步判断出漏层位置后,可再利用漏层测量仪器做精确判定。

图1 立压变化判定法原理示意图

图2 漏层位置计算处理流程图

1.2 漏失位置测量仪器

20世纪70年代,我国漏层测量仪器大多是借助于流体动力学原理研制的,多采用膜片位移和涡轮流量计测量原理进行测量。但这些方法均受到井下恶劣环境的影响,如可动部件的密封问题、涡轮磨损带来的误差问题、背景噪声加大检测误差等,这些问题严重影响仪器的使用效果及对漏层位置的正确判断。为此,本文开展了新型漏层测量仪器的研制工作,利用井温—噪声和声波两套系统的组合,可极大地提高测量仪器的抗干扰能力和精准度。

1.2.1 测量仪器组成及原理(见图3)

图3 测量仪器原理图

井漏测量仪器由高温电池、测控电子线路和换能器短节组成。高温电池对测控电子线路部分进行供电;测控电子线路部分完成信号采集缓存、数据交互及声波激励控制等功能;换能器短节完成信号的接收和声波方式的信号激励。

电子系统包括DSP控制子系统、声波激励信号源子系统、声波信号采集子系统、温度-噪声信号采集子系统、井下供电子系统等5部分,见图4。

图4 测漏仪电子系统总体框图

仪器的工作原理:在仪器下井之前,设置井下综合测量仪的采集参数和采集时刻,采用电缆或钻杆方式,把仪器放入井下,当到达采集条件时,DSP启动采集。首先,DSP控制声波激励、接收电路和采集电路完成声波信号的激励和接收,并对采集到的声波进行实时处理,把声速、声衰减级声幅等参数缓存到存储器内;然后,DSP启动噪声采集,记录各个频段内的噪声幅度;最后,DSP进行温度的采集和存储。DSP根据地面设置的参数交替,进行声波、噪声和温度信号的采集和实时处理,并把处理结果缓存在存储器内。测量全部漏层之后,上提仪器,回读采集数据,进行数据解释,找出漏层的位置。

1.2.2 室内测试

利用加温、加噪声源、变化声波测量部分与井壁的距离,延长声波传输距离等方法,对各种测试条件进行模拟,图5是连续显示的测量结果。

图5 测漏仪模拟测试结果

从图中可看出,各种模拟条件在测试曲线上都有较快的反应,说了测量仪器的灵敏性和可靠性。

2 漏失模拟评价

2.1 评价仪器[5-10]

评价仪器原理是利用模块来模拟地层裂缝,然后在高温环境下,让堵漏液不断通过模块,并最终在模块上形成堵层,当堵漏液不再漏失时,此压力即为堵漏液的承压能力。针对裂缝性和孔隙性复合型漏失,设计了由DL-A和DL-B两个分系统组成的模拟评价系统,可分别利用裂缝和砂床在高温高压条件下模拟地层漏失,具有较好的模拟评价效果。

DL-A高温高压堵漏模拟试验装置(见图6)由加压系统、堵漏液容器、模块系统、加热控温系统和反向承压系统组成。最高工作温度可达180℃,最高工作压力可达40 MPa。该装置根据井下漏层的不同裂缝形式,设计了平板缝、孔缝、立型缝等多种模块,可根据井下漏层的特征,选择适宜的实验模块进行实验。

DL-B型高温高压堵漏模拟试验装置具有数据采集系统和砂床模拟系统,可在高温高压下用砂床模拟漏失情况,根据砂床中填装的岩屑及砂子颗粒大小的不同,可用于孔隙型漏失及微裂缝的堵漏模拟评价。该装置在堵漏后可利用钻井液循环系统模拟钻井液对堵层的冲刷,测定冲刷后的堵层承压能力。最高工作温度可达180℃,最高工作压力可达40 MPa。

图6 DL-B高温高压堵漏模拟试验装置

2.2 裂缝-孔隙复合型漏失堵漏配方研究实例

使用的堵漏配方如下。

基浆:4%膨润土浆+5%Na2CO3(纯碱)+2%FT99(防塌降滤失剂)+0.3%KPAM(聚合物)+1%JS-9(降滤失剂)+1%NH4PAN(降滤失剂)+2%HA树脂(降滤失剂)+0.5%GPC(防塌型随钻堵漏剂);

堵漏浆1:基浆+4%SRD-Ⅲ(桥接堵漏剂)+2%SRD-Ⅱ(桥接堵漏剂)+3%ZD-B(桥接堵漏剂)+4%DTR(高失水堵漏剂)+2%CaCO3(超细碳酸钙);

堵漏浆2:基浆+4%SRD-Ⅱ+3%ZD-B+4%DTR+2%CaCO3;

堵漏浆3:基浆+4%SRD-Ⅱ+1%ZD-B+2%DTR+2%CaCO3。

实验结果如表1所示。

表1 复合型漏失堵漏实验结果

从上述结果可知,堵漏液配方1、2、3针对2、1、0.5 mm裂缝可承压7MPa以上,同时针对0.42~0.85 mm孔隙也可承压7 MPa,同时试验说明在封堵孔隙时未形成“封门”,堵漏效果理想。这说明堵漏液配方1、2、3针对裂缝-孔隙型复合漏失具有良好的封堵效果。

3 结论与认识

(1)解决漏失首先要判定出漏层位置,然后才能有的放矢。本文介绍的漏层测量仪器采用多种参数进行综合判定,能有效排除干扰因素,提高判定的精度。

(2)本文采用判定软件和测量仪器结合,可系统实现“地面判断,井下测定”的测量方式,能减少测量的范围和时间,可较精确地确定漏层位置。

(3)高温高压堵漏模拟试验装置能较好地模拟井下漏层情况,具有较好的真实性和针对性,为新型堵漏剂的开发提供了评价的方法。从模拟评价应用实例来看,利用模拟装置对堵漏配方进行评价具有一定的科学性,能在一定范围内反映出堵漏配方的效果,有助于提高堵漏成功率。

(4)漏层判定是一项非常重要,却又十分复杂、困难的工作,需要做更多的研究来进行完善,包括在方法上、仪器设计上等各个方面。

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