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[技术基础]有关处治井漏的常见误解 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具 0楼发表于: 2017-12-25 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网

在成熟、枯竭的老油田打井，以及在未来的油气勘探中，井漏仍是我们时刻要面临的一个挑战，在同样挑战的情况下，井漏的根本原因与我们已掌握的背景信息可能并不吻合；因此，选择最佳堵漏材料或处置方案的过程也不尽相同。在最佳条件下，必须了解和吸收各类数据信息才能制定出最佳的堵漏方案，数据评估中的任何误解都可能导致非理想的决策。
　　本文重点介绍几个影响井漏处治方案和尝试堵漏的几个典型信条，以澄清围绕最常见问题的一些误解；当基于有效的技术和良好的理解理念制定堵漏方案时，方案实施的成功几率会增大，从而提高钻井作业的经济效益和施工效率。
　　介绍
    泥浆全部漏入地层的无返出井漏会给经济效益带来严重影响，这种影响超出了泥浆损失的最初成本，某些泥浆可能非常昂贵，井漏处治成本会很高；井漏导致的更大影响包括井控压力风险增大、非生产时间带来的成本增加，如果对特定的储层和完井类型，堵漏剂及处治方法未进行优化或做到最佳，还可能导致减产等多项隐形成本。
　　有多种方法应对井漏，首先是预防，其次是基于效益、风险与成本，通过一种对可能的物理、机械及化学处治方法的分层技术，对其进行评估和排序；通过收集和了解所需的关键信息，评估选择堵漏方案。以最适合的堵漏材料设计出最佳的堵漏方案是接下来的挑战；消除井漏处治过程中的一些误解将能澄清许多步骤，也就是制定井漏有效处治方案所需的工艺步骤。
　　有关井漏的共同认知和误解
    以下是有关井漏处治的典型假设、认知、误解和错误观点：
  Ÿ1、辨别知识的责任人；Ÿ
    2、堵漏材料的大小与等级；Ÿ
    3、堵漏材料的形状；Ÿ
    4、堵漏材料的来源；Ÿ
    5、一种处治方案对所有问题的适用性；Ÿ
    6、堵漏材料的用量或浓度以及类型对井下工具的限制；Ÿ
    7、维护处理；Ÿ
    8、颗粒大小的选择；Ÿ
    9、孔隙压力耗尽及其对破裂梯度的影响；Ÿ
    10、堵漏材料酸溶性要求。
　　辨别知识的责任人
    井漏是一种多因素引起的井下工况，预防与处治井漏需要了解和掌握各种信息，如堵漏材料的特性、包括钻井液完井液固井液在内的流体特性、所推荐的具体解决方案的施工经验、地质、地质力学、钻井及钻井工具等各方面的知识；对于数据匮乏的勘探地区，甚至是一口井或一个地区已知的信息量也会与一个有着丰富岩性数据的成熟油田有很大不同。
　　基于上述原因，很难设想任何人能成为所有相关知识领域的一名专家，这就是为什么战胜一次井漏挑战通常是多人之间合作的结果，合作者包括石油公司、服务公司、甚至是钻井承包商等来自不同背景和作业领域的许多人。
　　2003年，伊凡和布鲁顿开发出一项井漏评价与堵漏策划的工艺流程，流程涵盖了运用堵漏剂成功堵漏所需做的主要工作和知识来源，石油公司能提供的关键数据包括：录井图像、空隙压力和破裂梯度、岩石力学日志(包括杨氏模数、柏松比、破裂初始压力)以及邻井资料等，地质和地质力学团队可以提供漏层特性描述方面的更多帮助，包括确定最可能出现的漏层和漏失机理。
　　服务公司可以提供堵漏材料方面的数据、局限性以及适合采用的技术，他们还能提供一个升级计划或树形决策流程，包括不同场景和不同漏层漏失率的应对决策；他们还能提供水力学模拟，确保当量循环密度保持在孔隙压力之上。钻井承包商提供泵入与返出的泥浆量、泵压限值等数据，以及其它与堵漏有关的数据，他们密切监测进出井筒的泥浆量，以此判别漏失或涌出的情况；最好的堵漏专家是一位知道从其他专家那儿收集井的相关信息的人。
　　堵漏材料的大小与等级
    对外行人来说，人们听到的有关堵漏材料大小与等级的混杂信息感觉就像拿苹果与橘子相比较，市场上大多数堵漏材料是按等级销售的，而所提供的技术信息是以一种图表混合形式呈现的，以一种单一的数字形式给出尺寸信息，等级信息以名称给出；或在尺寸范围内作为一种体积百分比或累计百分比，以曲线图的形式表示等级。
　　通过对术语的理解并掌握其用法，可以澄清这种混淆。ŸPSD-颗粒大小分布(ParticleSizeDistribution)；Ÿd50-中等颗粒或其中一半的颗粒大小大于中等颗粒，一半的颗粒大小小于中等颗粒；Ÿd10-10%的颗粒大小小于等于该点值；Ÿd90-90%的颗粒大小小于等于该点值；
　　不要被堵漏材料的等级所误导，堵漏材料通常是以细、中或粗这类术语来描述的，表示一种相对等级；不过，在用户的想象中可能被误解为暗指尺寸或大小；堵漏材料的等级是一个相对术语，仅对相同材料源的才可能是正确的，因此，细坚果壳比粗坚果壳有着更小的PSD，但不一定比中颗粒或粗颗粒碳酸钙更细小；表1对两种常见堵漏材料的d50进行了比较，正如您看到的，等级的大小只是比较特定类型的材料，而其它类型堵漏材料大小的假设不能被轻易断言。

#图片说明#

　　颗粒大小分布(PSD)也可以以图形形式来表示，要么以每种尺寸的体积量(见图1)，或者按累计曲线的形式来展示简单分布；图1中的图形提供了PSD形式的更多信息，其形态是以PSD曲线的峰值数来展示不同颗粒大小或粒径浓度的；以每种产品所具有的特定应用，产品可以是单模、双模或多模形态。

#图片说明#

　　一般来说，针对特定尺寸的裂缝，当有足够可用的漏层数据时，可以采用PSD变化不大(在d10至d90之间颗粒尺寸变化较小)的堵漏材料；另一方面，当可用的漏层数据较少时，可以选择PSD变化大一点(在d10至d90之间颗粒尺寸变化可以大一点)的堵漏材料。
　　堵漏材料的形状
很少对堵漏材料的形状进行评述，简单的推断一般认为其为球形，因为球体可以用一个数字来描述，那就是“直径”；一种新的颗粒尺寸测量法“影像分析”表明大多数颗粒不是球形的，可以采用球形度、圆度或长宽比来辨别球形颗粒与非球形颗粒之间的差别，其中长宽比为1的表示球体，图2展示了普通堵漏材料的长宽比和PSD，方格中左下方第一行数值是每种堵漏材料的长宽比，下方是颗粒大小分布PSD的数值，以μm为单位。

#图片说明#

　　虽然库马尔等人2013年在颗粒特性描述和堵漏材料解决方案开发中所描述的形状特征是重要的，目前，常用的桥接和堵漏理论仍采用堵漏材料颗粒是球形这样的假设。当涉及形状时，“纤维”一词表示具有明显不同长宽比的材料；一般油田所用的纤维可以长达几毫米，直径小至微米(μm)级；“纤维”一词也可用来表示堵漏材料的来源，这种表述增加了误解和混乱。
　　堵漏材料的来源
虽然颗粒大小分布可以说是堵漏材料最重要的参数指标；堵漏材料的来源在维持尺寸和抗剪切降解方面起着关键性作用，术语“来源”可以用来表示材料的类型或材料类型内的变化。从天然到合成，材料的来源不同，相同来源的材料也可能有所不同，不同来源的一个例子可以在碳酸钙与石墨之间的区别中发现；同类材料中一个变异的例子是变质碳酸钙，相对于沉积碳酸钙，变质碳酸钙具有优异的力学性能。
　　“纤维”一词有时被随意用来描述来源，例如纤维素纤维或木质纤维，这种纤维实际上是颗粒状的，它的长宽比接近于1，就像Alsaba等人2014年定义堵漏材料为长、细和柔韧类那样，每当“纤维”一词被用来描述高长宽比形状的材料时常常会引起混乱。
　　一种处治方案对所有问题的适用性
经过论证的漏层特性描述是找到最佳井漏处治方案最重要的部分，然而，这一步骤常常被忽视。页岩地层与砂岩地层井漏的处治方法有着明显不同，砂岩地层与碳酸盐地层井漏的处治方法也不相同，页岩地层实际上渗透率极低，这会大大降低高滤失液堵漏剂的堵漏效果。
　　相比更深的高温高压地层的堵漏要求，浅层堵漏需满足一组不同的标准，天然裂缝与诱发性裂缝采用的堵漏方法在材料的大小和浓度上可能有所不同，表2给出了一些堵漏方法的排序，一些方法能在多种井漏工况中实现成功堵漏，另一些方法可能在一种裂缝尺寸堵漏中表现良好，而在另一种裂缝尺寸的堵漏效果则表现不佳。

#图片说明#

　　虽然这张表只涵盖了几种可能的尺寸和可能的解决方法，很明显，一种方法并不是处治所有井漏工况的最佳方法。
　　井下工具的限制
当今钻井作业中采用了各种各样的井下工具，意在帮助提高不同井下工况的钻井速度和钻井效率，现有的各种工具、堵漏材料的类型、颗粒大小、浓度、混合料和泥浆比重，这使得对上述每种组合应用进行预筛选、以谋求良好的兼容性和适用性变得不大可能。因此，认识到在大多数应用中，一种好的做法应当是测试哪种情况可能会更糟，低浓度下使用少量的堵漏产品应当不会对工具的性能有大的影响，测试通常是在一个流动回路中进行，回路被配置成能够处理足量的钻井液循环，并在希望的堵漏材料浓度下，井下工具仍能正常工作，图3是一个设计用来测试堵漏材料与井下工具兼容性和适用性的流动回路。

#图片说明#

　　另一种好的做法是了解所用工具对堵漏材料穿过其中的通过标准，以便优化堵漏设计，即不但能使堵漏材料顺畅通过工具，还要能使其封堵漏层；还要有一些能够使用的自动防故障装置，如钻杆过滤器和抗干扰技术；一般来说，一定尺寸范围内的大多数颗粒状堵漏材料都能通过井下工具，不过，很难预测多种堵漏产品混合后的情形，许多纤维产品堵漏期间最终堵塞了井下工具。
　　维护处理
为什么工程堵漏解决方案或预防材料损失的努力随着时间的推移未能封堵住漏层，颗粒摩擦/磨损是主要原因之一，表3给出了三种常见的堵漏材料30分钟内的剪切降解是真实的，而且，正如斯科特艾尔2012年证实的那样，这种降解变化取决于堵漏材料的类型。

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　　虽然传统的知识和经验建议使用较粗的颗粒等级，以保持在用的相同产品较细的颗粒等级PSD的存在，几种其它因素发挥着作业，作者进行的一项研究表明，某些情况下，例如碳酸钙，使用较粗颗粒的碳酸钙会引起更快的降解，导致短时间内产生更细的混合，见图4。

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　　2013年，瓦尔塞奇(Valsecchi)把堵漏材料颗粒的降解或退化归因于三个因素：堵漏材料的固体颗粒与钻井液的相互作用、堵漏材料的固体颗粒与固体边界的相互作用、堵漏材料固体颗粒与其它堵漏材料固体颗粒间的相互作用，他的研究表明，大的颗粒与其它颗粒碰撞的几率更大，因此，大颗粒比小颗粒呈现出更明显的降解过程，这一结论与作者自主研究获得的成果相吻合。
　　颗粒大小的选择
    选择合适的颗粒尺寸是堵漏解决方案最基本的设计标准之一，但它仍是最具争议的问题之一；第一关是裂缝孔径(裂缝宽度)或孔隙大小的特征描述，这些裂缝或孔隙是我们必须要封堵的；一些方法在钻井前采用地质力学方程计算裂缝孔径，一些方法从发生井漏后的漏失率中得出裂缝宽度，该行业多数采用第一种方法，因为它是积极主动的分析计算法。
　　一旦确定了裂缝孔径或孔隙大小，下一个决定就是选择合适的颗粒尺寸来封堵漏层，包括d50、d90和d75大小的各种颗粒都被库马尔(Kumar)等人2010年(SPE133484)一个总结列表中的不同作者吹捧为与裂缝宽度相匹配的“正确观点”。虽然许多工作已得到了实验室数据的验证，但只有极少的现场数据可以用来支持另一种观点。
　　孔隙压力耗尽及其对破裂梯度的影响
    孔隙压力支配着泥浆密度，或者说泥浆密度需根据孔隙压力而设定，也就是保持过平衡钻井、避免井控风险的泥浆密度，过平衡的大小或量值可由管理机构、钻井设计部门或石油公司的最佳实现来掌控，泥浆密度越高，当量循环密度就越高，就更接近破裂压力梯度的限值；钻井期间要严格控制当量循环密度，在接单根或泥浆长时间静止后开启循环时，当量循环密度的峰值会很难预测和控制。假设破裂梯度与孔隙压力耗尽的量相同，这可能会导致误判，Alberty和McLean2001年在(SPE67740)中所述：预测储层枯竭对破裂梯度的影响，泥页岩层段比砂岩层段的影响要小得多。
　　堵漏材料酸溶性要求
    为了使储层伤害尽可能降至最小，储层所用的堵漏材料一般要求必须是酸溶性或水溶性的，这一要求的原因是假设堵漏材料的溶度有助于清除污染物和防止产量减产。就像有些堵漏产品，酸溶性要求本身可能会产生误导，而可溶于酸，可能会产生有害于储层产出的其它沉淀物，一种更好的方法是检查酸反应的副产品也是酸溶或水溶的，同样建议测试一般井下温度状况下的溶解度，以便在处理井下问题时有更准确的预期。