所属技术领域本发明涉及石油工程领域内钻井施工中高渗地层渗透性漏失的堵漏效果评价方法。
背景技术：
油气井钻井施工中，常常遇到高孔高渗砂岩、砂砾岩地层，出现钻井液渗透性漏失的井下复杂情况，耗损昂贵的钻井液，增加钻井成本。通常应对渗透性漏失的方法是在钻井液中添加有机或无机的细颗粒堵漏材料，利用颗粒状堵漏材料在压差作用下进入高孔高渗地层，堵塞孔隙喉道，形成堵塞层，降低孔隙渗透性，钻井液中的膨润土和加重剂微粒在过滤作用下覆盖在堵塞层之上形成更为致密的泥饼，从而阻止钻井液的渗透性漏失。室内研究和评价渗透性漏失的堵漏效果是筛选渗透性漏失堵漏剂的关键技术手段，也是现场实施渗透性漏失堵漏施工的科学基础。目前常用的堵漏效果评价手段是采用QD-2堵漏材料试验装置。这种堵漏效果评价装置是分别采用人工裂缝缝板和大小两种尺寸漏层模拟不同宽度的裂缝和不同孔径的孔洞，可以较好地评价漏失速度较高的裂缝型和孔洞型地层漏失的堵漏效果。但因其裂缝和孔洞尺寸较大，符合渗透性漏失堵漏要求的小颗粒堵漏剂无法形成堵塞层，不能评价渗透性漏失的堵漏效果。且模拟漏层的材料为钢质，漏失面较为光滑，与渗透性漏失的砂岩、砂砾岩粗糙表面差异较大，因此不适用于渗透性漏失的堵漏效果评价。由于现用的堵漏评价方法以人工裂缝和钢珠模拟裂缝型漏失和孔洞型漏失，进行堵漏效果评价，只适用于漏失通道较大、堵漏剂较粗的桥接堵漏试验，而不能进行渗透性漏失的堵漏试验，至今还没有一套适合于渗透性漏失堵漏效果评价的有效方法。本发明通过在QD-2堵漏材料试验装置中引入与高孔高渗砂岩渗透性漏失地层相似的渗透性砂床模型，建立渗透性漏失的堵漏效果评价方法，解决渗透性漏失堵漏效果评价手段缺失的问题，属于在原有QD-2堵漏材料试验装置基础之上的改进发明。该方法的建立对于渗透性漏失堵漏剂的研究和开发以及渗透性漏失的现场堵漏施工具有很好的指导作用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供渗透性漏失堵漏效果评价方法，该方法通过制备渗透性砂床，模拟高孔高渗砂岩或砂砾岩漏失地层，利用QD-2堵漏材料试验装置，考查不同压力下，漏失量与压力、时间的关系，从而对渗透性漏失堵漏效果进行评价，也为渗透性漏失堵漏剂的评价和筛选提供了可靠的方法和手段。为了达到上述技术目的，本发明提供以下技术方案。渗透性漏失堵漏效果评价方法，该方法利用堵漏材料试验装置得以实现，所述堵漏材料试验装置主要由氮气瓶、泥浆筒、漏层杯、收集筒组成，所述泥浆筒上部有顶盖，下部有漏层杯座，所述顶盖连接氮气瓶，顶盖上有进气杆阀和泄压阀，所述漏层杯座通过输出接头连接收集筒，漏层杯座上有漏层杯，所述漏层杯中，从下到上依次装入粗、中、细三种粒度的石灰石或石英砂，组成模拟高孔高渗砂岩、砂砾岩地层的渗透性砂床。所述渗透性砂床，形成过程如下：在漏层杯底嵌入一层20目的钢丝纱网，再依次装入5～8目(粒径2.36～4mm)的粗颗粒石灰石或石英砂100克，10～20目(粒径0.85～2.0mm)的中颗粒石灰石或石英砂30克，20～40目(粒径0.425～0.85mm)的细颗粒石灰石或石英砂20克。本发明通过不同粒度的石灰石或石英砂颗粒组成的渗透性砂床，在压力下堵漏剂渗透过砂床而形成致密堵层，通过在不同压力下对不同配方的堵漏剂进行堵漏试验，根据瞬时漏失量、漏失总量、堵层承压能力、堵层击穿压力、堵层二次清水滤失量以及压力对堵层渗透率的影响，全面考察和评价渗透性漏失的堵漏效果。瞬时漏失量是指在1MPa压力下，打开球阀瞬间漏失的泥浆量。漏失总量是指打开球阀后开始计时，按照1MPa/min升高压力到6MPa(5min)，然后稳压5min后,累计(10min)的漏失量。堵层承压能力是指压力从1MPa～6MPa的升压过程和6MPa的稳压期间，未发生漏失量突然放大的情况，则认为承压能力≥6MPa。堵层击穿压力是指升压过程中，到某个压力漏失量突然放大，则认为该压力为堵层的击穿压力。这种情况下，堵层的承压能力＜击穿压力。堵层二次清水滤失量是指堵漏实验完成后，抽出堵漏浆，用清水测试堵漏层在不同压力下的滤失量，由此可计算出堵漏层的渗透率，以及压力对堵层渗透率的影响。本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明采用不同粒度级配的石灰石颗粒代替钢珠组成渗透性砂床，模拟高渗透性的砂岩、砂砾岩地层，评价渗透性漏失堵漏剂的堵漏效果，解决了现有方法只能评价裂缝和孔洞型漏失而无法评价渗透性漏失的不足。本发明能直接计算堵层的渗透率，量化堵漏效果。此外采用与高渗漏失地层成分相近的石灰石、石英砂颗粒模拟漏层，堵漏试验条件更接近于高渗透真实地层，堵漏效果的评价对现场堵漏施工有更好的指导作用。附图说明图1为堵漏材料试验装置的结构示意图。图2为漏层杯及渗透性砂床结构示意图。图中：1、氮气瓶，2、泥浆筒，3、漏层杯，4、收集筒，5、顶盖，6、漏层杯座，7、进气杆阀，8、泄压阀，9、球阀，10、输出接头，11、密封胶圈，12、带孔底板。图3为堵漏剂加量对堵漏效果的影响。具体实施方式下面根据附图和实施例进一步说明本发明。渗透性漏失堵漏效果评价方法，该方法利用堵漏材料试验装置得以实现，所述堵漏材料试验装置(见图1)主要由氮气瓶1、泥浆筒2、漏层杯3、收集筒4组成，所述泥浆筒2上部有顶盖5，下部有漏层杯座6，所述顶盖连接氮气瓶1，顶盖上有进气杆阀7和泄压阀8，所述漏层杯座通过球阀9和输出接头10连接收集筒4，漏层杯座上有漏层杯3，所述漏层杯中，从下到上依次装入粗、中、细三种粒度的石灰石或石英砂，组成模拟高孔高渗砂岩、砂砾岩地层的渗透性砂床(见图2)，漏层杯底为带孔底板12，漏层杯顶为密封胶圈11。所述渗透性砂床形成过程如下：在漏层杯底嵌入一层20目的钢丝纱网，再依次装入5～8目(粒径2.36～4mm)的粗颗粒石灰石或石英砂100克，10～20目(粒径0.85～2.0mm)的中颗粒石灰石或石英砂30克，20～40目(粒径0.425～0.85mm)的细颗粒石灰石或石英砂20克。利用上述渗透型砂床进行渗透性漏失堵漏效果评价，依次包括以下步骤：⑴膨润土浆的配制：量取1000ml自来水倒入2000ml容量的钻井液杯中，在1500转/分钟搅拌条件下，缓慢加入纯碱2g和膨润土50g，继续搅拌10分钟后，在高速搅拌器下10000转/分钟剪切搅拌2分钟，静置水化16小时以上。⑵堵漏浆的配制：用上述膨润土浆1000ml，在1500转/min搅拌条件下缓慢均匀加入0.3％聚合物增粘剂，继续搅拌10min，然后缓慢均匀地加入3％渗透性漏失堵漏剂，继续搅拌10min后即可进行下一步堵漏实验。⑶渗透性砂床的制备：在堵漏仪的漏层杯底嵌入一层20目的钢丝纱网，装入5～8目(粒径2.36～4mm)的粗颗粒石灰石(或石英砂)100克，轻微摇晃抖动10秒钟，形成高度约为2cm的垫层。在垫层上均匀铺上10～20目(粒径0.85～2.0mm)中颗粒石灰石(或石英砂)30克，轻微摇晃抖动10秒钟，再均匀铺上20～40目(粒径0.425～0.85mm)细颗粒石灰石(或石英砂)20克，完全覆盖中层中颗粒石灰石，轻微摇晃抖动10秒钟，使砂粒填充密实。⑷砂床模拟漏层的漏失检验：用未加堵漏剂的基浆，即土含量为5％的膨润土浆1000ml，在1500转/min搅拌条件下缓慢均匀加入0.3％聚合物增粘剂，继续搅拌10min，倒入堵漏材料试验装置中进行漏失试验，1MPa压力下，打开球阀后基浆瞬时全漏失。⑸堵漏效果评价实验：①将带有砂床的漏层杯小心轻放入堵漏材料试验装置杯座中，关闭球阀。②将堵漏浆沿泥浆筒内壁倒入泥浆筒中，在堵漏浆上覆盖3000ml自来水。自来水应沿泥浆筒内壁缓慢倒入，以免冲稀混合堵漏浆。③盖上顶盖并旋紧，将氮气瓶高压软管接头与顶盖上的进气阀杆连接。④打开氮气瓶总阀，调节减压阀到压力为1.0MPa，打开顶盖上的进气阀杆。⑤打开球阀，立即启动秒表记录时间和瞬时漏失量，然后以1.0MPa/min的速度提高压力，并观察记录2、3、4、5、6MPa的累计漏失量，压力到6MPa后，稳压5分钟，并记录漏失总量。⑥堵漏完成后，关闭氮气瓶阀门，松开减压阀，打开堵漏仪顶盖上的泄压阀放气，拧开顶盖，将泥浆筒中的清水和剩余堵漏浆抽出，取出漏层杯，清洗堵漏试验装置。⑹堵层致密性评价实验：①用清水将堵漏试验后漏层杯中形成的堵层表面堵漏浆清洗掉，并将漏层杯重新放入杯座中。②沿泥浆筒外壁缓慢倒入4000ml自来水。③盖上顶盖并旋紧，将氮气瓶高压软管接头与顶盖上的进气阀杆连接。④打开氮气瓶总阀，调节减压阀到压力为1.0MPa，打开顶盖上的进气阀杆。⑤打开球阀，立即启动秒表记录时间，5min后记录清水滤失量，然后以1.0MPa/min的速度提高压力到6MPa，记录时间，稳压5min后记录清水滤失量，根据达西公式可分别计算出1MPa和6MPa下的堵层清水渗透率。堵漏效果评价指标：①瞬时漏失量＜100ml、总漏失量＜200ml，堵漏效果良好；②瞬时漏失量＞150ml、总漏失量＞300ml，堵漏效果差或堵漏无效；③瞬时漏失量＞200ml、总漏失量＞500ml，堵漏无效；④漏层清水渗透率＜5mD，堵层致密性好；⑤漏层6MPa下清水渗透率＜1MPa下渗透率，堵层可压缩性好；⑥升压过程中，如遇到漏失量瞬间放大，即为漏层被击穿，记录击穿压力。若击穿压力＜5MPa，则认为堵层承压能力不足。实施例1模拟渗透性漏层漏失试验分别用未加堵漏剂的基浆和加入堵漏剂的堵漏浆，按照前述模拟渗透性漏层的组配方法以及漏失试验步骤进行试验，检验模拟漏层的漏失性和堵漏剂的有效性。结果见表1。表1模拟漏层的漏失性试验注：A为粒度为80目(0.18mm)的渗透性堵漏剂，B为粒度为120目(0.125mm)的渗透性堵漏剂。从表1可看出，模拟渗透性漏层在基浆不加堵漏剂情况下，瞬时全漏失，基本可以反应高渗地层的漏失状况。加入堵漏剂的堵漏浆，瞬时漏失量和总漏失量均降到很低，很好地反应了堵漏剂的堵漏效果。实施例2堵漏剂粒度对堵漏效果的影响分别用不同粒度的堵漏剂进行堵漏实验，评价堵漏剂粒度对堵漏效果的影响。结果见表2。表2粒径对堵漏效果的影响注：A为粒度为80目(0.18mm)的渗透性堵漏剂，B为粒度为120目(0.125mm)的渗透性堵漏剂，C为粒度为200目(0.074mm)的渗透性堵漏剂。表2数据显示，渗透性漏失堵漏剂粒度对堵漏效果有直接影响，当粒度过低时，堵漏剂与漏层孔径匹配度不够，在高压作用下堵漏剂颗粒会穿透漏层，堵层被击穿，堵漏失败。如堵漏剂粒度过大，则形成的堵塞层致密性略差。相对来看B型堵漏剂效果最好。实施例3堵漏剂加量对堵漏效果的影响用B型堵漏剂，在不同加量下进行堵漏试验，评价堵漏剂加量对堵漏效果的影响。结果见表3和图3。表3堵漏剂加量对堵漏效果的影响表3和图3表明，随堵漏剂加量增大，初始漏失量和总漏失量均大幅降低，堵漏效果显著增强。此外堵漏剂的有效加量不能低于2％，最佳加量为3％。实施例4堵层渗透性测试为检测堵层的致密性，堵漏实验完成后抽出泥浆筒中的堵漏浆，替换为清水，加压测试清水滤失量，记录时间、压力和滤失量，可计算得到堵层渗透率。结果见表4。表4堵层渗透率试验注：清水滤失量分别为1.0MPa压力下5min和6.0MPa压力下10min的数据，计算得到的渗透率相应为1.0MPa和6.0MPa压力下的渗透率。按照达西公式可计算得到堵层的渗透率。其中：Q—在压差△P下，通过堵层的流量，cm3/s。A—堵层面积，cm2，本实施例为36.3cm2；△P—流体通过堵层的压力差，10-1MPa；L—堵层厚度，cm，本实施例为0.3cm；μ—流体粘度，mPa·sK—渗透率，μm2。按照我国石油行业标准(SY/T6169-1995)对油藏渗透性的划分，渗透率＞500mD为高渗透地层，渗透率50～500mD为中渗透地层。而渗透性漏失多发生在渗透率＞500mD的高渗透地层和渗透率在200～500mD的中高渗透地层。通过本发明所述方法进行试验，形成的堵层渗透率低至0.5～2.8mD，将高渗漏失地层的渗透率降低两个数量级，按渗透率划分属于＜10mD的特低渗透地层范围。这反应了渗透性漏失的堵漏原理，即通过在钻井液中添加小颗粒堵漏剂，在钻开地层形成井眼的瞬间，在压差作用下，钻井液中的小颗粒堵漏剂进入高渗漏失地层孔隙，在近井壁部位快速形成致密的堵层，随着钻井液中粘土颗粒、加重剂等更细颗粒渗滤沉积到堵层之上，形成更为致密的泥饼，从而阻止钻井液向地层的流失，达到堵漏的目的。