深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法

本发明涉及石油与天然气工程中的工作液漏失控制与储层保护，具体为深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法。

背景技术：

1、随着油气资源开发向地层更深部进军，钻井技术也面临前所未有的挑战，深层-超深层裂缝性油气层具有高温、高压、高地应力、天然裂缝发育且缝宽大等地质特点，在钻井过程中经常出现井下复杂情况，其中，钻井液漏失问题尤为严重。钻井液漏失不仅会造成巨大经济损失，延长钻井周期，还可能诱发溢流、井喷和井壁坍塌等钻井事故，严重危害钻井安全。储层段的钻井液漏失还会造成不可逆转的储层损害，大幅降低油气井产量。由于深层-超深层严苛的地质条件给储层增产改造带来了极大的困难和挑战，所以，控制井漏并保护天然裂缝对深层-超深层油气层开发具有十分重要的意义。

2、目前，针对深层-超深层裂缝性油气层大尺度裂缝漏失，已形成凝胶与颗粒材料协同暂堵技术，该技术使用可酸溶凝胶材料协同高强度惰性颗粒材料对裂缝进行暂堵，利用凝胶材料良好的变形能力，自适应封堵漏失通道，阻止钻井液漏失，完井投产前，通过注酸的方式选择性解除凝胶材料，高强度惰性颗粒材料支撑裂缝，增大裂缝导流能力。

3、基于已有的研究表明凝胶储能模量与封堵性能(裂缝封堵层承压能力)呈正相关，传统凝胶储能模量优化方法着眼于不断增大储能模量，以此来改善凝胶的封堵性能。储能模量的增大固然能使凝胶具备更好的封堵性能，但随着凝胶的储能模量越来越大，凝胶越来越偏向于弹性固体的特性，降低甚至失去其流动变形能力，导致凝胶只能在裂缝入口附近形成封堵层。凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计如果依据传统凝胶储能模量优化方法固然能得到很好的封堵效果，但颗粒材料就无法被凝胶携带入裂缝深处，待完井投产前注酸溶解凝胶之后，颗粒材料只能在裂缝入口附近支撑裂缝，支撑效果差。因此，传统凝胶储能模量优化方法并不适合凝胶与颗粒材料协同暂堵技术。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法，本方法基于发明人的以下发现：在深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方中，凝胶储能模量-承压能力的关系为s型曲线，且过原点向s型曲线的上凸弧段做切线，该切点处对应储能模量的凝胶与颗粒复配可以获得封堵时具有较优封堵能力、解堵后具有较优导流能力的协同暂堵配方。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法，包括如下步骤：

4、s1、筛选酸溶性的凝胶配方，筛选规则包括：优先选择储能模量与最优储能模量的差值的绝对值小的凝胶配方；

5、其中，确定所述最优储能模量包括如下步骤：

6、s11、确定凝胶组分，通过调整各凝胶组分含量配置不同储能模量的凝胶，通过裂缝封堵实验测定不同储能模量的凝胶的裂缝封堵层的承压能力；

7、s12、以储能模量为横坐标，绘制凝胶的储能模量-承压能力关系曲线，且过原点向曲线的上凸弧段做切线，切点处对应的储能模量为最优储能模量；

8、在筛选凝胶配方时，其筛选规则还包括凝胶的酸溶率，酸溶率低不利于后期导流能力的恢复，具体实施时，可以预设酸溶率阈值，将低于预设酸溶率阈值的凝胶配方淘汰，预设酸溶率阈值可以根据需要确定，比如90wt％，95wt％等。

9、s2、以s1筛选的凝胶配方和非酸溶的颗粒材料作为复配原料，配置不同凝胶含量的的协同暂堵浆，通过裂缝封堵和解堵实验，确定各协同暂堵浆解堵后颗粒在裂缝内的有效支撑长度，优先选择有效支撑长度长的协同暂堵浆作为深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方。

10、本步骤中，颗粒材料需要具备足够的抗压能力，以提供支撑作用，具体实施实施时，可以以破碎率作为筛选指标，比如，筛选目的层裂缝闭合压力作用下破碎率小于5wt％的颗粒材料。

11、作为本发明的一种具体实施方式，颗粒材料的粒径为0.3～0.5倍的裂缝宽度。

12、步骤s11中裂缝封堵实验主要用于测定凝胶注入后形成的封堵层的承压能力，作为本发明的一种具体实施方式，裂缝封堵实验包括生成封堵层和测试封堵层承压能力的操作，其中，生成封堵层的操作包括如下步骤：以恒压驱替的方式向裂缝中注入凝胶，直至凝胶无法注入，视为形成了稳固的封堵层，继续注入凝胶不会增加封堵层厚度；测试封堵层承压能力的操作包括逐渐提高封堵层入口流体的压力，直至流体的流量达到达到某一预设的阈值，视为流体穿透封堵层，封堵层封堵失效。

13、步骤s2中，裂缝封堵和解堵实验中用于测定协同暂堵浆解堵后的有效支撑长度，其包括形成封堵层和破胶两个步骤，在本发明的一种具体实施方式中，生成封堵层的操作与步骤s11相同，即以恒压驱替的方式向裂缝中注入协同暂堵浆，直至协同暂堵浆无法注入；破胶的操作则为向裂缝中加入酸液。

14、与现有技术相比，具有以下优点：

15、本发明提出的凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法操作简单，通过本方法设计的配方在钻井时能有效封堵大尺度裂缝，并将高强度惰性颗粒携带进入裂缝深部，在完井投产前，通过注酸方法溶解凝胶材料，留下一条有效长度较大的支撑裂缝，增大裂缝导流能力，提高油气产量。

技术特征：

1.一种深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法，其特征在于，步骤s1筛选凝胶配方的所述筛选规则还包括凝胶的酸溶率大于第一阈值。

3.根据权利要求2所述的深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法，其特征在于，所述第一阈值为90wt％。

4.根据权利要求1所述的深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法，其特征在于，所述颗粒材料在目的层裂缝闭合压力下的破碎率小于第二阈值。

5.根据权利要求4所述的深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法，其特征在于，所述第二阈值为5wt％。

6.根据权利要求1所述的深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法，其特征在于，所述颗粒材料的粒径为裂缝宽度的0.3～0.5倍。

7.根据权利要求1所述的深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法，其特征在于，步骤s11中所述裂缝封堵实验包括生成封堵层的操作，所述生成封堵层的操作包括如下步骤：以恒压驱替的方式向裂缝中注入凝胶，直至凝胶无法注入。

8.根据权利要求1所述的深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法，其特征在于，步骤s2中的裂缝封堵和解堵实验中包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方设计方法，属于工作液漏失控制与储层保护技术领域。本发明基于以下发现：深层裂缝性油气层凝胶与颗粒材料协同暂堵配方中，凝胶储能模量‑承压能力的关系为S型曲线，且过原点向S型曲线的上凸弧段做切线，该切点处对应储能模量的凝胶与颗粒复配可以获得封堵时具有较优封堵能力、解堵后具有较优导流能力的协同暂堵配方。因此，在设计配方时，优先选择储能模量与切点处的储能模量的差值的绝对值小的凝胶配方，本设计方法操作简单，设计的配方，在封堵时具有较强的承压能力、解堵后具有较好的导流能力。

技术研发人员：许成元,钟江城,白英睿,刘凡,康毅力,刘磊
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17