煤矿区钻井裂缝性漏失承压堵漏机理与关键技术研究
发布时间：2021-12-12 11:37
随着煤矿、煤层气勘探开发的进一步深入,煤矿区钻探过程中钻遇地层愈加复杂,在钻进至破碎、裂缝发育地层时,漏失问题尤其是裂缝性漏失问题突出。在裂缝内建立稳定封堵隔墙,阻断钻井液漏失通道,提高地层承压能力是解决井漏问题的关键。论文围绕如何在裂缝内部形成稳定封堵隔墙这一核心问题,在对黔西煤矿区煤层气井钻遇漏失地层特性及裂缝性漏失规律分析的基础上,以封堵材料进入裂缝、堆积形成封堵隔墙及封堵隔墙稳定性分析为主线,应用理论分析、数值模拟与相似模拟相结合的方法,开展了封堵隔墙形成过程与承压能力理论研究,优化形成了不同破坏形式下封堵隔墙承压能力预测模型,研究了封堵隔墙承压能力影响因素与强化方法,研究形成了高浓度桥塞复合堵漏技术与配套机具。取得如下成果:（1）研究提出了桥塞堵漏材料粒径设计方法。根据牛顿流体N-S方程,建立了基于漏失量和裂缝内压力梯度的裂缝力学开度计算方法;利用数值模拟、相似模拟与灰色关联分析方法,明确了架桥颗粒特征粒径D50和D90对封堵隔墙起始位置密切相关;结合颗粒沉降试验,采用数据拟合方法,得出了实验条件下固相颗粒拖曳力系数与颗粒雷诺数的对...
【文章来源】：煤炭科学研究总院北京市
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
MI-SWACO裂缝封堵实验裂缝单元示意图
2煤矿区裂缝性地层漏失特征15表2.2不同类型漏失次数统计Table2.2Statisticsofleakagetimesofdifferenttypes漏速/m3/h≤55～1515～3030～50≥50井漏类型微漏小漏中漏大漏严重漏失次数11561389占比/%8.874.034.8410.4871.77依据已统计井资料，从表2.2可知，黔西地区大漏和严重漏失比例高，占总漏失次数的82.26%；漏失问题严重，推高钻井成本，在一定程度上已成为制约该区域煤层气勘探开发的制约因素。（4）漏失工况统计图2.2黔西地区漏失工况分析Fig.2.2Theanalysisonworkingconditionwhilelostcirculation发生漏失的工况统计如图2.3所示，该区域漏失工况多发生在钻进过程，占比为61.3%，这与主要漏失层位于井眼中上部有关；堵漏过程发生的漏失占比为26.6%，反映漏失发生后，堵漏难度大，封堵层易重开，其中牛4井飞仙关组某漏层共通过桥塞、投水泥球、可控胶凝、复合堵漏等方法，共计封堵8次方封堵成功；固井前承压试验漏失占比7.3%，说明封堵层承压能力较低，不能满足承压试验要求，同时，该区域部分井水泥返高达不到设计要求，水泥返高位于漏失层以下，说明煤层承压能力较低，能满足钻进要求，但不能满足固井要求。综上分析，黔西地区井漏具有漏失层段多、漏失概率高、漏失严重等特点。2.1.2裂缝性漏失特点与分类2.1.2.1裂缝性漏失特点裂缝在地层中的成因多样，分布和发育不均匀，受构造运动、地应力、地层岩性、填充状态等影响，裂缝开度、延伸状态、裂缝面的粗糙程度等呈现较强的不均匀性。钻井61.3%堵漏26.6%承压试验7.3%取心1.6%固井2.4%循环0.8%
,123]，尤其是永宁镇组、茅草铺组裂缝区域发育较大溶洞，导致封堵困难甚至由于无法封堵而弃井。砂泥岩等易风化地层，岩石较为疏松，裂缝网络发育，易出现高角度裂缝。煤矿区砂泥岩互层较多，上部地层分界面附近，由于风化程度不同，易产生横向漏失性裂缝。鄂尔多斯盆地东缘漏失最频繁的三叠系刘家沟组、二叠系上石盒子组、下石盒子组漏失主要是由于风化裂隙及地层界面裂缝导致[104,124]。在构造应力、井筒压力等作用下，裂缝有向纵深方向延伸的趋势。裂缝在延伸过程中与其它裂缝相交形成“Z”型、“T”型乃至网状裂缝，如图2.3所示。网状裂缝的存在使漏失过程复杂化，封堵难度增加，需要在近井地带完成封堵。图2.3网状裂缝露头[125]Fig.2.3Fracturenetworkinanoutcroprock2.1.2.2裂缝性漏失类型依据漏失速度的不同，钻井行业将漏失分为微漏、小漏、中漏、大漏及严重漏失5个等级，国内外对分级用漏失量略有差异，该分类是国内外钻井施工漏失的一种主要分类方法[125,126]。从反映井下漏失通道基本形态角度考虑[13,54]，按裂缝成因分类，能够有效指导防漏堵漏工作进行。依据堵漏工作实践，将煤矿区裂缝性漏失分为：天然裂缝漏失、诱导裂缝漏失、采空采动裂缝漏失及复合性漏失。
【参考文献】：
期刊论文
[1]六盘水牛场区块牛4井堵漏实践[J]. 张晶,郝世俊,徐堪社,王林杰. 中国煤炭地质. 2020(03)
[2]热致形状记忆“智能”型堵漏剂的制备与特性实验[J]. 暴丹,邱正松,叶链,钟汉毅,赵欣,邱维清,王宝田,郭保雨. 石油学报. 2020(01)
[3]山西重点煤矿采动区煤层气地面抽采技术及应用[J]. 李国富,付军辉,李超,李日富. 煤炭科学技术. 2019(12)
[4]玄武岩纤维加筋微生物固化砂力学特性试验[J]. 郑俊杰,宋杨,吴超传,崔明娟. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(12)
[5]贵州煤层气井中上部地层钻井防漏堵漏技术[J]. 赵永哲,徐堪社,杨哲,王林杰,张晶. 煤田地质与勘探. 2019(S1)
[6]鄂尔多斯东缘深层煤层气井新型堵漏工艺研究[J]. 邓钧耀,杨松,曹振义,张毅,李世超,刘馨然,胡凯. 石油机械. 2019(09)
[7]塔里木盆地深部煤层失稳机理及防塌钻井液技术[J]. 李恒,何世明,汤明,李宁,杨沛,张震. 煤田地质与勘探. 2019(04)
[8]彬长矿区综采工作面导水断裂带发育规律[J]. 邢延团. 煤矿安全. 2019(08)
[9]高温地层钻井堵漏材料特性实验[J]. 暴丹,邱正松,邱维清,王宝田,郭保雨,王旭东,刘均一,陈家旭. 石油学报. 2019(07)
[10]黔西南地区煤系地层井壁稳定技术探讨[J]. 郝海洋,李勇,宋继伟,王虎,李勇,代云鹏. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2019(07)
博士论文
[1]矿渣可固化堵漏液的碱激发硬化特性研究及应用[D]. 邓智中.西南石油大学 2017
[2]复杂作用机制下的水平井压裂支撑剂运移规律研究[D]. 张国栋.中国石油大学(华东) 2017
[3]页岩井周地层—封堵带系统突变失稳机理[D]. 佘继平.西南石油大学 2016
[4]强化井简的钻井液防漏堵漏理论与实验研究[D]. 赵正国.西南石油大学 2016
[5]裂缝性储层强化封堵承压能力模型与方法[D]. 许成元.西南石油大学 2015
[6]裂缝性地层钻井液漏失动力学研究[D]. 李大奇.西南石油大学 2012
[7]提高地层承压能力的钻井液封堵理论与技术研究[D]. 王贵.西南石油大学 2012
[8]裂缝地层提高承压能力钻井液堵漏技术研究[D]. 李家学.西南石油大学 2011
[9]隔断式凝胶段塞堵漏机理及技术研究[D]. 聂勋勇.西南石油大学 2010
[10]钻井工程中井漏预防与堵漏技术研究与应用[D]. 吕开河.中国石油大学 2007
硕士论文
[1]一种低密度、低成本、环境友好型固化液体系及性能改善研究[D]. 周彪.西南石油大学 2018
[2]淮北矿区构造演化及其对矿井构造发育的控制作用[D]. 刘军.中国矿业大学 2017
[3]裂缝性砂岩油层应力敏感性及裂缝宽度研究[D]. 兰林.西南石油学院 2005
本文编号：3536605
【文章来源】：煤炭科学研究总院北京市
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
MI-SWACO裂缝封堵实验裂缝单元示意图
2煤矿区裂缝性地层漏失特征15表2.2不同类型漏失次数统计Table2.2Statisticsofleakagetimesofdifferenttypes漏速/m3/h≤55～1515～3030～50≥50井漏类型微漏小漏中漏大漏严重漏失次数11561389占比/%8.874.034.8410.4871.77依据已统计井资料，从表2.2可知，黔西地区大漏和严重漏失比例高，占总漏失次数的82.26%；漏失问题严重，推高钻井成本，在一定程度上已成为制约该区域煤层气勘探开发的制约因素。（4）漏失工况统计图2.2黔西地区漏失工况分析Fig.2.2Theanalysisonworkingconditionwhilelostcirculation发生漏失的工况统计如图2.3所示，该区域漏失工况多发生在钻进过程，占比为61.3%，这与主要漏失层位于井眼中上部有关；堵漏过程发生的漏失占比为26.6%，反映漏失发生后，堵漏难度大，封堵层易重开，其中牛4井飞仙关组某漏层共通过桥塞、投水泥球、可控胶凝、复合堵漏等方法，共计封堵8次方封堵成功；固井前承压试验漏失占比7.3%，说明封堵层承压能力较低，不能满足承压试验要求，同时，该区域部分井水泥返高达不到设计要求，水泥返高位于漏失层以下，说明煤层承压能力较低，能满足钻进要求，但不能满足固井要求。综上分析，黔西地区井漏具有漏失层段多、漏失概率高、漏失严重等特点。2.1.2裂缝性漏失特点与分类2.1.2.1裂缝性漏失特点裂缝在地层中的成因多样，分布和发育不均匀，受构造运动、地应力、地层岩性、填充状态等影响，裂缝开度、延伸状态、裂缝面的粗糙程度等呈现较强的不均匀性。钻井61.3%堵漏26.6%承压试验7.3%取心1.6%固井2.4%循环0.8%
,123]，尤其是永宁镇组、茅草铺组裂缝区域发育较大溶洞，导致封堵困难甚至由于无法封堵而弃井。砂泥岩等易风化地层，岩石较为疏松，裂缝网络发育，易出现高角度裂缝。煤矿区砂泥岩互层较多，上部地层分界面附近，由于风化程度不同，易产生横向漏失性裂缝。鄂尔多斯盆地东缘漏失最频繁的三叠系刘家沟组、二叠系上石盒子组、下石盒子组漏失主要是由于风化裂隙及地层界面裂缝导致[104,124]。在构造应力、井筒压力等作用下，裂缝有向纵深方向延伸的趋势。裂缝在延伸过程中与其它裂缝相交形成“Z”型、“T”型乃至网状裂缝，如图2.3所示。网状裂缝的存在使漏失过程复杂化，封堵难度增加，需要在近井地带完成封堵。图2.3网状裂缝露头[125]Fig.2.3Fracturenetworkinanoutcroprock2.1.2.2裂缝性漏失类型依据漏失速度的不同，钻井行业将漏失分为微漏、小漏、中漏、大漏及严重漏失5个等级，国内外对分级用漏失量略有差异，该分类是国内外钻井施工漏失的一种主要分类方法[125,126]。从反映井下漏失通道基本形态角度考虑[13,54]，按裂缝成因分类，能够有效指导防漏堵漏工作进行。依据堵漏工作实践，将煤矿区裂缝性漏失分为：天然裂缝漏失、诱导裂缝漏失、采空采动裂缝漏失及复合性漏失。
【参考文献】：
期刊论文
[1]六盘水牛场区块牛4井堵漏实践[J]. 张晶,郝世俊,徐堪社,王林杰. 中国煤炭地质. 2020(03)
[2]热致形状记忆“智能”型堵漏剂的制备与特性实验[J]. 暴丹,邱正松,叶链,钟汉毅,赵欣,邱维清,王宝田,郭保雨. 石油学报. 2020(01)
[3]山西重点煤矿采动区煤层气地面抽采技术及应用[J]. 李国富,付军辉,李超,李日富. 煤炭科学技术. 2019(12)
[4]玄武岩纤维加筋微生物固化砂力学特性试验[J]. 郑俊杰,宋杨,吴超传,崔明娟. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(12)
[5]贵州煤层气井中上部地层钻井防漏堵漏技术[J]. 赵永哲,徐堪社,杨哲,王林杰,张晶. 煤田地质与勘探. 2019(S1)
[6]鄂尔多斯东缘深层煤层气井新型堵漏工艺研究[J]. 邓钧耀,杨松,曹振义,张毅,李世超,刘馨然,胡凯. 石油机械. 2019(09)
[7]塔里木盆地深部煤层失稳机理及防塌钻井液技术[J]. 李恒,何世明,汤明,李宁,杨沛,张震. 煤田地质与勘探. 2019(04)
[8]彬长矿区综采工作面导水断裂带发育规律[J]. 邢延团. 煤矿安全. 2019(08)
[9]高温地层钻井堵漏材料特性实验[J]. 暴丹,邱正松,邱维清,王宝田,郭保雨,王旭东,刘均一,陈家旭. 石油学报. 2019(07)
[10]黔西南地区煤系地层井壁稳定技术探讨[J]. 郝海洋,李勇,宋继伟,王虎,李勇,代云鹏. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2019(07)
博士论文
[1]矿渣可固化堵漏液的碱激发硬化特性研究及应用[D]. 邓智中.西南石油大学 2017
[2]复杂作用机制下的水平井压裂支撑剂运移规律研究[D]. 张国栋.中国石油大学(华东) 2017
[3]页岩井周地层—封堵带系统突变失稳机理[D]. 佘继平.西南石油大学 2016
[4]强化井简的钻井液防漏堵漏理论与实验研究[D]. 赵正国.西南石油大学 2016
[5]裂缝性储层强化封堵承压能力模型与方法[D]. 许成元.西南石油大学 2015
[6]裂缝性地层钻井液漏失动力学研究[D]. 李大奇.西南石油大学 2012
[7]提高地层承压能力的钻井液封堵理论与技术研究[D]. 王贵.西南石油大学 2012
[8]裂缝地层提高承压能力钻井液堵漏技术研究[D]. 李家学.西南石油大学 2011
[9]隔断式凝胶段塞堵漏机理及技术研究[D]. 聂勋勇.西南石油大学 2010
[10]钻井工程中井漏预防与堵漏技术研究与应用[D]. 吕开河.中国石油大学 2007
硕士论文
[1]一种低密度、低成本、环境友好型固化液体系及性能改善研究[D]. 周彪.西南石油大学 2018
[2]淮北矿区构造演化及其对矿井构造发育的控制作用[D]. 刘军.中国矿业大学 2017
[3]裂缝性砂岩油层应力敏感性及裂缝宽度研究[D]. 兰林.西南石油学院 2005
本文编号：3536605
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