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在油气钻井和地质勘探钻井过程中,井漏问题给石油工程界带来了极大的挑战,尤其在深井钻井过程中遇到应力敏感裂缝性地层时,漏失问题更加突出,由于地层压力变化异常,裂缝存在形态复杂多样,漏失引起的事故和危害呈多样化。掌握应力敏感裂缝性地层的漏失规律,并通过堵漏力学机理研究,是解决该问题的关键。基于此,本文通过试验研究和理论分析,主要完成了以下几方面工作:
1.裂缝性地层特征及岩石力学强度参数研究
根据应力敏感裂缝性地层的漏失特点,采用模拟地层条件下的岩心浸泡试验和常规岩石力学试验,测试了裂缝性和基质性灰岩在基浆和堵漏浆中作用不同时间后的岩石力学强度参数。通过实验结果对比,探讨了基浆和堵漏剂对于裂缝性和基质性灰岩的强度弱化效应。利用扫描电镜观察浸泡后的岩心,从微观角度分析了堵漏材料对裂缝性和基质性灰岩的封堵机理。
2.裂缝性地层漏失机理研究
在对堵漏剂浸泡后的裂缝性灰岩进行应力敏感机理分析的基础上,研究了应力敏感漏失性地层的裂缝开度随有效应力的变化规律。通过对裂缝性地层岩石微观结构和模型方法的总结,建立了考虑包含裂缝的单相流体双重介质的钻井液漏失模型。通过现场实例计算,获得了裂缝性地层的漏失规律和井漏影响因素,同时认为漏失通道的性质是内因,在一定条件下是相对不变的因素,作用于漏层的压差是外因,是可变因素,凡是影响漏失压差的因素均会对井漏产生影响。
3.裂缝性地层堵漏承压能力评价研究
通过对大尺寸真三轴模拟压裂试验系统的改造,建立了室内真三轴堵漏模拟实验装置.利用相似理论方法实现了真实环境下应力敏感裂缝性地层堵漏过程的模拟,采用SAMOSTM声发射仪监测了堵漏模拟过程中裂缝性地层的承压能力。结合数值模拟方法,获得了承压能力评价的影响因素,在此基础上提出了评价堵漏承压能力的新方法。本研究与现场实际应用情况取得了较好的一致性,为提高裂缝性地层堵漏承压能力,实现窄密度窗口下安全钻井提供了理论依据。
4.裂缝性地层漏失模糊识别方法研究
通过分析裂缝性地层漏失的各种影响因素,列出了各因素的表征量,构建漏失安全评价指标体系。并利用模糊物元分析方法,并结合模糊集合理论,建立了基于欧式贴近度的区域漏失特征模糊物元分析模型,通过对区域漏失安全评价指标的分析,评价了不同区域地层的漏失特征。采用该方法使得漏失安全问题的经验判断予以量化,通过对塔里木油田某区块漏失地层进行安全评价分析,验证了该指标体系和模糊识别方法的合理性与科学性。