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破碎地层钻井液封堵效果评价方法的建立与现场应用

张明明,  李大奇,  刘金华,  李涛,  张杜杰,  崔凯潇

张明明,李大奇,刘金华,等. 破碎地层钻井液封堵效果评价方法的建立与现场应用[J]. 钻井液与完井液,2026,43(5):584-591 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.002
引用本文: 张明明,李大奇,刘金华,等. 破碎地层钻井液封堵效果评价方法的建立与现场应用[J]. 钻井液与完井液,2026,43(5):584-591 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.002
Zhang Mingming, Li Daqi, Liu Jinhua, et al.Establishment and field application of a method for evaluating plugging efficiency of a drilling fluid in fractured formations[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(5):584-591 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.002
Citation: Zhang Mingming, Li Daqi, Liu Jinhua, et al.Establishment and field application of a method for evaluating plugging efficiency of a drilling fluid in fractured formations[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(5):584-591 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.002

破碎地层钻井液封堵效果评价方法的建立与现场应用

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.002
基金项目: 国家自然科学基金企业创新发展联合基金集成项目“三大盆地深层—超深层海相油气高效勘探开发基础研究”(U24B6001);中石化科技部攻关项目“深部破碎地层井筒强化技术”(P23192)。
详细信息
    作者简介:

    张明明,副研究员,博士,1991年生,现在主要从事井筒强化方面的研究工作。电话 18683461615;E-mail:mmz_swpu@126.com

    通讯作者:

    李大奇,副研究员,1982年生,2012年获西南石油大学油气井工程专业博士学位,现在主要从事防漏堵漏和井壁稳定方面的研究工作。E-mail:lidq.sripe@sinopec.com。

  • 中图分类号: TE258

Establishment and Field Application of a Method for Evaluating Plugging Efficiency of a Drilling Fluid in Fractured Formations

  • 摘要: 顺北油气田奥陶系及川西海相碳酸盐岩地层破碎,井壁失稳事故频发,加强钻井液对破碎地层的封堵效果是保证钻井液密度对井壁支撑能力的前提,目前的钻井液封堵效果评价方法采用的滤失介质均为孔隙型试样,不能反映破碎地层的裂缝发育特征。针对破碎地层,建立了基于割缝滤纸、基于酸液刻蚀微裂缝的金属薄片及3D打印含多尺度裂缝圆盘的封堵效果评价方法,并以基于酸液刻蚀微裂缝的金属薄片的破碎地层封堵效果评价方法为基础,评价并优化了SHB83CH井抗高温聚磺混油体系对微裂缝的封堵效果。研究结果表明,酸蚀金属薄片可实现30 μm级微裂缝的批量制备,较3D打印圆盘(缝宽偏差>50%)具有显著精度优势;裂缝数量与总滤失量呈指数正相关,裂缝宽度与初滤失量符合二次函数关系,总滤失量与裂缝宽度为负的二次函数关系;随裂缝宽度的增加,初滤失量增大幅度更大,总滤失量逐渐趋于不变;可采用初滤失量评价滤饼形成速率的快慢及其对微裂缝的封堵效果,采用总滤失量评价钻井液形成滤饼的致密程度。现场应用表明,优化体系使井径扩大率小于5%,该研究建立的评价方法为破碎地层封堵材料筛选提供了可靠技术手段。

     

  • 图  1  不同长度单裂缝滤纸

    图  2  滤纸缝隙宽度测试

    图  3  酸液刻蚀微裂缝加工流程

    图  4  微裂缝制备模型

    图  5  全自动影像测量仪LM-1100

    图  6  试样裂缝加工尺寸检测结果

    图  7  3D打印破碎地层典型试样圆盘模型

    图  8  高温高压微裂缝封堵评价仪

    图  9  碳酸盐岩破碎性地层薄片

    图  10  碳酸盐岩薄片扫描电镜图像

    图  11  含微裂缝金属薄片试样

    图  12  总滤失量随裂缝数量变化规律

    图  13  不同宽度裂缝高温高压初滤失量柱状图

    图  14  不同宽度裂缝高温高压总滤失量柱状图

    图  15  不同宽度裂缝高温高压差滤失量柱状图

    图  16  加有不同封堵剂的钻井液对   30 μm裂缝试样的初滤失量

    图  17  加有不同封堵剂的钻井液对30 μm裂缝的总滤失量

    表  1  破碎地层封堵效果评价方法对比

    评价方法 优势 缺陷 改进
    割缝滤纸 ①同时模拟裂缝、孔隙的封堵效果
    ②操作方便、简单、易行
    ③成本低
    ①裂缝宽度难以控制
    ②裂缝尺寸平行性差
    ③抗温能力差(<180 ℃)
    ④仅模拟裂缝表面的封堵效果
    ⑤承压能力差
    改进裂缝制备方法
    含微裂缝金属薄片 ①裂缝尺寸加工精度高
    ②操作方便、简单、易行
    ③可批量生产
    ④抗高温能力强(>200 ℃)
    裂缝数量不受限制
    ①不能同时模拟裂缝、孔隙的
    封堵效果
    ②仅模拟裂缝表面的封堵效果
    对大尺度裂缝试样
    需更换滤失仪滤网
    含多尺度裂缝PPA圆盘 ①能同时模拟裂缝、孔隙的封堵效果
    ②可模拟三维裂缝的封堵效果
    ③抗高温、承压能力强度
    ①裂缝数量少
    ②现场应用不便
    ③裂缝尺寸平行性差
    ④制作成本高
    ⑤微裂缝(<80 μm)制备难度大
    提升裂缝尺度加工精度,
    制备含三维裂缝的PPA圆盘
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    表  2  不同数量裂缝滤失量测试结果

    裂缝数量/条 裂缝宽度/μm 初滤失量/mL 总滤失量/mL
    10 30 难以测量 1.8
    20 30 难以测量 2.4
    30 30 难以测量 3.6
    40 30 难以测量 9.6
    50 30 难以测量 10.4
    60 30 难以测量 12.2
    70 30 2.8 20.0
    80 30 4.8 29.2
    下载: 导出CSV

    表  3  不同宽度裂缝高温高压滤失量测试结果

    裂缝数量/条 裂缝宽度/μm 初滤失量/mL 总滤失量/mL
    50 20 0.2 9.4
    50 30 0.4 10.4
    50 40 0.6 9.6
    50 50 1.2 13.6
    50 60 3.2 16.2
    50 70 3.6 17.0
    50 80 4.0 17.4
    50 90 8.4 18.2
    50 100 6.4 19.2
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-04-06
  • 修回日期:  2026-05-23
  • 刊出日期:  2026-10-01

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