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裂缝性地层钻井液的漏失规律

2020-07-28王信陈祖红尚旺涛刘贺王志彬庄伟中国石油渤海钻探泥浆技术服务公司天津30080中国石油渤海钻探第四钻井工程分公司河北任丘0655

化工管理 2020年19期
关键词:开度钻井液钻井

王信 陈祖红 尚旺涛 刘贺 王志彬 庄伟(.中国石油渤海钻探泥浆技术服务公司,天津 30080;.中国石油渤海钻探第四钻井工程分公司,河北 任丘 0655)

0 引言

裂缝型地层钻井作业过程中井漏是最为常见的,井漏给钻井企业带来巨大的经济损失,同时还可能造成钻井施工中出现卡钻、井喷、井塌等安全事故,甚至造成井眼报废,严重影响钻井施工进程。国内外专家学者针对堵漏材料、堵漏工具和堵漏工艺进行了大量的研究,对井漏进行有效控制和预防,已经实现了一系列完善的技术,并且已经对其机理研究高度重视,通过大量的实验和理论研究,已经深入的了解了钻井液漏失的规律。

随着技术水平的不断发展进步,针对裂缝型地层钻井液漏失情况,对其规律进行分析,应用现代科学技术,保障漏失规律分析结果的准确性,将裂缝变形方程钻井液流变参数、流变方程、裂缝迂曲度等相结合,对裂缝地层真实情况进行分析,根据分析检测结果,工程建设专业人员采取有针对性的处理措施,保障各结构作用的稳定性。

1 研究裂缝性地层钻井液漏失模型及漏失规律的现实意义

目前使用分形方法构建裂缝性地层钻井液漏失模型,从裂缝性地层钻井液模型中找到地质性地层裂缝面的粗糙度。要保障模型的准确度,就要在分析中使用钻井液漏失控制方程。要充分的发挥其作用,裂缝开度中应用控制方程必须满足其变形规律,才能找到漏失规律与裂缝性地层表面粗糙度的关系。

研究人员采取的最常见钻井液漏失规律分析方法为平行板模型,但是其分析结果存在一定的误差,分析的准确性不能得到保障。目前采取了多种裂缝开度对其进行科学合理的控制,在钻井液漏失模型的建立中输入重要的数据参数,体现出地层裂缝粗糙度对钻井液裂缝流体流动规律影响。

2 裂缝性地层钻井液漏失模型构建方法

通过分析图1 漏失模型示意图,可以发现,裂缝面在底层存在一个任意角矩形裂缝的情况下,渗透性相对也比较大。直角坐标系的构建是以裂缝面为基础,在这个坐标系中,裂缝的走向主要体现在水平方向X 轴上,裂缝角的倾斜度主要体现在直角坐标系的Y 轴上,这样的情况下以X 轴、Y 轴为根据,裂缝的形状可以通过X 轴Y 轴表现出来。同时井眼与裂缝面之间有着相交的关系,其中比较常见的相交位置就是裂缝角、裂缝的中心点、裂缝边界中心等。

图1 钻井液漏失裂缝模型

钻井作业中如果遇到以上漏失模型中的情况,钻井施工前期就会遇到裂缝,初始压力的数值也会发生相应的改变,井眼中的钻井液与缝内的流体在性能上、流变性上出现比较相近的数值。裂缝面与井眼之间在时间保持不变的情况下,两者之间存在相交的情况,这时候裂缝内的压力也会逐渐的升高,井内压力也会随着钻井液的增加而上升。在一些比较特殊的情况下,我们可以将钻井液当作是一种不能进行压缩处理的非流动性流体,通过构建与钻井液相对应的流变方程,对其实现减压、稀释的目的。

3 钻井液漏失规律

3.1 裂缝面的滤失性

裂缝面滤失性在井底压差相同的基础上,会逐渐的上升,这就会造成钻井液漏失的现象变得越来越严重,钻井液漏失的速率在初始阶段的时候,会有着一定程度的下降幅度。裂缝面上的钻井液在施工阶段过程中,会出现一定程度的泥饼现象,钻井液漏失的速度在这种情况下会逐渐的呈现出下降的趋势,但是下降的速率不是很快,趋近于平稳。钻井液漏失的速率在井底压差上升的情况下也会出现上升的趋势,需要采取科学合理的调整方式,来保障井底压差的合理性,目前采取的主要措施为通过提高钻井液体系的封堵性降低裂缝面的滤失量。

3.2 裂缝的几何参数

裂缝面的倾斜角从一定角度分析是不断增加的,钻井液漏失的速率也会呈现出上升的情况,对以上现象发生的原因进行分析,其中重力对钻井液流动的影响是其主要的原因之一。

钻井液漏失的速率会随着裂缝初始倾斜角的不断增加而增加。钻井液在相同压力的情况下漏失的渠道变得越来越多。裂缝面在此时如果变得越来越小,钻井液漏失的速率也会受到影响变得逐渐降低。

3.3 裂缝的迂曲度

裂缝的迂曲度主要指的就是裂缝表面的粗糙程度,裂缝表面的粗糙程度也会影响钻井液的漏失规律。以裂缝的开度进行分析,找到钻井液漏失的速率。裂缝的迂曲在裂缝处于初始开度情况下会变得越来越大,钻井液漏失速率在这时候会出现下降的情况。钻井液漏失的速率在后期漏失阶段整体出现下降,但是下降的趋势比较平缓。裂缝的迂曲度在初始裂缝逐渐增大的时候对钻井液漏失规律产生影响,漏失规律的变化会造成漏失速率幅度也发生相应的变化。因此在这种情况下,初始裂缝如果开度上出现降低的趋势,想要避免其对钻井液漏失规律产生影响,就要高度的重视裂缝迂曲度问题。

3.4 流变参数

经过对钻井液进行分析发现,裂缝中的流体流动性会对流变参数在一定程度上产生影响,其中最为明显的就是漏失速率。对钻井液漏失速率、流动指数、稠度系数等进行充分的研究分析,找到其中的关系,钻井液漏失速中间倾斜度随着漏失速率的上升也会出现增加的趋势,比较明显的就是在时间不变的基础上,影响的程度会变大。

对以上情况产生的原因进行分析,主要的影响因素就是钻井液的流动指数下降,钻井液在这种情况下会产生明显的稀释,裂缝中的流动阻力有着明显的下降趋势,在一定程度上也影响了钻井液的漏失速率。在这种情况下,钻井液的漏失速率会随着钻井液的稠度系数上升而下降,对这种现象出现的原因进行分析,其主要的原因就是钻井塑性粘度在一定程度上受到钻井液稠度系数的影响,造成钻井液粘度的增加,流动阻力在裂缝中的阻力变得越来越大。

3.5 各种参数对最终漏失的影响

裂缝内流动压力梯度随着井漏时间的增加、钻井液侵入深度的增加而逐渐的降低。裂缝内流体压力梯度在力学平衡原理的基础上,一旦小于钻井液动力切力,井漏就会停止。经过我们的研究和分析发现,裂缝宽度、裂缝高度、漏失量与压差、流型指数及动切力与漏失量有着密切关系,与钻井液的稠度系数没有关系。漏失量与动切力呈现负相关,与压差、裂缝高度、裂缝宽度平方呈现正相关,流失量随着流型指数的增加的逐渐下降。

所以影响漏失量最显著的因素就是裂缝宽度。钻井液密度在地层性质不变的前提下,适当的对钻井液切动力增加、流型指数降低,可以实现钻井液密度的下降,达到漏失量降低的目的。通常情况下裂缝性漏失比较严重,相对比较复杂,需要在不同的情况下对多裂缝、裂缝网络、诱导裂缝、复杂流体进行分析研究,找到钻井液漏失规律与特点,漏失类型及反演裂缝速度的研究主要通过开产漏失速率识别来完成。

4 结语

经过以上的分析和研究,构建了裂缝性地层钻井液漏失模型,裂缝面形状表征的显示通过建立直角坐标系来实现。必须从多方面、多角度、各种参数曲度进行事实证明,才能实现准确的对裂缝开度变化进行判断,找到影响漏失速率的因素,主要有初始裂缝开度、裂缝倾角、裂缝面积、裂缝长度、钻井液漏失速度等,针对出现的问题制定有效的解决措施。因此需要高度的重视裂缝性地层钻井液漏失规律分析,作为重点的控制对象,在目前现代化经济建设的环境下,必须缓解工程建设安全稳定的需求压力,达到工程项目施工建设质量提升的目的,促进油田企业可持续发展。

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