裂缝性地层钻井液漏失模型及漏失规律

针对裂缝性地层钻井作业时的钻井液漏失问题,采用幂律模式钻井液,将地层中裂缝看作任意倾角、可变形、裂缝面粗糙且存在滤失的二维单条裂缝模型,引入裂缝力学开度和裂缝迂曲度参数表征裂缝面粗糙度对钻井液漏失规律的影响,推导了钻井液漏失模型,并基于该模型分析了钻井液漏失规律。研究结果表明,幂律模式钻井液的剪切稀释性会造成漏失初始阶段漏失速率的升高;钻井液漏失速率随裂缝迂曲度变大而减小,随着裂缝开度增加裂缝迂曲度对钻井液漏失速率的影响降低;初始裂缝开度、裂缝倾角、裂缝面积、裂缝长度越大,钻井液漏失速率越大;矩形裂缝的钻井液漏失速率低于正方形裂缝;裂缝面滤失综合系数越大,钻井液漏失速率越高;井眼与裂缝相交于裂缝中心位置时钻井液漏失速率最高;随着井底压差增大,钻井液漏失速率明显升高;裂缝法向刚度越高,钻井液漏失速率越小。     

基于双侧向测井的裂缝开度估算模型比较及改进

常用的基于双侧向测井的裂缝开度模型大多是针对基质物性较差的裂缝性碳酸盐岩地层提出。而裂缝性砂岩地层双侧向测井电流传播路径与裂缝性碳酸盐岩地层存在差别。结合实际资料处理,对常用的Sibbit和罗贞耀裂缝开度模型在砂岩地层中的应用效果进行了考察与分析,并对模型进行了改进。从原理上对裂缝性砂岩地层电流传播路径进行了分析,由基质孔隙与裂缝孔隙并联导电模型人手,提出了更适用于砂岩地层的双孔隙裂缝开度模型。改进后的双孔隙裂缝开度模型适用性更强,提高了双侧向测井资料计算砂岩地层裂缝开度的准确性。     

裂缝性地层钻井液漏失动力学模拟及规律

井漏是裂缝性地层钻井过程中较为常见的井下复杂情况之一,为从本质上认识漏失的发生机理,以流体动力学为基础,将钻井液看作宾汉流体,裂缝看作是表面粗糙、指数变形、存在倾角的二维单条裂缝,建立了宾汉流体在二维粗糙裂缝内漏失控制方程。运用有限单元法对漏失控制方程进行了求解,基于所建立的模型分析二维粗糙裂缝中钻井液的漏失规律。研究结果表明:裂缝越光滑,漏失速率与累积漏失量越大;裂缝倾角对漏失速率影响较小,对累积漏失量有一定的影响;裂缝面积越大,漏失速率与累积漏失量越大;裂缝长度越小,漏失速率与累积漏失量越大;裂缝宽度越大,漏失速率与累积漏失量越大;井底压差越大,漏失速率与累积漏失量增加明显;流体动切力对漏失速率影响不大,对累积漏失量有一定的影响;塑性黏度越小,漏失速率与累积漏失量越大。     

基于漏失机理的碳酸盐岩地层漏失压力模型

漏失压力预测是防漏堵漏的关键。在孔隙型或含微裂缝的砂、泥岩地层中,依据破裂压力设计钻井液安全密度上限值是比较合理的,然而在缝洞发育的碳酸盐岩地层中,往往使得钻井液设计密度值偏大。为了保障安全顺利钻井,亟需建立碳酸盐岩地层的漏失压力预测理论。基于对碳酸盐岩地层钻井液漏失机理的新认识,建立了压裂性漏失、裂缝扩展性漏失、大型裂缝溶洞性漏失的漏失压力模型。压裂性漏失主要抵抗地应力,漏失压力近似等于地层破裂压力;裂缝扩展性漏失需要抵抗地应力和地层压力,漏失压力一般小于地层破裂压力;大型裂缝溶洞性漏失只需抵抗地层压力,漏失压力一般略大于地层压力。实例分析表明,漏失压力模型科学依据更加充分,也更具针对性,预测结果与实际情况比较吻合,为合理的钻井液密度设计及防漏堵漏提供了依据。因此,建议将漏失压力纳入到钻井工程设计中。     

顺南区块裂缝性储层置换式气侵影响因素研究

塔河油田顺南区块塔中北坡奥陶系鹰山组上段属于碳酸盐岩裂缝孔洞型储层,钻进该层段时气侵现象严重,现场常采用提高钻井液密度和循环排气的方式处理气侵。为解决裂缝性储层在高密度钻井液条件下易发生漏失、循环排气方式处理时间较长等问题,对裂缝性储层置换式气侵发生时间的影响因素进行了研究。通过建立漏失速率模型与置换式气侵模型,分析了裂缝宽度、高度、长度,地层压力、压差及钻井液的黏度、密度对气侵发生时间的影响。研究发现,裂缝宽度越小、高度和长度越大,钻井液黏度越大、密度越小,以及地层压力越低、压差越大时,气侵发生时间越长。研究结果表明,现场施工中合理控制钻井液密度和压差,可以控制和减小置换式气侵速度。      

三维粗糙裂缝网络钻井液漏失流固耦合模型研究

针对现有三维裂缝性地层钻井液漏失模型未考虑粗糙裂缝网络对钻井液漏速影响的情况,建立了三维椭圆裂缝粗糙表面形貌方程,采用分形维数、高度幅值和粗糙峰叠加数量3个参数表征粗糙裂缝;建立了三维裂缝性地层钻井液漏失流固耦合力学模型,修正了粗糙裂缝中流体流动的立方定律,研究了漏失过程中储层压力和裂缝开度的变化规律。实例计算表明,分形维数和高度幅值与钻井液漏失量呈正相关关系;粗糙峰叠加数量与裂缝的平均开度、钻井液漏失量呈负相关关系,裂缝的最大开度与钻井液漏失量有显著的正相关关系。选择堵漏材料粒径时需要充分考虑裂缝表面粗糙度的影响,堵漏材料应重点在开度较大处架桥。研究成果为进一步认识钻井液在裂缝性地层的漏失规律和裂缝开度反演提供了理论基础。     

基于ABAQUS的裂缝性漏失过程动态模拟研究

裂缝性漏失最为普遍、复杂且难以解决，由于现场难以对其漏失过程进行准确预测，导致目前裂缝性漏失堵漏成功率较低。基于损伤力学原理，利用ABAQUS软件中的cohesive单元模拟漏失过程中裂缝的起裂和扩展，建立了三维地层裂缝性动态漏失模型。通过分析漏失过程中裂缝形态、井周应力及地层孔隙压力的变化情况，得到了裂缝性漏失过程的动态规律。研究结果表明，随着漏失时间的增加，裂缝的开度受扩展压力的影响先降低后逐渐增加；随着裂缝开度的增加，裂缝长度的增长幅度逐渐变缓；漏失裂缝的扩展使得裂缝开口（0°位置）附近井周压应力逐渐下降，在垂直于裂缝开口附近井周压应力逐渐增加；井周附近孔隙压力受钻井液侵入的影响，随着时间的增加逐渐增大。      

双侧向测井裂缝孔隙模型考察与改进

裂缝孔隙评价是裂缝性油(气)藏研究的内容之一.针对碳酸盐岩地层提出的基于双侧向测井的裂缝孔隙模型不适应砂岩地层基质孔、渗相对较高以及基质孔隙泥浆侵入对双侧向差异影响较大的问题,分析了裂缝性砂岩地层的双侧向测井电流传播路径,并从基质孔隙及裂缝孔隙并联导电模型人手提出了改进的双孔隙裂缝孔隙评价模型.考察各种裂缝孔隙模型的应...     

裂缝性地层H-B流型钻井液漏失流动模型及实验模拟

随着油气勘探开发逐步面向深层、超深层、深水、高温高压高含硫及多压力层系等复杂地层,井漏问题异常严峻,严重迟滞了油气勘探开发进程。因此,开展钻井液漏失诊断研究,揭示钻井液漏失动态行为及其特征,对认识井漏和优化防漏堵漏技术有重要意义。建立了二维平面裂缝H-B流型钻井液漏失流动模型,揭示了钻井液漏失动态行为及其影响因素。研究结果表明,二维平面裂缝的纵横比、裂缝面积、延伸长度、裂缝变形及裂缝面倾角越大,钻井液漏失速率及累积漏失量则越大。钻井液稠度系数及动切力越大,钻井液漏失速率及累积漏失量则越小。利用高温高压钻井液漏失动态评价仪评价了0.5 mm和1mm缝宽的平面裂缝的钻井液漏失行为,与漏失模型模拟结果整体趋势吻合,误差小于25%,表明所建二维平面裂缝钻井液漏失流动模型具有一定的合理性。     

裂缝网络地层钻井液漏失模拟

针对复杂裂缝性地层的钻井液漏失问题,基于蒙特卡罗随机建模理论,构建了三维离散裂缝网络地层模型。采用宾汉模式钻井液,建立了考虑裂缝线性变形的裂缝网络地层钻井液漏失模型,并利用有限元法求解该模型,对钻井液漏失行为进行模拟。研究表明,该模型可以进行裂缝内流速、漏失速率及漏失量等动态模拟;近井筒附近裂缝内钻井液流速较高,远离井筒处裂缝内流速较低;经过对数变换后,钻井液漏失速率曲线具有明显的无规律波动现象,与单条裂缝的漏失存在明显区别,可以用于识别裂缝网络地层;裂缝应力敏感性对漏失影响较大,考虑应力敏感性后,钻井液漏失量增加;数值模拟得到的漏失量与理论漏失量十分接近,证实模型可靠度高。现场应用表明,研究成果可有效识别出裂缝网络漏失,并以此采取了合理的堵漏技术方案,堵漏一次成功。      

深层脆性页岩井钻井液漏失机理及主控因素

四川长宁区块页岩气资源丰富,但在水平井钻井中钻井液漏失问题突出,制约了长宁区块页岩气资源勘探开发进程。基于单井测井数据与地震解释数据,建立了长宁区块页岩气地层裂缝、地应力及地层压力展布模型,研究了三者与钻井液漏失情况的响应关系。结果表明：长宁区块构造背斜高部位裂缝密度大,地层埋藏浅地应力小,闭合裂缝的开启临界压力与裂缝延伸临界压力都较小,地层孔隙压力低,钻井液漏失情况严重;构造向斜低部位裂缝密度相对于构造高部位小,地层埋藏较深地应力大,闭合裂缝的开启临界压力与裂缝延伸临界压力都较大,地层孔隙压力高,钻井液漏失情况不突出。长宁区块断层裂缝发育,钻井液漏失主要为压差性漏失和闭合裂缝扩展性漏失。研究结果揭示了长宁区块深层页岩钻井液漏失机理,明确了其主要影响因素,可为长宁区块页岩储层防漏及效益化开发提供科学依据。     

裂缝性和基质性碳酸盐岩在堵漏前后的应力敏感性研究

塔中奥陶系碳酸盐岩储层裂缝和孔隙发育,钻进过程中极易发生漏失,当采用堵漏浆进行封堵时,堵漏材料会充填裂缝和孔隙,此时不同类型碳酸盐岩的渗透率会产生不同的变化。通过试验,对比研究了裂缝性和基质性碳酸盐岩在堵漏浆浸泡处理前后的应力敏感性,同时对比分析了二者的渗透率恢复率与有效应力的关系,并从作用机理上探讨了二者应力敏感行为的差异性。研究表明,裂缝性碳酸盐岩在堵漏浆处理前后的应力敏感性都要远高于基质性碳酸盐岩。堵漏材料对孔隙和裂缝空间造成影响程度的不同,是二者渗透率随有效应力加载和卸载过程中产生明显差异的主要原因。      

麦盖提1区碳酸盐岩地层钻井漏失分析及优化

碳酸盐岩地层天然裂缝较发育,钻井时易漏失,影响钻井施工安全。漏失压力预测是防漏堵漏的关键。在孔隙型或含微裂缝的砂、泥岩地层中,依据破裂压力设计钻井液安全密度上限值是比较合理的,然而在缝洞发育的碳酸盐岩地层中,往往使得钻井液设计密度值偏大。在地应力建模和成像测井分析的基础上,利用源自斯坦福大学研究成果的Mohrfracs裂缝分析软件对麦盖提1区的碳酸盐岩地层进行了裂缝渗透性分析,模拟计算了裂缝漏失压力,并与该区钻井实际进行了对比,最终结合孔隙压力、坍塌压力的研究结果,对该区碳酸盐岩地层钻井安全密度窗提出了建议。     

克拉美丽气田火成岩天然裂缝漏失压力模型

克拉美丽气田火成岩地层发育裂缝,裂缝性地层中存在天然裂缝与孔隙或孔洞的复合结构,钻井过程中漏失压力与地层破裂压力差异较大。根据不同井段火成岩的裂缝—孔隙状态、裂缝开合、连通及充填情况,开展压力漏失机理研究,构建不同裂缝状态的漏失压力模型,依据地层孔隙压力、地应力等参数绘制分层漏失压力剖面,确定克拉美丽气田火成岩天然裂缝的压力漏失规律。研究表明,火成岩的闭合裂缝压力漏失受地应力控制,开启裂缝压力漏失受地层孔隙压力和充填状态影响。结合典型井的钻井参数,分析裂缝漏失压力在不同井轨迹下的变化规律,确定钻井液安全密度窗口,实现安全钻井。     

中东地区高孔隙度低渗透率碳酸盐岩储层测井评价技术

中东地区某油田属于裂缝-孔隙型碳酸盐岩油藏,与中国常规的碳酸盐岩储层相比,该类储层具有高孔隙度、低基质渗透率、低电阻率、储层孔隙结构复杂、孔隙类型多、非均质性强及测井响应复杂等特点,使得该类储层在裂缝识别、储层参数计算和流体性质判别等方面遇到了许多问题和困难。针对该油田高孔隙度低渗透率裂缝-孔隙型碳酸盐岩油藏测井评价中存在的问题、难点,以及中国碳酸盐岩储层测井评价中存在的一些不足,通过岩心分析、薄片资料、岩石物理实验和现场应用等资料相结合进行深入的研究,开展裂缝-孔隙型碳酸盐岩储层定性、定量评价方法和理论的研究,建立一套较为完善的高孔隙度低渗透率碳酸盐岩储层测井评价方法。     

深部裂缝性致密储层随钻堵漏材料补充时机研究

深部裂缝性致密储层地质条件复杂、天然裂缝发育,钻井液漏失风险大。加入随钻堵漏材料是预防裂缝性地层钻井液漏失、控制储层损害的重要手段。为系统研究考虑钻进过程中材料消耗的随钻堵漏材料补充时机,以塔里木盆地某深部裂缝性致密气藏为研究对象,实验评价了不同随钻堵漏材料消耗比例下的油基钻井液体系承压能力,并基于地层裂缝产状构建了随钻堵漏材料消耗率计算模型。结果表明:当材料消耗率超过15%后,随钻堵漏油基钻井液体系的封堵能力显著降低;地层裂缝宽度及倾角对随钻堵漏材料消耗率影响显著,裂缝倾角越接近90 °、裂缝宽度越大、裂缝线密度越大,材料消耗率增长越快;在确定随钻堵漏材料补充时机及补充量时,需要特别注意地层裂缝宽度及倾角变化。该计算模型在现场试验中取得了良好应用效果,对深部裂缝性致密储层高效钻井有指导意义。     

裂缝-孔隙型碳酸盐岩气藏稳态产能评价方法

针对常规气藏产能方程难以准确评价裂缝-孔隙型碳酸盐岩气藏产能的问题,利用Ka-zemi模型简化裂缝-孔隙型碳酸盐岩气藏渗流模型,根据气体在裂缝与基质层中的不同流动状态,将双重介质复杂渗流分解为基质层线性渗流与水平裂缝径向渗流,建立了综合考虑裂缝渗透率、裂缝开度、裂缝条数及窜流系数的裂缝-孔隙型碳酸盐岩气藏稳态产能方程,...     

库车山前裂缝性砂岩气层裂缝对地层渗透率的贡献率

研究了库车山前裂缝对地层渗透率的贡献率与裂缝对产量的贡献率,并给出了裂缝对地层渗透率贡献率的计算方法.根据基质渗透率与基质孔隙度关系,由测试层孔隙度得到基质渗透率,由试井得到地层的渗透率,由此研究裂缝对地层渗透率的贡献率.并得到如下认识:裂缝对产量的贡献率近似等于裂缝对地层渗透率的贡献率;库车山前裂缝性砂岩气层裂缝对地...     

超高压气藏渗流机理及气井生产动态特征

超高压气藏渗流机理不同于常规气藏,认识此类气藏开发机理,搞清气藏开采规律,是科学高效开发该类气田的关键。针对川东北地区碳酸盐岩超高压气藏地质条件,通过应力敏感实验研究了该类气藏开采过程中岩石的变形特征,确定了储层孔隙度、渗透率等参数随压力的变化关系;在此基础上,建立了考虑储层裂缝和基质变形、高速非达西流动的碳酸盐岩超高压气藏气、水两相渗流数学模型和数值模型,利用该模型研究了气井开采动态特征。研究表明:超高压碳酸盐岩气藏储层渗透率应力敏感性很强,渗透率随有效应力增加表现为明显的3段,有效应力增加小于20MPa前渗透率急剧降低,下降幅度达45%~65%;有效应力增加介于20~60MPa之间时渗透率下降幅度为20%~25%;有效应力增加大于60MPa后,渗透率基本不变;储层孔隙度对应力的敏感性小,当有效应力增加40MPa时,孔隙度损失小于10%;孔隙度和渗透率越小,岩石应力敏感性越强;岩石变形对裂缝—孔隙型超高压碳酸盐岩气藏生产影响明显,气井初期配产不能太大;建立的考虑岩石变形、高速非达西的双重介质模型能准确预测碳酸盐岩超高压气藏的开采动态。     

裂缝性碳酸盐岩微细观组构及力学性能研究

针对川西马鞍塘—雷口坡组碳酸盐岩地层多口井发生不同程度井壁坍塌和掉块的情况,开展了该地区碳酸盐岩被钻井液浸泡前后微细观组构及力学性能变化研究,分析了井壁失稳原因。结果表明：马鞍塘—雷口坡组碳酸盐岩主要以方解石和白云石为主,膨胀性能较弱;该地区碳酸盐岩微裂缝、孔洞十分发育,相对于基岩,渗透率沿裂缝发育方向有显著提高,但裂缝的存在和走向对孔隙度无明显影响;钻井液浸泡效应对碳酸盐岩的力学性能影响不是特别明显,裂缝走向及力学弱面效应对碳酸盐岩力学性能影响最为显著,当裂缝倾角为60°时力学强度降至最低。该研究为评价裂缝性碳酸盐岩井壁稳定性提供了理论依据。