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。     

裂缝内钻井液的漏失规律研究

为了揭示裂缝性漏失宏观规律和缝内微观流动特征的机理,通过室内实验研究了压差、缝宽、钻井液黏度变化时平板型光滑裂缝的漏失规律,结合CFD数值模拟分析了天然裂缝面的起伏粗糙特征对漏失的影响,讨论了影响漏失各个因素的特点。研究表明:缝宽和压差是决定漏失速率的关键因素,漏失速率对钻井液黏度的敏感程度相对较弱;裂缝面的整体起伏使其在局部对顶接触是一般裂缝形成有效流道的主要原因,而形成微裂缝有效流道的主导因素则是微凸体的分布与形态特征;天然裂缝面存在局部接触,从而引起液体流动阻力增大、流道变得更加曲折,漏失速率减小。该研究成果为裂缝性地层的漏失评价、堵漏材料优选、井漏控制提供了一定的理论依据。     

基于分形理论的粗糙裂缝钻井液漏失模型研究

当前的漏失模型均未充分考虑裂缝粗糙度对钻井液漏失的影响,对粗糙裂缝的漏失规律认识不清,反演得到的裂缝宽度误差大。为此,基于分形理论建立了二维粗糙裂缝模型,采用赫-巴模式描述了钻井液的非牛顿流变特性,采用指数方程描述了裂缝的非线性变形特征,建立了钻井液漏失模型,并采用中心差分方法对方程进行了数值求解,分析了网格尺寸、分形维数及标准差对钻井液漏失速率及累计漏失量的影响。研究结果表明,模拟网格尺寸足够大时,数值模拟结果的可靠度较高;随着标准差增大,微凸体数量增加、起伏程度提高,漏失速率及累计漏失量显著减小;分形维数对漏失的影响与裂缝面是否接触紧密相关,没有接触时影响较小,接触后随着接触面积增大影响增大。研究表明,建立的漏失模型可为认识漏失机理和反演裂缝宽度提供理论参考。      

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。      

裂缝性地层钻井液漏失动力学模型研究进展

为了有效预防和控制裂缝性地层中可能发生的井漏,需要明确钻井液漏失原因,了解钻井液漏失特征及规律,准确预测原地裂缝宽度。借鉴油藏数值模拟和试井的研究思路,通过建立钻井液漏失动力学模型,可以分析井漏的影响因素,反演裂缝宽度,诊断漏失类型,揭示漏失的特征及规律,为防漏堵漏技术研究提供新思路。综述了钻井液漏失动力学模型的研究进展,详细分析了一维径向漏失模型、一维线性漏失模型及二维平面漏失模型的优缺点,阐述了钻井液漏失模型的应用情况,指出耦合井筒压力系统的漏失模型、裂缝网络漏失模型及缝洞型地层漏失模型是今后的主要发展趋势。      

裂缝性砂岩油藏流固耦合渗流的等效介质模型

根据等效思想 ,给出了裂缝性砂岩油藏等效渗透率张量和变形场等效力学参数的计算方法 ,建立了油藏渗流和变形的等效连续介质模型 ;通过分析渗透率与应变之间的耦合关系 ,得到了裂缝性砂岩油藏流固耦合渗流计算的数学模型 ,并给出了计算方法。实例应用验证了所建模型的正确性。研究成果对认识裂缝性砂岩油藏的渗流规律有重要意义     

裂缝性漏失的桥塞堵漏钻井液技术

利用新研制的模拟裂缝封堵装置,开展了裂缝桥塞堵漏的实验研究,对比了不同形态裂缝的堵漏效果,分析了裂缝性漏失的桥塞堵漏规律.结果表明:新研制的裂缝堵漏实验装置有更好的模拟裂缝堵漏的能力,该装置模拟的裂缝具有较长的深度,实验完成后可以打开裂缝模块,观察堵漏材料在裂缝内的封堵位置和形态,探索桥接堵漏材料封堵裂缝的机理和规律;堵漏材料在裂缝“喉部”和“腰部”形成封堵段塞是堵漏成功的标志;裂缝的长度与裂缝壁面的粗糙度对堵漏效果有较大的影响.     

裂缝性砂岩油藏流--固耦合数学模型

本文考虑裂缝对砂岩油藏渗透率和岩土变形参数的影响 ,给出考虑裂缝影响下 ,油藏等效渗透率张量和等效岩土变形场参数的计算方法 ,从而建立油藏渗流和变形的等效连续介质模型。通过理论分析 ,给出渗透率与应变之间的耦合关系 ,建立油藏流固耦合的数学模型 ,并给出其计算的方法。对于认识裂缝性砂岩油藏的渗流规律有重要意义     

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。      

天然气水合物分解引起多孔介质变形流固耦合研究

水合物地层变形是天然气水合物开采安全性评价的关键参数。提出了考虑传热、水合物分解相变、多相渗流和地层变形4个物理效应的一维多孔介质中水合物降压分解数学模型,在验证该模型适用性之后进行了粉细砂多孔介质变形敏感性分析。基于基本假设可以得到以下结论：出口压强是影响多孔介质变形的主要因素,出口压强越小,多孔介质最终变形越大,且完成变形所需时间越长。环境温度和多孔介质绝对渗透率对多孔介质最终变形没有影响,但会改变多孔介质完成变形所需时间的长度。     

水力压裂裂缝三维扩展ABAQUS数值模拟研究

油井岩石的水压致裂过程是多孔介质下的流固耦合过程。建立了水力压裂流体渗流连续性方程与岩石变形应力平衡方程,引入了二次正应力裂纹起裂及临界能量释放率裂缝延伸准则,考虑流体在裂缝面横向、纵向流动,采用有限元计算软件ABAQUS中的Soil模块模拟岩石水力压裂的三维复合裂缝起裂与扩展。通过其黏结单元设定裂缝延伸方向,编写用户子程序并嵌入ABAQUS主程序中,以确定初始地应力场、渗流场、随深度变化的孔隙度及随时间变化的滤失系数。从数值模拟结果可以得到水力压裂泵注不同时刻裂缝几何形态、缝内压力分布、岩石变形及其应力分布、孔隙压力分布、压裂液滤失量以及压裂液流体特性、排量、上下隔层应力差、滤失系数等参数对裂缝几何尺寸的影响。     

裂缝性地层漏失模拟试验研究

裂缝性地层在油气田中普遍发育,由此导致漏失现象也经常发生,如何有效模拟裂缝性地层漏失是个普遍性难题。采用粒径3～5cm具有一定高度的砾石层来模拟地下裂缝性地层;试验结果表明,砾石层可以有效模拟1～2cm的裂缝。同时,利用该方法评价并优选了裂缝性地层堵漏材料,认为单一的刚性材料、纤维材料或片状材料对于裂缝性地层堵漏效果均不理想,刚性材料和纤维状材料以及片状材料复合堵漏效果比较明显。3%粗粒石灰石+3%核桃壳+3%锯末+1%云母,对1～2cm裂缝可以有效堵漏。     

缝面摩滑:深部裂缝性地层钻井液漏失加剧的新机制

针对深层裂缝性地层在初次堵漏失败后多发生漏失量更大的重复性漏失的问题,设计并进行了裂缝面间摩擦滑动(简称缝面摩滑)前后的裂缝封堵模拟试验,以钻井液环境下岩板与岩块的摩擦滑动试验、基于微压痕的岩石力学参数测试、表面三维扫描等手段为辅,分析了钻井液侵入对天然裂缝缝面摩滑的诱发作用,探讨了缝面摩滑对裂缝性储层钻井液漏失的影响...     

大孔道形成与演化过程流固耦合模拟

为描述与认识油藏大孔道的形成与演化规律,建立了一套流固耦合数学模型.该数学模型由储集层渗透率演化模型与油藏流体渗流方程耦合而成,其中储集层渗透率的变化模型为渗透率与累计线流量的关系方程,反映了大孔道的演化过程.在此基础上,开发了模型求解软件.通过对正韵律概念模型的模拟计算,得出了大孔道在地层中的形成与演化规律:随着含水率的增加大孔道逐渐发育,含水率越高,大孔道越明显;大孔道主要发育在近井地带和主流线上;大孔道在正韵律厚油层底部发育;渗透率级差越大,注水过程中越容易形成大孔道;注采不均衡性导致在注采强度较大的方向上容易形成大孔道.实际模拟了胜利孤岛油田中二中30NB20井区Ng35大孔道的形成过程和特征,相应注水井实施调剖措施的效果进一步证实了大孔道的存在及本方法的可靠性.     

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。     

碳酸盐岩储层钻井液漏失情况下流体性质识别方法研究

碳酸盐岩储层裂缝、孔洞发育,钻井过程中钻井液漏失严重,导致油气层电阻率降低,利用测井资料判别储层流体性质的难度大;对钻井液漏失的成因及钻井液漏失对电阻率的影响进行了研究,并通过对大量漏失井段的漏失量、测录井特征进行分析,总结了交会图法、泥浆电阻率法、录井气测分析法三种适用于钻井液漏失情况下的流体性质判别方法。在实际工作中将这三种方法结合,可有效地识别碳酸盐岩储层流体性质。     

异常高压气藏流固耦合的数值模拟

异常高压气藏具有比常规气藏更强的流固耦合效应,因而研究异常高压气藏流固耦合效应对于模拟气藏开采,指导气田生产具有十分重要的现实意义。为此,在气藏储层岩石应力、应变分析的基础上,结合修正的Terzaghi有效应力原理和岩石骨架本构关系,建立了异常高压气藏储层岩石骨架变形的数学模型;将固相平衡方程和流体流动方程组合,建立了异常高压气藏流固耦合模型。采用空间8节点等参元对圆柱形封闭地层进行了网格划分,基于Galerkin有限元法对流固耦合变形场、渗流场方程进行了空间域离散,并利用全隐式数值格式对半离散微分方程进行了时间域上的离散,建立了以位移和流体压力为未知变量的流固耦合有限元数值模型,并采用两场交替迭代的方法得到了控制方程在几何域上的耦合解。实例分析的结果表明,所建立的流固耦合模型比传统非耦合模型更能精确地描述异常高压气藏流体渗流与岩石变形的特征,与工程实际相符合,计算程序的精度高、可靠性强。     

钻井液漏失安全评价钻前预测研究

钻井液的漏失是由于某些不可预知的地质因素、工程因素以及人为因素所造成,这些因素无法通过数据形式进行分析。讨论了影响漏失安全的各种因素,建立了影响漏失特征的风险评估体系。影响漏失安全的因素往往是多目标的,在目标因素结构复杂,缺乏必要数据情况下,利用专家的评定,确定影响漏失指标的权重值,将不确定性的因素数量化。并以现场井进行漏失安全评价分析,结果表明该方法具有合理性与科学性,为钻前预测漏失规律安全问题提供了符合客观实际的量化模型。     

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。