淺談裂縫性地層鉆井液漏失模型及漏失規(guī)律

1、    淺談裂縫性地層鉆井液漏失模型及漏失規(guī)律    李曉彥 羅澤民 劉衛(wèi)東摘 要：鉆井液漏失是在裂縫性地縫結(jié)構(gòu)中鉆井作業(yè)過(guò)程中比較常見的問題之一，一旦出現(xiàn)鉆井液漏失現(xiàn)象就會(huì)直接影響鉆井作業(yè)效率，延長(zhǎng)工程進(jìn)度，為石油企業(yè)帶來(lái)一定經(jīng)濟(jì)損失。為了避免由裂縫性底層鉆井液漏失而引其一系列不必要的麻煩，有必要針對(duì)導(dǎo)致該問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行全面性分析，同時(shí)對(duì)問題發(fā)聲原理進(jìn)行建模，找出鉆井液的發(fā)生漏失問題的規(guī)律，只有這樣才能夠?yàn)槭豌@井作業(yè)的順利進(jìn)行提供更多保障。此次筆者就專門針對(duì)裂縫性地層鉆井液漏失模型及漏失規(guī)律展開了一系列探討，以備相關(guān)人士參考。關(guān)鍵詞：裂縫性地層；

2、鉆井液漏失；模型；規(guī)律引言：在石油行業(yè)鉆井作業(yè)過(guò)程中，如果鉆井液經(jīng)由裂縫而進(jìn)入地層當(dāng)中會(huì)引發(fā)一系列事故問題，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致井噴事故以及井體結(jié)構(gòu)坍塌等，對(duì)工作人員的生命安全造成了極大的隱患，同時(shí)，針對(duì)裂縫性地層漏液?jiǎn)栴}進(jìn)行處理也進(jìn)一步增加了作業(yè)成本的投入。一般多采取橋接材料堵漏、靜止堵漏、以及無(wú)機(jī)膠凝物質(zhì)堵漏等，隨著科技的不斷發(fā)展，漏失控制技術(shù)也得到了逐步完善與升級(jí)，但是實(shí)際應(yīng)用效果仍有一定的提升空間。1.探究裂縫性地層鉆井液漏失模型及漏失規(guī)律的必要性目前我國(guó)石油行業(yè)通常采用分形手段建立裂縫性地層鉆井液漏失模型，以此將其表層的粗糙程度更加直觀的表示出來(lái)。在進(jìn)行分析的過(guò)程中要通過(guò)相應(yīng)方程式的

3、計(jì)算確保各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確性。在應(yīng)用控制方程進(jìn)行計(jì)算之前一定要確認(rèn)裂縫的開度滿足變形規(guī)律需求，從而對(duì)裂縫地層的表面粗糙程度是否會(huì)對(duì)漏失規(guī)律產(chǎn)生影響而做出合理判斷。但是在技術(shù)人員通過(guò)平板模型對(duì)鉆井液漏失規(guī)律展開實(shí)際研究時(shí)，所得出的結(jié)果往往都會(huì)產(chǎn)生一定的誤差現(xiàn)象，最終使整個(gè)分析結(jié)果失去準(zhǔn)確性。在這種情況下，技術(shù)人員需要采取有效措施對(duì)誤差現(xiàn)象進(jìn)行控制，針對(duì)不同的裂縫開度給與相應(yīng)的定義，將所得的準(zhǔn)確參數(shù)作為裂縫性地層鉆井液漏失建模的重要依據(jù)，繼而將裂縫表層粗糙度對(duì)鉆井液縫內(nèi)流體流動(dòng)的規(guī)律全面體現(xiàn)出來(lái)1。2.當(dāng)前裂縫性地層鉆井液漏失建模的主要手段當(dāng)工作人員在地層環(huán)境中進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，出現(xiàn)一條處于任意傾角狀態(tài)

4、的矩形裂縫，并且該裂縫的表層表現(xiàn)出明顯的滲透性特點(diǎn)，如下圖1。該模型的建立是沿著裂縫表層先創(chuàng)建一個(gè)直角坐標(biāo)系，其中的x 軸代表水平方向，而此裂縫的走向也與x 軸的方向相一致。其中的y軸代表順著裂縫傾角的方向。此裂縫結(jié)構(gòu)的夾角為。途中的lx 及l(fā)y表示順著x、y軸方向的裂縫長(zhǎng)度，其值即為裂縫面形狀的表征。在著手建模操作的時(shí)候，應(yīng)在鉆進(jìn)部分尚未到達(dá)裂縫地層之前先將其中初始?jí)毫χ狄暈閜i，同時(shí)將裂縫結(jié)構(gòu)中鉆井液的性質(zhì)和流變性視為相同狀態(tài)，在這種情況下，如果t值為0，裂縫表層與井眼就會(huì)相交，而這時(shí)候鉆井液會(huì)快速流入裂縫當(dāng)中，繼而使裂縫結(jié)構(gòu)中的壓力和井體結(jié)構(gòu)中的壓力上升至同一水平2。在研究流變部分內(nèi)容的

5、時(shí)候，工作人員需將已經(jīng)流入地層中的鉆井液視為無(wú)法進(jìn)行壓縮的非牛頓流體物質(zhì)，從而賦予其剪切稀釋性的特點(diǎn)。這時(shí)，如果鉆井液屬于冪律流體物質(zhì)，呢么對(duì)應(yīng)的方程即為：t=kyn通過(guò)裂縫變形控制放程實(shí)施鉆井液漏失建模的過(guò)程中一定要假設(shè)裂縫是以可變性的狀態(tài)存在的，因此裂縫的開度就會(huì)隨著結(jié)構(gòu)中壓力的動(dòng)態(tài)變化情況而產(chǎn)生相應(yīng)的變化。如果裂縫相交于地層鉆井眼，那么鉆井液必然會(huì)進(jìn)入裂縫當(dāng)中，繼而將原本作業(yè)條件下的壓力環(huán)境就會(huì)發(fā)生改變，與此同時(shí)裂縫的開度也會(huì)隨之改變。通過(guò)一系列分析發(fā)現(xiàn)該過(guò)程中出現(xiàn)的變形和線性方程之間存在很大的練習(xí)，所以，可以應(yīng)用以下公式將裂縫和鉆井作業(yè)壓力二者之間的線性關(guān)聯(lián)體現(xiàn)出來(lái)：wh=wh0+（p

6、-pi）/kn。3.對(duì)裂縫性地層鉆井液的漏失規(guī)律的研究如果想要通過(guò)井底環(huán)境壓力差來(lái)表示井內(nèi)壓力與縫內(nèi)初始?jí)毫Φ牟钪?，可以利用井?nèi)的壓力參數(shù)對(duì)井底部分的壓力差進(jìn)行有效控制。在分析裂縫結(jié)構(gòu)內(nèi)流通流動(dòng)規(guī)律時(shí)，鉆井液流變參數(shù)是必須掌握的。下圖2中所表示的就是冪律模式鉆井液流動(dòng)特性指數(shù)、稠度系數(shù)對(duì)鉆井液漏失速率的影響。通過(guò)對(duì)下圖的分析可以發(fā)現(xiàn)，一旦鉆井液流動(dòng)特性指標(biāo)降低，那么鉆井液的漏失速度峰值就會(huì)隨著逐步增加，同時(shí)速率曲線下降幅度也更加明顯，最終在速率曲線末端達(dá)到峰值。這是由于裂縫地層鉆井液剪切稀釋效應(yīng)與流動(dòng)特性成負(fù)相關(guān)，裂縫中鉆井液流動(dòng)阻力的變化得到了有效控制，最終使鉆井液的漏失效率變大。正如下圖所

7、示，在鉆井液的粘稠度升高的情況下，鉆井作業(yè)過(guò)程中液體漏失速率峰值會(huì)隨之降低。這是因?yàn)橄禂?shù)的變化直接關(guān)系著鉆井液的粘稠度，繼而使鉆井液流動(dòng)阻力發(fā)生相應(yīng)變化，進(jìn)一步增加了裂縫地層鉆井作業(yè)的操作難度。而裂縫迂曲度主要用于體現(xiàn)對(duì)鉆井液漏失速率的影響。在裂縫初始開度處于統(tǒng)一情況的時(shí)候，裂縫的迂曲程度增加，對(duì)應(yīng)的鉆井液漏失效率就會(huì)降低。在漏失初始階段，鉆井液的漏失速率會(huì)顯示出迅速下降的趨勢(shì)，一直降低到漏失末段的穩(wěn)定狀態(tài)。所以，在裂縫開度較小的情況下一定要注意裂縫表層粗糙度因素對(duì)鉆井液漏失速率產(chǎn)生的影響。結(jié)語(yǔ)：從上文的分析中我們可以看出，現(xiàn)階段針對(duì)裂縫性地層鉆井液漏失模型及漏失規(guī)律展開深入行研究對(duì)于石油開采作業(yè)的順利進(jìn)行具有重要的意義。但是由于我國(guó)石油行業(yè)起步相對(duì)較晚，在此方面的研究尚不夠成熟，因此，技術(shù)人員還需加強(qiáng)探索與實(shí)踐，發(fā)揮自身發(fā)散性思維與創(chuàng)新精神，對(duì)所有影響因素進(jìn)行充分考慮與分析，保障所得參數(shù)的準(zhǔn)確性，完成裂縫性地層鉆井液漏失模型的快速、準(zhǔn)確建立，以此對(duì)漏失規(guī)律展開更加全面而細(xì)致性的分析，從而確保石油資源開采工作的穩(wěn)定、高效進(jìn)行。參考文獻(xiàn)：1李大奇，劉四海，康毅力，張浩.天然裂縫性地層鉆