裂縫性地層鉆井液的漏失規(guī)律

王信 陳祖紅 尚旺濤 劉賀 王志彬 莊偉(.中國石油渤海鉆探泥漿技術(shù)服務(wù)公司，天津 30080；.中國石油渤海鉆探第四鉆井工程分公司，河北 任丘 0655)

0 引言

裂縫型地層鉆井作業(yè)過程中井漏是最為常見的，井漏給鉆井企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失，同時還可能造成鉆井施工中出現(xiàn)卡鉆、井噴、井塌等安全事故，甚至造成井眼報廢，嚴重影響鉆井施工進程。國內(nèi)外專家學(xué)者針對堵漏材料、堵漏工具和堵漏工藝進行了大量的研究，對井漏進行有效控制和預(yù)防，已經(jīng)實現(xiàn)了一系列完善的技術(shù)，并且已經(jīng)對其機理研究高度重視，通過大量的實驗和理論研究，已經(jīng)深入的了解了鉆井液漏失的規(guī)律。

隨著技術(shù)水平的不斷發(fā)展進步，針對裂縫型地層鉆井液漏失情況，對其規(guī)律進行分析，應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，保障漏失規(guī)律分析結(jié)果的準確性，將裂縫變形方程鉆井液流變參數(shù)、流變方程、裂縫迂曲度等相結(jié)合，對裂縫地層真實情況進行分析，根據(jù)分析檢測結(jié)果，工程建設(shè)專業(yè)人員采取有針對性的處理措施，保障各結(jié)構(gòu)作用的穩(wěn)定性。

1 研究裂縫性地層鉆井液漏失模型及漏失規(guī)律的現(xiàn)實意義

目前使用分形方法構(gòu)建裂縫性地層鉆井液漏失模型，從裂縫性地層鉆井液模型中找到地質(zhì)性地層裂縫面的粗糙度。要保障模型的準確度，就要在分析中使用鉆井液漏失控制方程。要充分的發(fā)揮其作用，裂縫開度中應(yīng)用控制方程必須滿足其變形規(guī)律，才能找到漏失規(guī)律與裂縫性地層表面粗糙度的關(guān)系。

研究人員采取的最常見鉆井液漏失規(guī)律分析方法為平行板模型，但是其分析結(jié)果存在一定的誤差，分析的準確性不能得到保障。目前采取了多種裂縫開度對其進行科學(xué)合理的控制，在鉆井液漏失模型的建立中輸入重要的數(shù)據(jù)參數(shù)，體現(xiàn)出地層裂縫粗糙度對鉆井液裂縫流體流動規(guī)律影響。

2 裂縫性地層鉆井液漏失模型構(gòu)建方法

通過分析圖1 漏失模型示意圖，可以發(fā)現(xiàn)，裂縫面在底層存在一個任意角矩形裂縫的情況下，滲透性相對也比較大。直角坐標系的構(gòu)建是以裂縫面為基礎(chǔ)，在這個坐標系中，裂縫的走向主要體現(xiàn)在水平方向X 軸上，裂縫角的傾斜度主要體現(xiàn)在直角坐標系的Y 軸上，這樣的情況下以X 軸、Y 軸為根據(jù)，裂縫的形狀可以通過X 軸Y 軸表現(xiàn)出來。同時井眼與裂縫面之間有著相交的關(guān)系，其中比較常見的相交位置就是裂縫角、裂縫的中心點、裂縫邊界中心等。

圖1 鉆井液漏失裂縫模型

鉆井作業(yè)中如果遇到以上漏失模型中的情況，鉆井施工前期就會遇到裂縫，初始壓力的數(shù)值也會發(fā)生相應(yīng)的改變，井眼中的鉆井液與縫內(nèi)的流體在性能上、流變性上出現(xiàn)比較相近的數(shù)值。裂縫面與井眼之間在時間保持不變的情況下，兩者之間存在相交的情況，這時候裂縫內(nèi)的壓力也會逐漸的升高，井內(nèi)壓力也會隨著鉆井液的增加而上升。在一些比較特殊的情況下，我們可以將鉆井液當(dāng)作是一種不能進行壓縮處理的非流動性流體，通過構(gòu)建與鉆井液相對應(yīng)的流變方程，對其實現(xiàn)減壓、稀釋的目的。

3 鉆井液漏失規(guī)律

3.1 裂縫面的濾失性

裂縫面濾失性在井底壓差相同的基礎(chǔ)上，會逐漸的上升，這就會造成鉆井液漏失的現(xiàn)象變得越來越嚴重，鉆井液漏失的速率在初始階段的時候，會有著一定程度的下降幅度。裂縫面上的鉆井液在施工階段過程中，會出現(xiàn)一定程度的泥餅現(xiàn)象，鉆井液漏失的速度在這種情況下會逐漸的呈現(xiàn)出下降的趨勢，但是下降的速率不是很快，趨近于平穩(wěn)。鉆井液漏失的速率在井底壓差上升的情況下也會出現(xiàn)上升的趨勢，需要采取科學(xué)合理的調(diào)整方式，來保障井底壓差的合理性，目前采取的主要措施為通過提高鉆井液體系的封堵性降低裂縫面的濾失量。

3.2 裂縫的幾何參數(shù)

裂縫面的傾斜角從一定角度分析是不斷增加的，鉆井液漏失的速率也會呈現(xiàn)出上升的情況，對以上現(xiàn)象發(fā)生的原因進行分析，其中重力對鉆井液流動的影響是其主要的原因之一。

鉆井液漏失的速率會隨著裂縫初始傾斜角的不斷增加而增加。鉆井液在相同壓力的情況下漏失的渠道變得越來越多。裂縫面在此時如果變得越來越小，鉆井液漏失的速率也會受到影響變得逐漸降低。

3.3 裂縫的迂曲度

裂縫的迂曲度主要指的就是裂縫表面的粗糙程度，裂縫表面的粗糙程度也會影響鉆井液的漏失規(guī)律。以裂縫的開度進行分析，找到鉆井液漏失的速率。裂縫的迂曲在裂縫處于初始開度情況下會變得越來越大，鉆井液漏失速率在這時候會出現(xiàn)下降的情況。鉆井液漏失的速率在后期漏失階段整體出現(xiàn)下降，但是下降的趨勢比較平緩。裂縫的迂曲度在初始裂縫逐漸增大的時候?qū)︺@井液漏失規(guī)律產(chǎn)生影響，漏失規(guī)律的變化會造成漏失速率幅度也發(fā)生相應(yīng)的變化。因此在這種情況下，初始裂縫如果開度上出現(xiàn)降低的趨勢，想要避免其對鉆井液漏失規(guī)律產(chǎn)生影響，就要高度的重視裂縫迂曲度問題。

3.4 流變參數(shù)

經(jīng)過對鉆井液進行分析發(fā)現(xiàn)，裂縫中的流體流動性會對流變參數(shù)在一定程度上產(chǎn)生影響，其中最為明顯的就是漏失速率。對鉆井液漏失速率、流動指數(shù)、稠度系數(shù)等進行充分的研究分析，找到其中的關(guān)系，鉆井液漏失速中間傾斜度隨著漏失速率的上升也會出現(xiàn)增加的趨勢，比較明顯的就是在時間不變的基礎(chǔ)上，影響的程度會變大。

對以上情況產(chǎn)生的原因進行分析，主要的影響因素就是鉆井液的流動指數(shù)下降，鉆井液在這種情況下會產(chǎn)生明顯的稀釋，裂縫中的流動阻力有著明顯的下降趨勢，在一定程度上也影響了鉆井液的漏失速率。在這種情況下，鉆井液的漏失速率會隨著鉆井液的稠度系數(shù)上升而下降，對這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因進行分析，其主要的原因就是鉆井塑性粘度在一定程度上受到鉆井液稠度系數(shù)的影響，造成鉆井液粘度的增加，流動阻力在裂縫中的阻力變得越來越大。

3.5 各種參數(shù)對最終漏失的影響

裂縫內(nèi)流動壓力梯度隨著井漏時間的增加、鉆井液侵入深度的增加而逐漸的降低。裂縫內(nèi)流體壓力梯度在力學(xué)平衡原理的基礎(chǔ)上，一旦小于鉆井液動力切力，井漏就會停止。經(jīng)過我們的研究和分析發(fā)現(xiàn)，裂縫寬度、裂縫高度、漏失量與壓差、流型指數(shù)及動切力與漏失量有著密切關(guān)系，與鉆井液的稠度系數(shù)沒有關(guān)系。漏失量與動切力呈現(xiàn)負相關(guān)，與壓差、裂縫高度、裂縫寬度平方呈現(xiàn)正相關(guān)，流失量隨著流型指數(shù)的增加的逐漸下降。

所以影響漏失量最顯著的因素就是裂縫寬度。鉆井液密度在地層性質(zhì)不變的前提下，適當(dāng)?shù)膶︺@井液切動力增加、流型指數(shù)降低，可以實現(xiàn)鉆井液密度的下降，達到漏失量降低的目的。通常情況下裂縫性漏失比較嚴重，相對比較復(fù)雜，需要在不同的情況下對多裂縫、裂縫網(wǎng)絡(luò)、誘導(dǎo)裂縫、復(fù)雜流體進行分析研究，找到鉆井液漏失規(guī)律與特點，漏失類型及反演裂縫速度的研究主要通過開產(chǎn)漏失速率識別來完成。

4 結(jié)語

經(jīng)過以上的分析和研究，構(gòu)建了裂縫性地層鉆井液漏失模型，裂縫面形狀表征的顯示通過建立直角坐標系來實現(xiàn)。必須從多方面、多角度、各種參數(shù)曲度進行事實證明，才能實現(xiàn)準確的對裂縫開度變化進行判斷，找到影響漏失速率的因素，主要有初始裂縫開度、裂縫傾角、裂縫面積、裂縫長度、鉆井液漏失速度等，針對出現(xiàn)的問題制定有效的解決措施。因此需要高度的重視裂縫性地層鉆井液漏失規(guī)律分析，作為重點的控制對象，在目前現(xiàn)代化經(jīng)濟建設(shè)的環(huán)境下，必須緩解工程建設(shè)安全穩(wěn)定的需求壓力，達到工程項目施工建設(shè)質(zhì)量提升的目的，促進油田企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。