CN105300865A - 一种钻井液滤饼渗透率测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井液滤饼渗透率的实验方法；在六联中压滤失仪杯中加入蒸馏水，放上标准滤纸，加压0.69MPa记录滤失量及时间，测量滤纸渗流面积，根据达西定律计算出滤纸的渗透率K_m；将钻井液倒入六联中压滤失仪杯中，放上滤饼和滤纸，加压0.69MPa，记录滤失量及时间；取出滤饼及滤纸；用不同类型的渗流流体重复上述试验；取下滤纸及滤饼，室温下放置60min，测量滤饼厚度；用PVS高温高压流变仪测出渗流流体的粘度；根据等效渗流阻力原理通过达西定律求出钻井液滤饼平均渗透率K_c；该方法适用于所有类型的钻井液以及渗流流体，操作简便，实验数据重复性好，实验结果具有对比性，与客观实际相符。

Description

一种钻井液滤饼渗透率测试方法

技术领域

本发明涉及一种钻井液滤饼渗透率测试方法。

背景技术

固井是钻井工程的关键环节，固井质量对勘探开发效益具有重要影响。然而现场实践证明，钻井液滤饼性能不仅关系到井壁稳定，而且对固井二界面的胶结质量有着较大的影响。高渗透率滤饼，不仅导致滤饼增厚，减少井径，增大钻杆扭矩，引起卡钻等事故，而且将导致大量滤液进入地层，引起严重的地层伤害，减少产能。为了减少事故与地层损害，希望得到渗透率低、薄而韧的滤饼。该发明专利专利根据达西定律设计了一种钻井液滤饼平均渗透率的测试方法，为评价钻井液滤饼质量提供了一种可行的手段，同时对于研发固井材料性能和形成新的固井工艺具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用钻井液专用设备六联中压滤失仪测试钻井液滤饼渗透率的实验方法，该方法适用于所有类型的钻井液以及渗流流体。首先在进行六联失水仪中进行滤失实验，制成钻井液滤饼后取出；然后加入渗流流体进行滤饼滤失实验；记录滤失量以及测试渗流截面积、滤饼厚度、滤纸厚度以及渗流流体粘度，通过计算得到钻井液滤饼渗透率。

实验方法建立的前提条件是假设所形成的滤饼为均质滤饼且地层渗透率恒定。

实验设备为六联中压滤失仪、PVS高温高压流变仪，滤纸为钻井液用标准滤纸符合SY/T5677-93规定。

本发明所述的钻井液滤饼渗透率的实验方法包括以下步骤：

步骤1：在六联中压滤失仪杯中加入蒸馏水，并放上钻井液用标准滤纸，加压0.69MPa进行滤失实验。记录滤失量及时间，测量滤纸渗流面积，根据达西定律计算出滤纸的渗透率K_m。

步骤2：制备钻井液滤饼，将钻井液倒入六联中压滤失仪杯中，放上滤纸，加压0.69MPa进行钻井液滤失实验，为了确保实验结果的准确性，滤失时间为定值。

步骤3：滤失实验结束后，取出滤饼及滤纸，要确保滤纸上形成滤饼的完整性。

步骤4：倒出钻井液，将滤饼及滤纸重新放入六联中压滤失仪杯中，倒入不同类型的渗流流体，加压0.69MPa进行滤失实验，记录滤失量及时间。

步骤5：实验结束后，取下滤纸及滤饼，室温下放置60min，测量钻井液滤饼厚度。

步骤6：采用PVS高温高压流变仪测出渗流流体的粘度。

步骤7：根据等效渗流阻力原理通过达西定律求出钻井液滤饼平均渗透率K_c。

所述的钻井液滤饼渗透率测试方法，所包括的步骤3、7中，达西定律计算公式为：

$Q=\frac{K}{\mathrm{\μ}}A\frac{\mathrm{\ΔP}}{L}---\left(1\right)$

Q—通过钻井液滤饼和渗流介质的流量，cm³/s

K—滤饼和渗流介质的复合渗透率，10^-3μm²

A—渗流截面积，cm²

L—两渗流截面间距离，cm

μ—液体粘度，mPa.s

ΔP—两渗流截面间的压力差(六联失水仪压力)，mPa

所述的步骤7中，根据等效渗流阻力原理通过达西定律求出钻井液滤饼平均渗透率，计算公式为：

$\frac{L_c+L_m}{K_{\mathrm{mc}}}=\frac{L_c}{K_c}+\frac{L_m}{K_m}---\left(2\right)$

K_mc—滤饼与渗流介质的复合渗透率，10^-3μm²

K_c—滤饼渗透率，10^-3μm²

K_m—渗流介质渗透率，10^-3μm²

L_c—滤饼厚度，cm

L_m—渗流介质厚度，cm

所述的钻井液滤饼渗透率测试方法，实验数据处理过程为：

按照实验步骤1，测出所用钻井液滤纸渗流面积为43.0cm²，标准滤纸厚度已知为0.015cm，滤失量为17.4cm³/s，为保证实验数值的准确性，进行5组平行实验，根据达西公式计算出滤纸渗透率K_m为9×10^-3μm²。由于滤纸为钻井液滤失实验所用标准滤纸，因此在渗流流体相同的情况下，滤纸渗透率为定值。

用等效渗流阻力原理求钻井液滤饼渗透率：从实验数据可知由于实验数据数量级相差较大，L_m数值较小，因此可以将复合渗透率K_mc数值等同于钻井液滤饼的渗透率K_c，作为最终的实验结果，为保证实验的准确性，做5～10组平行实验，取平均值。

本发明专利相比现有技术具有以下优点：

该方法采用常规设备、操作简便，实验数据重复性好，实验结果具有对比性，与客观实际相符。与在真实岩心上形成滤饼后进行测试的方法相比，消除了岩心差异带来的误差，实验数据间的可比性大大提高；与用实验室滤饼经真空冷冻干燥后用压汞法测试滤饼渗透率的方法相比，该方法消除了测试样品易破碎和测试过程繁琐的缺点，实验成功和效率大大提高。

附图说明

图1钻井液滤饼渗透率数据图

具体实施方式

①在六联中压滤失仪杯中加入蒸馏水，并放上钻井液用标准滤纸，加压0.69MPa进行滤失实验。测出滤失量为17.4cm³/s，所用钻井液滤纸面积为43.0cm²，滤纸厚度为0.015cm，进行了5组平行实验，根据达西定律计算出滤纸的渗透率平均值K_m为9×10^-3μm²，因为所用滤纸为钻井液用标准滤纸，因此渗透率为定值。

②制备水基钻井液基浆，组成为：膨润土、纯碱、蒸馏水。

③将制备好的水基钻井液基浆倒入六联中压滤失仪杯中，放上滤纸，加压0.69MPa进行钻井液滤失实验，滤失30min，记录滤失量。

④倒出钻井液，将滤饼及滤纸重新放入六联中压滤失仪杯中，倒入蒸馏水，加压0.69MPa进行滤失实验，滤失量10.6ml，滤失时间30'49"。

⑤实验结束后，取下滤纸及滤饼，室温下放置60min，测出钻井液滤饼厚度4mm。

⑥采用PVS高温高压流变仪测出蒸馏水粘度1mPa.s。

⑦根据等效渗流阻力原理通过达西定律求出钻井液滤饼平均渗透率K_c为0.060×10^-3μm²。

⑧按照上述步骤②～⑦进行10组平行实验。测得钻井液滤饼渗透率K_c(×10^-3μm²)分别为0.054、0.067、0.060、0.067、0.061、0.062、0.060、0.063、0.062、0.056，取平均值得到0.060×10^-3μm²，最大绝对误差为0.007×10^-3，表明实验数据具有较好的重复性，可以为钻井液滤饼性能的测试提供了一种可行的手段。

为了验证该测试方法的合理性，选用了不同类型钻井液体系以及渗流流体进行对比实验(如表1所示)，每组进行5次平行实验，得到滤失量以及滤饼厚度的平均值，通过计算得出滤饼渗透率数值。实验结果如表2所示，在渗流流体相同的情况下，4种钻井液体系滤饼渗透率数值明显不同，实验1测得滤饼渗透率数值最大，实验4最小。主要原因是实验1中1^#钻井液为基浆，没有加入降滤剂，为高渗透滤饼。实验4中水和4^#油基钻井液极性不同，增加了毛细管阻力，因此滤饼渗透率最小。实验结果具有对比性，与客观实际相符，表明可以利用该测试方法对钻井液滤饼质量进行优选，为提高固井质量提供指导。

表1钻井液体系组成

表2不同钻井液滤饼渗透率对比

Claims (3)

1.一种钻井液滤饼渗透率的实验方法，其特征是：

步骤1：在六联中压滤失仪杯中加入蒸馏水，并放上钻井液用标准滤纸，加压0.69MPa进行滤失实验，记录滤失量及时间，测量滤纸渗流面积，根据达西定律计算出滤纸的渗透率K_m；

步骤2：制备钻井液滤饼，将钻井液倒入六联中压滤失仪杯中，放上滤纸，加压0.69MPa进行钻井液滤失实验，为了确保实验结果的准确性，滤失时间为定值；

步骤3：滤失实验结束后，取出滤饼及滤纸，要确保滤纸上形成滤饼的完整性；

步骤4：倒出钻井液，将滤饼及滤纸重新放入六联中压滤失仪杯中，倒入不同类型的渗流流体，加压0.69MPa进行滤失实验，记录滤失量及时间；

步骤5：实验结束后，取下滤纸及滤饼，室温下放置60min，测量钻井液滤饼厚度；

步骤6：采用PVS高温高压流变仪测出渗流流体的粘度；

步骤7：根据等效渗流阻力原理通过达西定律求出钻井液滤饼平均渗透率K_c。

2.如权利要求1所述的钻井液滤饼渗透率测试方法，其特征在于，所包括的步骤3、7中，达西定律计算公式为：

Q—通过钻井液滤饼和渗流介质的流量，cm³/s

K—滤饼和渗流介质的复合渗透率，10^-3μm²

A—渗流截面积，cm²

L—两渗流截面间距离，cm

μ—液体粘度，mPa.s

ΔP—两渗流截面间的压力差，即六联失水仪压力，mPa。

3.如权利要求1所述的钻井液滤饼渗透率测试方法，其特征在于，步骤7中，根据等效渗流阻力原理通过达西定律求出钻井液滤饼平均渗透率，计算公式为：

K_mc—滤饼与渗流介质的复合渗透率，10^-3μm²

K_c—滤饼渗透率，10^-3μm²

K_m—渗流介质渗透率，10^-3μm²

L_c—滤饼厚度，cm

L_m—渗流介质厚度，cm。