CN105317432B - 一种研究溢漏同存发生机理的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于研究溢漏同存发生机理的试验方法，包括以下步骤：将模拟地层装入一定量模拟地层流体，将模拟井筒装入一定量钻井液；基于试验条件，通过第一限压装置、第二限压装置、第一泵、第二泵、进油阀门、泄油阀门、进液阀门及泻液阀门的打开或关闭控制模拟地层流体和钻井液的状态以模拟实际钻井过程中地层流体和钻井液的状态；基于模拟地层裂缝的显示，间隔预定时间在泄油阀门处测量钻井液的漏失量以分析溢漏同存发生机理。本发明通过设置定容和定压两种试验条件并在试验过程中改变试验参数来模拟地层流体端和钻井端的不同状态，有效减小了外界因素对实验结果的影响，操作简单，维护方便，对裂缝性地层研究由非常好的效果。
Description
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，具体地说，涉及一种研究钻遇裂缝性地层时溢漏同存现象发生机理的试验方法。
背景技术
裂缝是地层流体主要的储集空间和流通通道，裂缝性储层中的油气储量占油气储层的绝大部分，所以裂缝性地层的研究对油气田的开发非常重要。
钻遇裂缝性地层时常遇见溢漏同存现象。溢漏同存现象是指在钻遇裂缝性地层时，钻井液与地层流体由于密度差而发生重力置换作用，即钻井液进入地层裂缝与地层流体进入井筒同时发生。出现溢漏同存时处理难度大、风险大，工艺技术复杂，稍有不慎就会引发破坏性甚至灾难性的事故，所以预防和处理溢漏同存问题的相关技术成为多年来主攻的技术难点之一。
目前国内外对重力置换式溢漏同存机理问题的研究还处于探索阶段，相应的研究资料较少，其发生现象描述不清晰，其发生机理无实验验证，而其造成的钻井复杂情况却频繁发生，可导致储层内流体流通空间堵塞而破坏储层环境，同时使钻井液流体性质改变，引发事故进而造成巨大的经济损失。
基于上述情况，亟需一种研究裂缝性储层的重力置换式溢漏同存发生机理的方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种研究裂缝性储层的重力置换式溢漏同存发生机理的试验方法。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于研究溢漏同存发生机理的试验方法，包括以下步骤：
步骤一、将模拟地层装入一定量的模拟地层流体，将模拟井筒装入一定量的钻井液；
步骤二、基于试验条件，通过第一限压装置、第二限压装置、第一泵、第二泵、进油阀门、泄油阀门、进液阀门及泻液阀门的打开或关闭控制所述模拟地层中的模拟地层流体和所述模拟井筒中钻井液的状态以模拟实际钻井过程中地层流体和钻井液的状态；
步骤三、基于模拟地层裂缝的显示，间隔预定时间在所述模拟地层的泄油阀门处测量钻井液的漏失量以分析溢漏同存发生机理。
根据本发明的一个实施例，所述试验条件包括定容试验条件和定压试验条件。
根据本发明的一个实施例，如果在定容试验条件下，在步骤二中，进一步包括：
关闭模拟地层的进油阀门、泄油阀门及第一限压装置以保持模拟地层中的模拟地层流体体积不变；
保持模拟井筒的进液阀门和第二泵打开、泄液阀门和第二限压装置关闭以模拟正常钻进时钻井液的循环过程。
根据本发明的一个实施例，如果在定容试验条件下，在步骤二中，进一步包括：
关闭模拟地层的进油阀门、泄油阀门及第一限压装置以保持模拟地层中的模拟地层流体体积不变；
保持模拟井筒的进液阀门、泄液阀门及第二限压装置关闭以模拟停止钻进过程。
根据本发明的一个实施例，如果在定压试验条件下，在步骤二中，进一步包括：
关闭模拟地层的泄油阀门和模拟井筒的泄液阀门，保持模拟地层的进油阀门和第一泵打开、模拟井筒的进液阀门和第二泵打开以模拟正常钻进时钻井液的循环过程；
适当打开模拟地层的泄油阀门以保持模拟地层内部压力一定。
根据本发明的一个实施例，如果在定压试验条件下，在步骤二中，进一步包括：
关闭模拟地层的泄油阀门和模拟井筒的泄液阀门，保持模拟地层的进油阀门和第一泵打开；
关闭模拟井筒的进液阀门以模拟停止钻井过程；
适当打开模拟地层的泄油阀门以保持模拟地层内部压力一定。
根据本发明的一个实施例，如果在定压试验条件下，在步骤二中，进一步包括：
关闭模拟地层的进油阀门和泄油阀门、关闭模拟井筒的进液阀门和泄液阀门；
调节模拟地层的第一限压装置和模拟井筒的第二限压装置以使模拟地层和模拟井筒两端出现压力差。
根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述定容试验条件和定压试验条件包括试验参数改变的试验过程，其中，试验参数包括模拟地层流体参数、钻井液参数、模拟地层裂缝的裂缝宽度及测量模拟地层流体与钻井液的混合液漏失量的间隔时间。
根据本发明的一个实施例，所述间隔预定时间小于钻井液漏失量达到模拟地层裂缝的裂缝最高处所用的时间。
根据本发明的一个实施例，模拟地层产生的模拟地层流体与钻井液的混合液通过泄油阀门所在管道进入分离罐，模拟井筒产生的模拟地层流体与钻井液的混合液通过泄液阀门所在管道进入分离罐，混合液在分离罐中重力自然分离为模拟地层流体和钻井液以循环利用。
根据本发明的一个实施例，包括调节钻井液中氯化钠的浓度以实现模拟地层流体和钻井液的快速分离。
本发明带来了以下有益效果：本发明通过设置定容和定压两种试验条件并在试验过程中改变试验参数来模拟钻井过程中地层流体端和钻井端的不同状态来对溢漏同存现象的发生机理进行分析。本发明通过合理设计试验条件，有效减小了外界因素对实验结果的影响，操作简单，维护方便，对裂缝性地层研究由非常好的效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：
图1为垂直井钻遇裂缝性油藏溢漏同存示意图；
图2为本发明的一个实施例采用的模拟装置示意图；
图3为本发明的一个实施例的方法的步骤图；
其中，1、分离罐，2、第一泵，3、第二泵，4、进油阀门，5、进液阀门，6、模拟地层，7、模拟井筒，8、泄油阀门，9、泄液阀门，10、第一限压装置，11、第二限压装置，12、模拟地层裂缝。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在钻井过程中，当钻遇裂缝性储层时，由于地层流体密度小于钻井液密度，地层流体与钻井液发生重力置换作用，即发生溢漏同存现象。地层流体侵入井筒破坏了钻井液的性能，而钻井液侵入地层将堵塞地层流体的流通孔道，导致地层渗透率下降，使储层流体不能被采集。
垂直井钻遇裂缝性地层发生溢漏同存时需要具备三个条件：①地层中存在使钻井液向地层漏失的裂缝通道；②地层中能够容纳漏失钻井液的空间；③井筒压力处于重力差置换窗口。其中重力置换窗口的产生原因是：地层流体密度小于钻井液密度，地层内的垂向压力梯度小于对应井段的钻井液垂向压力梯度，钻井液在裂缝段产生的液柱压力改变了井筒与地层的压力平衡关系。当裂缝在垂向上有明显的延伸时，如高陡裂缝，才比较容易出现溢漏同存。
如图1所示为垂直井钻遇裂缝性油藏发生溢漏同存的示意图。如图所示，BD左侧代表地层流体，AG右侧代表钻井液。BD和AG上具有裂缝以让对应流体渗漏，AC为地层流体(油)与钻井液的分界线，箭头标示方向为油及钻井液的溢漏方向。其中，Pr-P张力，Pr，Pwell标注位置表示各层压力的大小关系，由上至下依次增大。
当发生溢漏同存时，井筒压力和地层压力满足Pr＜Pwell+P张力＜Pr+ρmg|AE|，即Pr-P张力＜Pwell＜Pr+ρmg|AE|-P张力。其中Pwell为裂缝底端位置对应的井筒压力，Pa；Pr为储层近井筒裂缝内压力，Pa；P张力为地层流体与钻井液的两种液体交界面张力产生的压差，单位为Pa；ρm为钻井液密度，g/cm3；ρmg|AE|为重力置换窗口，单位为Pa，其值较小，其中，|AE|为垂直深度。
如图2所示为本发明的一个实施例采用的模拟装置示意图。在本实施例中，模拟地层流体采用油，钻井液为包括氯化钠的水基钻井液。
如图2所示，分离罐1用于实时分离钻井液与油。分离罐1通过管道分别与模拟地层6和模拟井筒7连接。分离罐1通过3条管道与模拟地层6连接。其中第一管道中设置第一泵2和进油阀门4，第一泵2用于向模拟地层6提供模拟地层流体，进油阀门4用于控制该管道的通断。其中第二管道设置泄油阀门8，用于将模拟地层单元6泄露出来的油和钻井液的混合液引入分离罐1进行回收利用，同时还可以对混合液的漏失量进行测量。第三管道中设置第一限压装置10，用于控制模拟地层6内部的模拟地层流体的压力。同时分离罐1通过3条管道与模拟井筒7连接，该处3条管道的设置与模拟地层6的3条管道设置相同，一条设置第二泵3和进液阀门5，一条设置泄液阀门9，一条设置第二限压装置11。模拟地层6与模拟井筒7之间设置管道，其上设置模拟地层裂缝12。在模拟裂缝12处模拟地层6中的油和模拟井筒7中的钻井液发生溢漏同存，可以通过设置于模拟地层裂缝12中的网格标尺观察发生溢漏同存的现象。此处设置分离罐1主要用于存储模拟地层6产生的模拟地层流体与钻井液的混合液和模拟井筒7产生的模拟地层流体与钻井液的混合液，基于模拟地层流体和钻井液的重力作用自然分离为模拟地层流体和钻井液以循环利用，从而减小需要的流体用量，减小装置的体积。
通过采用图2所示的装置模拟钻井过程中地层流体端与井筒端的不同状态来分析钻井过程中的溢漏同存发生现象。试验过程可以分为以下几个步骤，如图3所示。
在步骤S001中，首先将模拟地层6装入一定量的模拟地层流体，即油，将模拟井筒7装入一定量的钻井液。此处为试验的方便，选择分别将模拟地层6充满油，模拟井筒7充满钻井液。
在步骤S002中，通过第一限压装置10、第一泵2、进油阀门4及泄油阀门8的打开或关闭控制模拟地层6中的油的状态，通过第二限压装置11、第二泵3、进液阀门5及泄液阀门9控制模拟井筒7中的钻井液的状态，通过油和钻井液的不同状态组合形成不同的试验条件来模拟实际钻井过程中地层流体和钻井液的状态。
在步骤S003中，通过模拟地层裂缝12中的网格标尺显示的模拟地层流体和钻井液的溢漏同存现象，间隔预定时间在模拟地层6的泄油阀门8处测量钻井液的漏失量来分析溢漏同存发生机理。
由于裂缝性地层发生溢漏同存和地层压力体系有着密切关系，因此，在试验之前应该对井下的地层压力体系做一个假设。①在近井地带的区域，如果井筒底部压力大于地层孔隙压力，井筒中的钻井液就会侵入地层。由于液相流体的不可压缩性，地层流体必然会流向井筒和远方地层。此时地层流体就会进入井筒，从而发生漏喷同存的情况。在只考虑地层流体在近井地带的流动，即只考虑接近井筒地带的区域，可以设为定容试验条件。②由于远处地层对接近井筒地带的流体有压力补充，假设井筒中钻井液进入地层后流向地层远端，而近井地带压力不变。此种情况下，若在地下某一深度井筒环空压力等于地层孔隙压力，由于地层流体密度低于钻井液密度，那么在该深度位置以上地层孔隙压力就会大于环空压力，使得地层流体侵入井筒，而该深度位置以下环空压力就会大于地层压力，使得井筒钻井液漏失到地层。在这种情况下，可以设为定压试验条件。
因此，根据以上两种假设将图3所示的方法分为了定容试验和定压试验两种试验条件。
以下通过定容试验条件和定压试验条件两种试验条件为例来对溢漏同存现象进行模拟并基于此来分析溢漏同存的发生机理。
在本发明的定容试验条件的一个实施例中，首先将模拟地层6充满油、模拟井筒7充满钻井液。
然后关闭模拟地层6的进油阀门4、泄油阀门8及第一限压装置10以保持模拟地层6中的模拟地层流体体积不变。
保持模拟井筒7的进液阀门5打开、第二泵3打开、泄液阀门9和第二限压装置11关闭。
通过模拟地层裂缝12上的网格标尺观察溢漏同存发生的现象，间隔预定时间在模拟地层6的泄油阀门8处钻井液的漏失量。
该试验条件用以模拟正常钻进时地层和井筒两端的一种存在状态。
在本发明的定容试验条件的另一个实施例中，首先将模拟地层6充满油、模拟井筒7充满钻井液。
关闭模拟地层6的进油阀门4、泄油阀门8及第一限压装置以保持模拟地层6中的模拟地层流体体积不变。
保持模拟井筒7的进液阀门5、泄液阀门9及第二限压装置11关闭。
通过模拟地层裂缝12上的网格标尺观察溢漏同存发生的现象，间隔预定时间在模拟地层6的泄油阀门8处测量钻井液的漏失量。
该试验条件用以模拟钻井停止钻进时地层和井筒两端的一种存在状态。
以定压试验条件为例。在本发明的定压试验条件的一个实施例中，首先将模拟地层6充满油，模拟井筒7充满钻井液。
然后关闭模拟地层6的泄油阀门8和模拟井筒7的泄液阀门9，保持模拟地层6的进油阀门8和模拟井筒7的进液阀门5打开，打开第一泵2和第二泵3用于向模拟地层6和模拟井筒7持续供液。
适当打开模拟地层6的泄油阀门8以保持模拟地层6中的压力一定。
通过模拟地层裂缝12上的网格标尺观察溢漏同存发生的现象，间隔预定时间在模拟地层6的泄油阀门8处测量钻井液的漏失量。
该试验条件模拟正常钻进时地层和井筒两端的一种存在状态。
在本发明的定压试验条件的另一个实施例中，首先将模拟地层6充满油，模拟井筒7充满钻井液。
关闭模拟地层7的泄油阀门9和模拟井筒7的泄液阀门9，同时保持模拟地层6的进油阀门4打开、第一泵2打开。
关闭模拟井筒7的进液阀门5。
适当打开模拟地层6的泄油阀门8以保持模拟地层6的压力一定。
通过模拟地层裂缝12上的网格标尺观察溢漏同存发生的现象，间隔预定时间在模拟地层6的泄油阀门8处测量钻井液的漏失量。
该试验条件模拟停止钻井过程时地层和井筒两端的一种存在状态。
在本发明的定压试验条件的再一个实施例中，首先将模拟地层7充满油，模拟井筒7充满钻井液。
关闭模拟地层6的进油阀门4及泄油阀门8、关闭模拟井筒7的进液阀门5和泄液阀门9。
调节模拟地层6的第一限压装置10和模拟井筒7的第二限压装置11以使模拟地层6和模拟井筒7两端出现压力差。此处压力差分为模拟地层6端压力大于和小于模拟井筒7端的压力两种情况。
通过模拟地层裂缝12上的网格标尺观察溢漏同存发生的现象，间隔预定时间在模拟地层6的泄油阀门8处测量钻井液的漏失量。
该试验条件模拟静压力状态下地层端和钻井液端出现压力差时的一种状态。
在以上所述的定容试验条件和定压试验条件下的试验过程中还包括改变模拟地层流体参数、钻井液参数、模拟地层裂缝的缝宽及测量钻井液漏失量间隔时间的试验过程，用以模拟地层端和钻井端在不同试验条件下的溢漏同存现象。同时在以上所述的试验过程中选择的间隔预定要时间小于钻井液的泄露量达到模拟裂缝的最高处所用的时间，否则影响两侧的溢漏过程，进而影响溢漏同存机理分析的准确性。
在以上所述的定容和定压试验过程中，为了实现模拟地层流体和钻井液的快速分离，通常通过改变钻井液中氯化钠的浓度来实现。通过试验手段改变钻井液中氯化钠的浓度来实现模拟地层流体和钻井液在10秒内实现快速分离，则选定该浓度的氯化钠溶液为对应该钻井液中氯化钠的浓度。通过模拟地层流体和钻井液的快速分离，既可以实现模拟地层流体和钻井液的分离和循环利用，也可以减少所需模拟地层流体和钻井液的循环用量，同时减小了分离罐的体积。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (11)
1.一种用于研究溢漏同存发生机理的试验方法，其特征在于，
实施所述方法采用的系统包括：
模拟地层；
模拟井筒，其与所述模拟地层之间设置有可以观察溢漏同存现象的模拟地层裂缝；
分离罐，
所述分离罐通过三条管道与所述模拟地层连接，其中第一条管道设置有第一泵和进油阀门，第二条管道设置有泄油阀门，第三条管道设置有第一限压装置；
所述分离罐通过三条管道与所述模拟井筒连接，其中第一条管道设置有第二泵和进液阀门，第二条管道设置有泄液阀门，第三条管道设置有第二限压装置，
所述方法包括以下步骤：
步骤一、将模拟地层装入一定量的模拟地层流体，将模拟井筒装入一定量的钻井液；
步骤二、基于试验条件，通过第一限压装置、第二限压装置、第一泵、第二泵、进油阀门、泄油阀门、进液阀门及泻液阀门的打开或关闭控制所述模拟地层中的模拟地层流体和所述模拟井筒中钻井液的状态以模拟实际钻井过程中地层流体和钻井液的状态；
步骤三、基于模拟地层裂缝的显示，间隔预定时间在所述模拟地层的泄油阀门处测量钻井液的漏失量以分析溢漏同存发生机理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述试验条件包括定容试验条件和定压试验条件。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，如果在定容试验条件下，在步骤二中，进一步包括：
关闭模拟地层的进油阀门、泄油阀门及第一限压装置以保持模拟地层中的模拟地层流体体积不变；
保持模拟井筒的进液阀门和第二泵打开、泄液阀门和第二限压装置关闭以模拟正常钻进时钻井液的循环过程。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，如果在定容试验条件下，在步骤二中，进一步包括：
关闭模拟地层的进油阀门、泄油阀门及第一限压装置以保持模拟地层中的模拟地层流体体积不变；
保持模拟井筒的进液阀门、泄液阀门及第二限压装置关闭以模拟停止钻进过程。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，如果在定压试验条件下，在步骤二中，进一步包括：
关闭模拟地层的泄油阀门和模拟井筒的泄液阀门，保持模拟地层的进油阀门和第一泵打开、模拟井筒的进液阀门和第二泵打开以模拟正常钻进时钻井液的循环过程；
适当打开模拟地层的泄油阀门以保持模拟地层内部压力一定。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，如果在定压试验条件下，在步骤二中，进一步包括：
关闭模拟地层的泄油阀门和模拟井筒的泄液阀门，保持模拟地层的进油阀门和第一泵打开；
关闭模拟井筒的进液阀门以模拟停止钻井过程；
适当打开模拟地层的泄油阀门以保持模拟地层内部压力一定。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，如果在定压试验条件下，在步骤二中，进一步包括：
关闭模拟地层的进油阀门和泄油阀门、关闭模拟井筒的进液阀门和泄液阀门；
调节模拟地层的第一限压装置和模拟井筒的第二限压装置以使模拟地层和模拟井筒两端出现压力差。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述定容试验条件和定压试验条件包括试验参数改变的试验过程，其中，试验参数包括模拟地层流体参数、钻井液参数、模拟地层裂缝的裂缝宽度及测量模拟地层流体与钻井液的混合液漏失量的间隔时间。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述间隔预定时间小于钻井液漏失量达到模拟地层裂缝的裂缝最高处所用的时间。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，模拟地层产生的模拟地层流体与钻井液的混合液通过泄油阀门所在管道进入分离罐，模拟井筒产生的模拟地层流体与钻井液的混合液通过泄液阀门所在管道进入分离罐，混合液在分离罐中重力自然分离为模拟地层流体和钻井液以循环利用。
11.如权利要求1～10中任一项所述的方法，其特征在于，包括调节钻井液中氯化钠的浓度以实现模拟地层流体和钻井液的快速分离。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |