CN109083630A - 一种用于评价钻井液封堵性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于评价钻井液封堵性能的方法，涉及钻井液封堵性能评价技术领域，使用高强度透明硬管外衬加热套筒模拟井筒，以不同粒径重晶石、石英砂和碳酸钙根据实际渗透率需要复配混合辅以辅助材料制得渗透率已知的模拟地层，封闭整套装置后加热至指定温度后，加压测得水对模拟地层渗透率k₁，重复上述步骤得到封堵钻井液对模拟地层渗透率k₂，计算即得渗透率降低率k_r；本发明解决了如何在保证提高封堵钻井液评价准确性以及评价方法实用范围广的基础上，显著降低评价成本，应用前景广阔。

Description

一种用于评价钻井液封堵性能的方法

技术领域

本发明属于钻井液封堵性能评价技术领域，具体涉及一种用于评价钻井液封堵性能的方法。

背景技术

在现场钻井施工过程中，无论是油井或者气井在钻遇空隙较大地层时均会出现不同程度漏失现象。处理此类漏失通常加入一些随钻、单封等堵漏材料，但现场施工中入井的材料没有量化标准，各种材料间的比例随机变动且材料粒径和种类搭配未经过系统科学研究，以致在现场施工中尽管加入很多堵漏材料但效果较差，造成成本增加及影响钻井进度。

在室内对钻井液的封堵能力评价，可提高现场应用的可靠性和针对性。目前，国内评价钻井液封堵性能的方法有很多种。如一种高温高压动态失水仪，使用的是人造岩心，其一次性导致实验成本较高。又如采用高温高压滤失仪测定钻井液的滤失量来评价其封堵性，该方法无对照例，不能充分说明所达到的封堵具体效果如何。又如一种使用岩心渗透率仪器评价封堵率的方法，该方法所使用仪器贵重，且操作环境要求高。又如使用岩心切片机制作模拟地层用以评价封堵性能，该方法使用现成的岩心，导致其渗透率单一，无法进行多组评价比较，适用范围受限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于评价钻井液封堵性能的方法，解决了如何在保证提高封堵钻井液评价准确性以及评价方法实用范围广的基础上，显著降低评价成本的问题，应用前景广阔。

为了达到上述的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于评价钻井液封堵性能的方法，包括以下步骤：

S1、获取拟评价地层的渗透率k和温度值t；

S2、准备透明的模拟井筒，将多种粒径的填充材料与辅助材料充分混匀后，装入模拟井筒中，压实，得到圆柱体形状的初级模拟地层，所述模拟井筒以及设置在模拟井筒内的初级模拟地层构成初级模拟地层井筒，所述初级模拟地层与模拟井筒的体积比为0.2～0.4:1；

S3、将S2得到的初级模拟地层井筒垂直固定，从其上端口加入水，封闭上端口，并对初级模拟地层井筒加热至温度值t，对初级模拟地层井筒中初级模拟地层以上的封闭空间加压至压力值P，保持温度和压力不变，测试单位时间内的水滤失体积，根据单位时间内的水滤失体积计算得到初级模拟地层水渗透率k₁′，所述温度值t为20～230℃，压力值p为0.69～6.55MPa；

S4、比较k₁′值与k值的大小，若k₁′值大于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中小粒径的填充材料的占比；若k₁′值小于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中大粒径的填充材料的占比；

S5、重复步骤S2-S4，直到k₁′值等于k值，得到与拟评价地层具有相同水渗透率的模拟地层井筒，所述模拟地层井筒中的模拟地层的水渗透率以k₁表示，则k₁＝k；

S6、将S5得到的模拟地层井筒内剩余的水倒掉，并从其上部倒入封堵钻井液，封闭上端口，并对模拟地层井筒加热至S3相同的温度值t，对模拟地层井筒中模拟地层以上的封闭空间加压至S3相同的压力值P，保持温度和压力不变，测试单位时间内的封堵钻井液滤失体积，根据单位时间内的封堵钻井液滤失体积计算得到模拟地层封堵钻井液渗透率k₂；

S7、根据k₁和k₂，计算得到模拟地层渗透率降低率k_r；

S8、根据模拟地层渗透率降低率k_r值大小，对封堵钻井液封堵性能进行评价。

初级模拟地层(或模拟地层)与模拟井筒的体积比为0.2～0.4:1，使模拟井筒的中有足够的剩余空间用于装入水或钻井液，并进行加压；

所述单位时间内的水滤失体积为模拟井筒上部注入氮气加压后，单位时间内，从模拟地层下部流出的水体积；所述单位时间内的封堵钻井液滤失体积为模拟井筒上部注入氮气加压后，单位时间内，从模拟地层下部流出的封堵钻井液体积。通过在模拟井筒底部用量具收集液体并读数即可获取。

需要说明的是，在步骤S1中，无法一次性准确获得具有特定渗透率(即拟评价地层的渗透率)的模拟地层，可以按随意比例进行混合，只要在多次重复步骤S2-S4后，多次调整填充材料的粒径比例(但填充材料的总体积是不变的，也就是说初级模拟地层的体积是保持不变的，与最终得到的模拟地层的体积一样)，获得准确的具有特定渗透率(即拟评价地层的渗透率)的模拟地层所需要的填充材料比例，从而获得模拟地层，即可；当然，作为本领域的技术人员，也可以根据以往实验经验在步骤S1中进行初步的预估计，以获得更为接近的首次填充材料比例，从而减少重复步骤S2-S4的次数。

对于一般的实验设备是不可能承受真实地层压力，即使能达到，其试验危险性太大，因此，在实验室，为满足实验室模拟需要，根据中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5377-2013<钻井液参数测试仪器技术条件>中5.2节关于工作压力与温度的规范，将本发明所涉及方法中的压力值与温度值设定为：温度值t为20～230℃，压力值p为0.69～6.55MPa。

进一步的是，步骤S1中，拟评价地层的渗透率k和温度t从该拟评价地层的地质勘探资料中直接查阅获取，作为已知的参数使用。地质勘探资料一般指测井资料。

进一步的是，所述填充材料包括重晶石、石英砂和/或石灰石粉；所述辅助材料包括凝胶、甘油和/或聚乙烯醇。填充材料为惰性材料，可准确的模拟地层多种孔隙情况，且不会或极难与钻井液发生化学反应，避免产生其它产物，对封堵评价效果产生影响。

进一步的是，所述模拟井筒由承压能力在10MPa以上的透明PVC硬管制成，其容积为1100～1300cm³；所述填充材料体积为300cm³～400cm³；倒入水或封堵钻井液的体积为450cm³～550cm³；所述辅助材料与填充材料的体积比为1～10:100。辅助材料比例大，封堵部分空隙，影响模拟地层的孔隙度，辅助材料比例小，使填充材料间粘合效果差，模拟地层的压实效果受影响，因此合适的辅助材料与填充材料的体积比，可在保证模拟地层压实效果的基础上，不影响评价效果。采用高强度透明硬管可仿真模拟井筒，便于各个方向上观察渗流情况，辅助指导对填充材料粒径比例的调整，且能快速的采集对模拟地层的的结构和尺寸参数，进行渗透率的计算。

进一步的是，所述填充材料包括n₁、n₂、n₃和n₄四种粒径，n₁＝1700～4750um，n₂＝380～830um，n₃＝120～150um，n₄＝11～18um；n₁、n₂、n₃和n₄的体积比为：1～4:2～3:2～3:1～4。以适应目前行业主流地层模拟的需要。不同的粒径的颗粒混匀压实可精确的形成需要的模拟地层。

需要说明的是，这里的填充材料的四种粒径，实质上四种粒径范围，是以一个粒径范围来进行划分，用以区分粒径级别。

进一步的是，步骤S3和S6中，加压的方式为从初级模拟地层井筒或模拟井筒上部注入氮气加压。氮气为惰性气体，不会与钻井液或水发生反应，从而不会影响实验效果。

进一步的是，所述渗透率k₁′、k₁和k₂的计算公式为：

其中，q₁′为单位时间内的初级模拟地层的水滤失体积，q₁为单位时间内的模拟地层的水滤失体积，q₂为单位时间内的模拟地层的封堵钻井液滤失体积；l为初级模拟地层或模拟地层平均厚度；μ₁为水粘度，μ₂为封堵钻井液粘度；A为初级模拟地层或模拟地层表面积；Δp为初级模拟地层或模拟地层上下压差，模拟地层上部压力为p，下部压力为标准大气压。

由于井筒下部是开放式的，下部压力为标准大气压，因此，Δp＝p-p₀，p₀表示1个标准大气压。

进一步的是，所述步骤S7中，渗透率降低率k_r的计算公式为：

k_r＝(k₁-k₂)/k₁

其中，k₁为水模拟地层渗透率，k₂为封堵钻井液对模拟地层渗透率。

进一步的是，所述步骤S8中，k_r值越大，封堵钻井液的封堵性能越差，反之，封堵性能越好。

用于实现本发明的装置的具体结构可以有多种，只要能实现本发明方法的步骤和目的即可。如图1所示，其中一种结构包括：垂直固定的高强度透明PVC硬管，硬管内固定一个用于支撑模拟地层的高强度孔板，孔板由孔板支撑环支撑固定，模拟地层固定在高强度孔板上；硬管上端通过加压接口连接氮气加压装置，用于加压，硬管下端用量筒在出液口收集从模拟地层渗透下来的滤液(水或封堵钻井液)，硬管外侧可拆卸包裹加热套筒，用于加热。

本发明的有益效果是：

1、与现有技术相比，本发明使用不同粒径的填充材料和辅助材料模拟真实地层，调整粒径比例即可快捷实现对不同地层的准确模拟，适用范围广，操作简单，且模拟效果好，仿真性高，可提高对封堵钻井液封堵性能的评价准确性，且显著减低评价成本。

2、与现有技术相比，该装置使用透明的PVC硬管作为模拟井筒，便于对渗流过程的直观观察，指导模拟地层的粒径比例的调整和钻井液配方的调整，一般经过4～6次调整，即可获得准确的填充材料配方，从而获得想要的模拟地层，以加快评价速度，节约成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1用于本发明方法的实施例的一种实验装置的局部剖面图；

图2本发明方法的流程图；

图中：1、模拟井筒；2、高强度孔板；3、模拟地层；4、加压接口；5、出液口；6、加液口；7、加热套筒；8、水或封堵钻井液；9、孔板支撑环。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施例对本发明作进一步阐述，但并不是对本发明保护范围的限制。

实施例1：

在本实施例中，使用如图1所示的实验装置，完成一种用于评价钻井液封堵性能的方法，包括以下步骤：

S1、通过测井资料查阅获取拟评价地层的渗透率k＝15mD和温度值t＝20℃；

S2、以承压能力10MPa的透明PVC硬管作为模拟井筒1，将填充材料与辅助材料充分混匀后，装入模拟井筒1中，压实，得到圆柱体形状的初级模拟地层，所述模拟井筒以及设置在模拟井筒内的初级模拟地层构成初级模拟地层井筒；

模拟井筒1容积为1100cm³；所述填充材料体积为300cm³；所述辅助材料与填充材料的体积比为1:100；填充材料包括1700～4750um的石英砂、380～830um的石灰石粉、120～150um的重晶石粉和11～18um的石灰石粉；辅助材料为凝胶；

S3、将初级模拟地层井筒垂直固定，并从模拟井筒1上部的加液口6缓慢倒入450cm³水，封闭模拟井筒1加液口6，并加热至拟评价地层的温度值20℃后，从模拟井筒1上部的加压接口4注入氮气加压至0.69MPa，保持温度和压力不变，测试单位时间内的水滤失体积，根据单位时间内的水滤失体积计算得到初级模拟地层水渗透率k₁′；

S4、比较k₁′值与k值的大小，若k₁′值大于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中小粒径的填充材料的占比；若k₁′值小于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中大粒径的填充材料的占比；

S5、经过4次重复后，k₁′值等于k值，得到与拟评价地层具有相同水渗透率的模拟地层井筒，所述模拟地层井筒中的模拟地层2的水渗透率k₁＝k₁′＝15mD；填充材料体积比n₁(1700～4750um的石英砂)：n₂(380～830um的石灰石粉)：n₃(120～150um的重晶石粉)：n₄(11～18um的石灰石粉)＝4:3:2:1；

S6、将S4得到的模拟地层井筒内剩余的水倒掉，从模拟井筒1上部的加液口6倒入封堵钻井液450cm³，封闭模拟井筒1加液口6，并加热至拟评价地层温度值20℃后，从模拟井筒1上部的加压接口4注入氮气加压至0.69MPa，保持温度和压力不变，测试单位时间内的封堵钻井液滤失体积，根据单位时间内的封堵钻井液滤失体积计算得到模拟地层封堵钻井液渗透率k₂＝8mD；

S7、根据k₁和k₂，计算得到模拟地层2渗透率降低率k_r＝46.67％；

S8、根据模拟地层2渗透率降低率k_r值大小，对封堵钻井液封堵性能进行评价。

在本实施例中，所述渗透率k₁′、k₁和k₂的计算公式为：

其中，q₁′为单位时间内的初级模拟地层的水滤失体积，q₁为单位时间内的模拟地层的水滤失体积，q₂为单位时间内的模拟地层的封堵钻井液滤失体积；l为初级模拟地层或模拟地层平均厚度；μ₁为水粘度，μ₂为封堵钻井液粘度；A为初级模拟地层或模拟地层表面积；Δp为初级模拟地层或模拟地层上下压差，模拟地层上部压力为p，下部压力为标准大气压。

由于井筒下部是开放式的，下部压力为标准大气压，因此，Δp＝p-p₀，p₀表示1个标准大气压。

渗透率降低率k_r的计算公式为：

k_r＝(k₁-k₂)/k₁

其中，k₁为水模拟地层渗透率，k₂为封堵钻井液对模拟地层渗透率。

实施例2：

如图1所述，在本实施例中，一种用于评价钻井液封堵性能的方法，包括以下步骤：

S1、通过测井资料查阅获取拟评价地层的渗透率k＝5mD和温度值t＝230℃；

S2、以承压能力10MPa的透明PVC硬管作为模拟井筒1，将填充材料与辅助材料充分混匀后，装入模拟井筒1中，压实，得到圆柱体形状的初级模拟地层，所述模拟井筒以及设置在模拟井筒内的初级模拟地层构成初级模拟地层井筒；

模拟井筒1的容积为1300cm³；所述填充材料体积为400cm³；所述辅助材料与填充材料的体积比为1:10；填充材料包括1700～4750um的石英砂、380～830um的石灰石粉、120～150um的重晶石粉和11～18um的石灰石粉；辅助材料为甘油；

S3、将初级模拟地层井筒垂直固定，并从模拟井筒1上部的加液口6缓慢倒入550cm³水，封闭模拟井筒1加液口6，并加热至拟评价地层的温度值230℃后，从模拟井筒1上部的加压接口4注入氮气加压至6.55MPa，保持温度和压力不变，测试单位时间内的水滤失体积，根据单位时间内的水滤失体积计算得到初级模拟地层水渗透率k₁′；

S4、比较k₁′值与k值的大小，若k₁′值大于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中小粒径的填充材料的占比；若k₁′值小于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中大粒径的填充材料的占比；

S5、经过6次重复后，k₁′值等于k值，得到与拟评价地层具有相同水渗透率的模拟地层井筒，所述模拟地层井筒中的模拟地层2的水渗透率k₁＝k₁′＝5mD；填充材料体积比n₁(1700～4750um的石英砂)：n₂(380～830um的石灰石粉)：n₃(120～150um的重晶石粉)：n₄(11～18um的石灰石粉)＝3:3:2:2；

S6、将S4得到的模拟地层井筒内剩余的水倒掉，从模拟井筒1上部的加液口6倒入封堵钻井液550cm³，封闭模拟井筒1加液口6，并加热至拟评价地层温度值230℃后，从模拟井筒1上部的加压接口4注入氮气加压至6.55MPa，保持温度和压力不变，测试单位时间内的封堵钻井液滤失体积，根据单位时间内的封堵钻井液滤失体积计算得到模拟地层封堵钻井液渗透率k₂＝2.6mD；

S7、根据k₁和k₂，计算得到模拟地层2渗透率降低率k_r＝48.00％；

S8、根据模拟地层2渗透率降低率k_r值大小，对封堵钻井液封堵性能进行评价。

在本实施例中，所述渗透率k₁′、k₁和k₂的计算公式为：

其中，q₁′为单位时间内的初级模拟地层的水滤失体积，q₁为单位时间内的模拟地层的水滤失体积，q₂为单位时间内的模拟地层的封堵钻井液滤失体积；l为初级模拟地层或模拟地层平均厚度；μ₁为水粘度，μ₂为封堵钻井液粘度；A为初级模拟地层或模拟地层表面积；Δp为初级模拟地层或模拟地层上下压差，模拟地层上部压力为p，下部压力为标准大气压。

由于井筒下部是开放式的，下部压力为标准大气压，因此，Δp＝p-p₀，p₀表示1个标准大气压。

渗透率降低率k_r的计算公式为：

k_r＝(k₁-k₂)/k₁

其中，k₁为水模拟地层渗透率，k₂为封堵钻井液对模拟地层渗透率。

实施例3：

如图1所述，在本实施例中，一种用于评价钻井液封堵性能的方法，包括以下步骤：

S1、通过测井资料查阅获取拟评价地层的渗透率k＝5mD和温度值t＝150℃；

S2、以承压能力10MPa的透明PVC硬管作为模拟井筒1，将填充材料与辅助材料充分混匀后，装入模拟井筒1中，压实，得到圆柱体形状的初级模拟地层，所述模拟井筒以及设置在模拟井筒内的初级模拟地层构成初级模拟地层井筒；

模拟井筒1的容积为1200cm³；所述填充材料体积为350cm³；所述辅助材料与填充材料的体积比为1:20；填充材料包括1700～4750um的石英砂、380～830um的石灰石粉、120～150um的重晶石粉和11～18um的石灰石粉；辅助材料为聚乙烯醇；

S3、将初级模拟地层井筒垂直固定，并从模拟井筒1上部的加液口6缓慢倒入500cm³水，封闭模拟井筒1加液口6，并加热至拟评价地层的温度值100℃后，从模拟井筒1上部的加压接口4注入氮气加压至3.5MPa，保持温度和压力不变，测试单位时间内的水滤失体积，根据单位时间内的水滤失体积计算得到初级模拟地层水渗透率k₁′；

S4、比较k₁′值与k值的大小，若k₁′值大于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中小粒径的填充材料的占比；若k₁′值小于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中大粒径的填充材料的占比；

S5、经过5次重复后，k₁′值等于k值，得到与拟评价地层具有相同水渗透率的模拟地层井筒，所述模拟地层井筒中的模拟地层2的水渗透率k₁＝k₁′＝0.15mD；填充材料体积比n₁(1700～4750um的石英砂)：n₂(380～830um的石灰石粉)：n₃(120～150um的重晶石粉)：n₄(11～18um的石灰石粉)＝1:2:3:4；

S6、将S4得到的模拟地层井筒内剩余的水倒掉，从模拟井筒1上部的加液口6倒入封堵钻井液500cm³，封闭模拟井筒1加液口6，并加热至拟评价地层温度值100℃后，从模拟井筒1上部的加压接口4注入氮气加压至3.5MPa，保持温度和压力不变，测试单位时间内的封堵钻井液滤失体积，根据单位时间内的封堵钻井液滤失体积计算得到模拟地层封堵钻井液渗透率k₂＝0.07mD；

S7、根据k₁和k₂，计算得到模拟地层2渗透率降低率k_r＝53.33％；

S8、根据模拟地层2渗透率降低率k_r值大小，对封堵钻井液封堵性能进行评价。

本实施例中，所述渗透率k₁′、k₁和k₂的计算公式为：

其中，q₁′为单位时间内的初级模拟地层的水滤失体积，q₁为单位时间内的模拟地层的水滤失体积，q₂为单位时间内的模拟地层的封堵钻井液滤失体积；l为初级模拟地层或模拟地层平均厚度；μ₁为水粘度，μ₂为封堵钻井液粘度；A为初级模拟地层或模拟地层表面积；Δp为初级模拟地层或模拟地层上下压差，模拟地层上部压力为p，下部压力为标准大气压。

由于井筒下部是开放式的，下部压力为标准大气压，因此，Δp＝p-p₀，p₀表示1个标准大气压。

渗透率降低率k_r的计算公式为：

k_r＝(k₁-k₂)/k₁

其中，k₁为水模拟地层渗透率，k₂为封堵钻井液对模拟地层渗透率。

对比例1：

本对比例为钻井液领域实验室常用封堵性能评价砂床法，具体地，包括以下步骤：

已知拟评价地层的渗透率k＝15mD；

S1、对GGS71-A型高温高压失水仪稍做改装，仅换上量程较小精度更精确的压力表；

S2、称取200g粒径为10um的砂粒倒入失水仪釜体中；

S3、摇动失水仪釜体直到砂面平整规则；

S4、倒入500cm³清水，盖上釜体盖密封；

S5、加热至拟评价地层温度值20℃后，通过釜体上部气阀通入氮气加压至0.69MPa，并稳压，测试单位时间内的清水滤失体积，并计算对应的渗透率k₁；

S6、将釜体内清水倒掉，倒入500cm³封堵钻井液，密封釜体，重复S5步骤，测试单位时间内的钻井液滤失体积，并计算对应的渗透率k₂；

S7、根据k₁和k₂计算得到模拟地层渗透率降低率k_r；

S8、根据模拟地层渗透率降低率k_r，对封堵钻井液封堵性能进行评价。

对比例2：

本对比例测试方法与对比例1相同，所不同之处在于：已知拟评价地层的渗透率k＝5mD；S2中砂粒的粒径换为50um；S5中温度为230℃，压力为6.55MPa。

对比例3：

本对比例测试方法与对比例1相同，所不同之处在于：已知拟评价地层的渗透率k＝0.15mD；S2中砂粒的粒径换为200um；S5中温度为150℃，压力为3.5MPa。

对比例4：

本对比例测试方法与实施例1相同，所不同之处在于：将模拟地层置换为渗透率k＝15mD的真实地层岩心。

上述实施例1～3及对比例1～4相关数据如表1所示。

表1：

序号	k(mD)	k<sub>1</sub>(mD)	k<sub>2</sub>(mD)	k<sub>r</sub>(％)
					实施例1	15	15	8	46.67
实施例2	5	5	2.6	48.00
					实施例3	0.15	0.15	0.07	53.33
对比例1	15	14	10	40.00
					对比例2	5	4.5	2.8	37.78
对比例3	0.15	0.2	0.12	40.00
					对比例4	15	15	7.8	48.00

由表1数据可得，将不同粒径的填充材料经过不同比例复配后，通过粒径比例的调整，即可准确模拟不同渗透率的拟评价地层。当大粒径颗粒比例多的时候，如实施例1，所得到的模拟地层渗透率较大，可以用于模拟漏失情况较为严重的地层；当小粒径颗粒比例多的时候，如实施例3，所得到的模拟地层渗透率较小，可以用于模拟漏失情况较轻微的地层。

对比例1～4为钻井液领域实验室常用封堵性能评价砂床法，以对比例4作为标准对比例，对比例1～3对应实施例1～3，分别模拟渗透率为15mD、5mD和0.15mD的拟评价地层，根据表1数据可知，该方法所用模拟地层填充物粒径单一，始终无法准确模拟出拟评价地层的渗透率，从而造成水和封堵钻井液对模拟地层的渗透率测试也不准确，实施例1的k_r值46.67％比对比例1中k_r值40.00％更接近标准对比例的k_r值48.00％，因此，本发明方法的评价准确性显著提高；同时，对比例1～3所用装置为GGS71-A型高温高压失水仪，无法从外部观察流体在模拟地层中流动情况，需通过比实施例1～3更多的大量实验逐步逼近最终需要条件，从而增加了实验成本。

对比例4采用了渗透率k＝15mD的真实地层岩心，其测试效果与实施例1相近，但是使用地层岩心成本太高，100米以内深的井取心价格为300元每米，井越深价格越高，对于一般的井深可达几百至几千米，甚至上万米，其取芯价格昂贵。所以采用地层岩心作为实验样本虽然效果好，但成本太高。因此，本发明的方法在显著降低评价成本的基础上，使评价的准确性几乎接近利用真实岩心进行评价得到的标准值，评价结果真实可靠，完全可以替代利用真实岩心进行评价的方法。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种用于评价钻井液封堵性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取拟评价地层的渗透率k和温度值t；

S2、准备透明的模拟井筒，将多种粒径的填充材料与辅助材料充分混匀后，装入模拟井筒中，压实，得到圆柱体形状的初级模拟地层，所述模拟井筒以及设置在模拟井筒内的初级模拟地层构成初级模拟地层井筒，所述初级模拟地层与模拟井筒的体积比为0.2～0.4:1；

S3、将S2得到的初级模拟地层井筒垂直固定，从其上端口加入水，封闭上端口，并对初级模拟地层井筒加热至温度值t，对初级模拟地层井筒中初级模拟地层以上的封闭空间加压至压力值P，保持温度和压力不变，测试单位时间内的水滤失体积，根据单位时间内的水滤失体积计算得到初级模拟地层水渗透率k₁′，所述温度值t为20～230℃，压力值p为0.69～6.55MPa；

S4、比较k₁′值与k值的大小，若k₁′值大于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中小粒径的填充材料的占比；若k₁′值小于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中大粒径的填充材料的占比；

S5、重复步骤S2-S4，直到k₁′值等于k值，得到与拟评价地层具有相同水渗透率的模拟地层井筒，所述模拟地层井筒中的模拟地层的水渗透率以k₁表示，则k₁＝k；

S6、将S5得到的模拟地层井筒内剩余的水倒掉，并从其上部倒入封堵钻井液，封闭上端口，并对模拟地层井筒加热至S3相同的温度值t，对模拟地层井筒中模拟地层以上的封闭空间加压至S3相同的压力值P，保持温度和压力不变，测试单位时间内的封堵钻井液滤失体积，根据单位时间内的封堵钻井液滤失体积计算得到模拟地层封堵钻井液渗透率k₂；

S7、根据k₁和k₂，计算得到模拟地层渗透率降低率k_r；

S8、根据模拟地层渗透率降低率k_r值大小，对封堵钻井液封堵性能进行评价。

2.根据权利要求1所述的一种用于评价钻井液封堵性能的方法，其特征在于，步骤S1中，拟评价地层的渗透率k和温度t从该拟评价地层的地质勘探资料中直接查阅获取。

3.根据权利要求1所述的一种用于评价钻井液封堵性能的方法，其特征在于，所述填充材料包括重晶石、石英砂和/或石灰石粉；所述辅助材料包括凝胶、甘油和/或聚乙烯醇。

4.根据权利要求2所述的一种用于评价钻井液封堵性能的方法，其特征在于，所述模拟井筒由承压能力10MPa以上的透明PVC硬管制成，其容积为1100～1300cm³；所述填充材料体积为300cm³～400cm³；倒入水或封堵钻井液的体积为450cm³～550cm³；所述辅助材料与填充材料的体积比为1～10:100。

5.根据权利要求2～4的任意一项所述的一种用于评价钻井液封堵性能的方法，其特征在于，所述填充材料包括n₁、n₂、n₃和n₄四种粒径，n₁＝1700～4750um，n₂＝380～830um，n₃＝120～150um，n₄＝11～18um；n₁、n₂、n₃和n₄的体积比为：1～4:2～3:2～3:1～4。

6.根据权利要求1所述的一种用于评价钻井液封堵性能的方法，其特征在于，步骤S3和S6中，加压的方式为从初级模拟地层井筒或模拟井筒上部注入氮气加压。

7.根据权利要求1所述的一种用于评价钻井液封堵性能的方法，其特征在于，所述渗透率k₁′、k₁和k₂的计算公式为：

其中，q₁′为单位时间内的初级模拟地层的水滤失体积，q₁为单位时间内的模拟地层的水滤失体积，q₂为单位时间内的模拟地层的封堵钻井液滤失体积；l为初级模拟地层或模拟地层平均厚度；μ₁为水粘度，μ₂为封堵钻井液粘度；A为初级模拟地层或模拟地层表面积；Δp为初级模拟地层或模拟地层上下压差，模拟地层上部压力为p，下部压力为标准大气压。

8.根据权利要求7所述的一种用于评价钻井液封堵性能的方法，其特征在于，所述步骤S7中，渗透率降低率k_r的计算公式为：

k_r＝(k₁-k₂)/k₁

其中，k₁为水模拟地层渗透率，k₂为封堵钻井液对模拟地层渗透率。

9.根据权利要求1所述的一种用于评价钻井液封堵性能的方法，其特征在于，所述步骤S8中，k_r值越大，封堵钻井液的封堵性能越差，反之，封堵性能越好。