CN110826250A - 用于水平井的钻井液伤害计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于水平井的钻井液伤害计算方法：获取水平井的水平段总长度L，将其划分为长Δl的m段，每一段内再划分为n个小段；初始化参数，对于每一小段，应用初始条件：r_c＝r_w，q＝q_sl；对每一小段更新井筒半径r_c(i)、钻井液滤失流量q(i)；求解累计滤失量Q、伤害半径r_d，直到浸泡时间结束；将r_d化为水平方向的r_dH，求解水平方向上每一小段的等效伤害后的渗透率K_d；根据表皮系数方程，求解每一小段的表皮系数，直至长Δl的每一段都计算完毕，得到沿水平段的表皮系数分布。本发明用以解决现有技术中水平井表皮系数获取难度大的问题，实现通过岩心资料获取水平井表皮系数分布的目的。

Description

用于水平井的钻井液伤害计算方法

技术领域

本发明涉及油气开发领域，具体涉及用于水平井的钻井液伤害计算方法。

背景技术

表皮系数是评价油气井近井地带污染程度及储层伤害的一个重要技术指标，它的大小受钻完井过程中钻井液的侵入、射孔打开程度不完善、酸化、压裂、井斜以及气体在井筒附近形成的非达西渗流等多种因素的影响而决定的；它直接影响所产生的井底阻力大小，从而为油田进行最佳增产措施设计提供参考。对于油气井而言，表皮系数通常由压力恢复测试和压降测试方法得到，这种方法得到的井底阻力系数是以上各个因素综合作用的总井底阻力系数，但是它需要实际进行关井测量，效率低下且影响正常开发作业，现有技术中，表皮系数可表示为S＝ln(r_w/r_c)。对于水平井而言，其开发层段为水平段，受水平井井身结构特性的制约，钻具大幅度贴在下井壁，钻井过程中难免在沉积相交界面、岩性交界面形成台阶、大肚子井段，或是在井况不佳的阻卡段形成键槽、沉砂等，这些因工程原因所造成的不规则井段导致现有技术中难以对水平段的折算半径进行有效获取，且水平井也无法下入常规电缆测井工具在完井后进行井径测井。为此，现有技术中的应对方式是采用带LWD的钻具组合方式随钻测井，然而这种作业方式不仅显著增大成本与井下风险，而且也只能够测出井眼扩大率进行辅助，要获得准确的钻井液伤害所导致的表皮系数，仍然需要在完井且下入生产管柱后，通过开关井的方式实验获得。

发明内容

本发明的目的在于提供用于水平井的钻井液伤害计算方法，以解决现有技术中水平井表皮系数获取难度大的问题，实现通过岩心资料获取水平井表皮系数分布的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

用于水平井的钻井液伤害计算方法，包括以下步骤：

S1、获取水平井的水平段总长度L，将其划分为长Δl的m段，每一段内再划分为n个小段；其中m、n均大于或等于2；

S2、初始化参数，对于每一小段，应用初始条件：r_c＝r_w，q＝q_sl；其中：r_c为不包括泥饼厚度的井壁半径，m；r_w为井筒半径，m；q为滤失流量，m³/s；q_sl为初滤失流量，m³/s；

S3、对每一小段更新井筒半径r_c(i)、钻井液滤失流量q(i)；

S4、求解累计滤失量Q、伤害半径r_d，直到浸泡时间结束；

S5、将r_d化为水平方向的r_dH，求解水平方向上每一小段的等效伤害后的渗透率K_d；

S6、根据表皮系数方程，求解每一小段的表皮系数；

S7、重复步骤S2～S6，直至长Δl的每一段都计算完毕，得到沿水平段的表皮系数分布。

针对现有技术中水平井表皮系数获取难度大的问题，本发明提出用于水平井的钻井液伤害计算方法，本方法中利用了井筒半径r_w，只需钻具携带MWD工具入井即可获得井径数据，然后基于对岩心的滤失实验获得的初滤失流量q_sl数据进行计算即可，因此相较于现有技术显著降低了水平井表皮系数的获取难度。并且，本方法将水平段分为等长Δl的m段，每段内又分为n个小段，因此本方法最终能够准确获得不同位置水平段所对应的表皮系数，进而得到沿水平段的表皮系数分布。通过本方法得到的水平段表皮系数，详细反映了水平段各处的钻井液污染情况，具有分段细化的优点，相较于现有技术中通过压力恢复测试和压降测试方法只能够得到整体、笼统的表皮系数而言，对增产措施的设计提供了更加完善的井下资料，有利于后期针对性的对污染严重井段进行定向增产。

进一步的，步骤S3中对井筒半径、钻井液滤失流量的更新过程为：

S301、求解每一小段的累计滤失量Q_i；

S302、求解每一小段的滤失流速u(i)和伤害半径r_d(i)；

S303、计算每一小段对应的泥饼厚度，得到新的井筒半径r_c(i)；

S304、计算每一小段对应的钻井液滤失流量q(i)。

进一步的，步骤S3中还包括：

S305、判断q(i+1)与q(i)：

若q(i+1)＞q(i)，则用(i+1)替换(i)，回到步骤S301继续计算；

若q(i+1)≤q(i)，则表示已达到动态平衡，泥饼厚度不再改变，此时进入步骤S4。

进一步的，所述滤失流速、泥饼厚度的计算模型为：

定解条件为：

式中：q为工作液滤失流量，m/s；Δp为地层与井筒的压差，MPa；K_R为地层渗透率，mD；K_f为泥饼渗透率，mD；u_f为地层原油黏度，mPa·s；u₀为钻井液黏度，mPa·s；r_e为流动外边界，m；r_d为钻井液侵入半径，m；Q为单位地层厚度的工作液累计滤失量，m3；t为时间，s。

进一步的，步骤S6中表皮系数S的求解方程为：

式中：k_H为原始水平向渗透率，mD；k_dH为钻井液侵入区水平向渗透率，mD；r_w，eq为等效后的井筒半径，cm；r_d，eq为等效后的钻井液侵入半径，cm。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明用于水平井的钻井液伤害计算方法，利用了井筒半径r_w，只需钻具携带MWD工具入井即可获得井径数据，然后基于对岩心的滤失实验获得的初滤失流量q_sl数据进行计算即可，因此相较于现有技术显著降低了水平井表皮系数的获取难度。并且，本方法将水平段分为等长Δl的m段，每段内又分为n个小段，因此本方法最终能够准确获得不同位置水平段所对应的表皮系数，进而得到沿水平段的表皮系数分布。通过本方法得到的水平段表皮系数，详细反映了水平段各处的钻井液污染情况，具有分段细化的优点，相较于现有技术中通过压力恢复测试和压降测试方法只能够得到整体、笼统的表皮系数而言，对增产措施的设计提供了更加完善的井下资料，有利于后期针对性的对污染严重井段进行定向增产。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的流程示意图；

图2为本发明具体实施例中井身结构及钻井液伤害分布示意图；

图3为本发明具体实施例中泥饼渗透率对表皮系数的影响；

图4为本发明具体实施例中环空流速对表皮系数的影响。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示的用于水平井的钻井液伤害计算方法，包括以下步骤：

S1、获取水平井的水平段总长度L，将其划分为长Δl的m段，每一段内再划分为n个小段；其中m、n均大于或等于2；

S2、初始化参数，对于每一小段，应用初始条件：r_c＝r_w，q＝q_sl；其中：r_c为不包括泥饼厚度的井壁半径，m；r_w为井筒半径，m；q为滤失流量，m³/s；q_sl为初滤失流量，m³/s；

S3、对每一小段更新井筒半径r_c(i)、钻井液滤失流量q(i)；

S4、求解累计滤失量Q、伤害半径r_d，直到浸泡时间结束；

S5、将r_d化为水平方向的r_dH，求解水平方向上每一小段的等效伤害后的渗透率K_d；

S6、根据表皮系数方程，求解每一小段的表皮系数；

S7、重复步骤S2～S6，直至长Δl的每一段都计算完毕，得到沿水平段的表皮系数分布。

实施例2：

如图1与图2所示的用于水平井的钻井液伤害计算方法，在实施例1的基础上，步骤S3的更新过程为：

S301、求解每一小段的累计滤失量Q_i；

S302、求解每一小段的滤失流速u(i)和伤害半径r_d(i)；

S303、计算每一小段对应的泥饼厚度，得到新的井筒半径r_c(i)；

S304、计算每一小段对应的钻井液滤失流量q(i)。

S305、判断q(i+1)与q(i)：

若q(i+1)＞q(i)，则用(i+1)替换(i)，回到步骤S301继续计算；

若q(i+1)≤q(i)，则表示已达到动态平衡，泥饼厚度不再改变，此时进入步骤S4。

其中，所述滤失流速、泥饼厚度的计算模型为：

定解条件为：

式中：q为工作液滤失流量，m/s；Δp为地层与井筒的压差，MPa；K_R为地层渗透率，mD；K_f为泥饼渗透率，mD；u_f为地层原油黏度，mPa·s；u₀为钻井液黏度，mPa·s；r_e为流动外边界，m；r_d为钻井液侵入半径，m；Q为单位地层厚度的工作液累计滤失量，m3；t为时间，s。

步骤S6中表皮系数S的求解方程为：

式中：k_H为原始水平向渗透率，mD；k_dH为钻井液侵入区水平向渗透率，mD；r_w，eq为等效后的井筒半径，cm；r_d，eq为等效后的钻井液侵入半径。

图3-图4为参数敏感性对本实施例的影响，即将不同泥饼渗透率、环空流速的岩心分别进行滤失实验后带入本实施例的方法中得到的对比结果，从图中可以得出如下与理论分析一致的结果，从而间接印证了本方法的准确性：

从图3中可以看出，在同一时刻，泥饼渗透率越小，表皮系数越大。这是因为越靠近井筒的区域的渗透率改变对油水井的注采量的影响越大，而泥饼是附着于井筒上的，所以泥饼渗透率越小，井筒附近的流通性就越差，表皮系数就越大。

从图4中可以看出，在同一时刻，表皮系数随环空流速的增加而增加。这是因为环空流速越大，流体对泥饼的剪切应力越大，剥蚀作用越明显，平衡时的滤失速度越大，侵入体层中的钻井液液量越大，增长了伤害半径，加重了伤害程度，所以表皮系数也就更大。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.用于水平井的钻井液伤害计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取水平井的水平段总长度L，将其划分为长Δl的m段，每一段内再划分为n个小段；其中m、n均大于或等于2；

S2、初始化参数，对于每一小段，应用初始条件：r_c＝r_w，q＝q_sl；其中：r_c为不包括泥饼厚度的井壁半径，m；r_w为井筒半径，m；q为滤失流量，m³/s；q_sl为初滤失流量，m³/s；

S3、对每一小段更新井筒半径r_c(i)、钻井液滤失流量q(i)；

S4、求解累计滤失量Q、伤害半径r_d，直到浸泡时间结束；

S5、将r_d化为水平方向的r_dH，求解水平方向上每一小段的等效伤害后的渗透率K_d；

S6、根据表皮系数方程，求解每一小段的表皮系数；

S7、重复步骤S2～S6，直至长Δl的每一段都计算完毕，得到沿水平段的表皮系数分布。

2.根据权利要求1所述的用于水平井的钻井液伤害计算方法，其特征在于，步骤S3的更新过程为：

S301、求解每一小段的累计滤失量Q_i；

S302、求解每一小段的滤失流速u(i)和伤害半径r_d(i)；

S303、计算每一小段对应的泥饼厚度，得到新的井筒半径r_c(i)；

S304、计算每一小段对应的钻井液滤失流量q(i)。

3.根据权利要求2所述的用于水平井的钻井液伤害计算方法，其特征在于，步骤S3中还包括：

S305、判断q(i+1)与q(i)：

若q(i+1)＞q(i)，则用(i+1)替换(i)，回到步骤S301继续计算；

若q(i+1)≤q(i)，则表示已达到动态平衡，泥饼厚度不再改变，此时进入步骤S4。

4.根据权利要求2所述的用于水平井的钻井液伤害计算方法，其特征在于，所述滤失流速、泥饼厚度的计算模型为：

定解条件为：

式中：q为工作液滤失流量，m/s；Δp为地层与井筒的压差，MPa；K_R为地层渗透率，mD；K_f为泥饼渗透率，mD；u_f为地层原油黏度，mPa·s；u₀为钻井液黏度，mPa·s；r_e为流动外边界，m；r_d为钻井液侵入半径，m；Q为单位地层厚度的工作液累计滤失量，m3；t为时间，s。

5.根据权利要求1所述的用于水平井的钻井液伤害计算方法，其特征在于，步骤S6中表皮系数S的求解方程为：

式中：k_H为原始水平向渗透率，mD；k_dH为钻井液侵入区水平向渗透率，mD；r_w，eq为等效后的井筒半径，cm；r_d，eq为等效后的钻井液侵入半径。

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