CN112127882B - 一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法，属于钻井与完井工程漏失控制领域，包括以下步骤：根据地震资料和裂缝发育特征选择模型并计算地层裂缝静态水力学宽度；将地层裂缝静态水力学宽度带入裂缝水力学宽度变形公式中求得井壁裂缝动态水力学宽度；根据力学宽度转换关系式将井壁裂缝动态水力学宽度转换成井壁裂缝平均力学宽度；根据天然裂缝力学宽度分布标准差求解裂缝力学宽度分布范围。本发明计算出的裂缝力学宽度分布范围可为应力敏感性地层防漏堵漏配方粒度分布设计提供依据，以便及时并高效地设计防漏堵漏配方，解决钻井风险，降低钻井成本、非生产时间和储层损害程度。

Description

一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法
技术领域
本发明属于钻井与完井工程漏失控制技术领域，具体涉及一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法。
背景技术
在裂缝性油气藏中，天然裂缝既是油气存储的有效空间又是油气运移的渗流通道，对油气资源的高效开发有着重要的作用。虽然天然裂缝的存在有利于油气高效产出，但是裂缝的存在可能造成钻完井过程中工作液的漏失，造成一系列的损害，主要有：漏失大量钻井液，造成经济损失；造成井内压力降低，易诱发井塌或井喷，影响钻井安全；增加非生产时间，影响钻井时效；在实际钻完井过程中钻井液固相颗粒易侵入储层，堵塞裂缝，降低裂缝的渗流能力，对储层造成损害，影响油气产量。井漏是多种因素共同作用下产生的，徐同台等认为井漏必须具备三个条件：井筒工作液的压力大于地层孔隙中的流体压力，对地层存在着正压差；地层中存在漏失通道以及足够容纳液体的漏失空间；漏失通道的开口尺寸应大于外来工作液中固相的粒径。
目前，漏失控制的主要方式为向钻井液中加入不同功效和不同粒度的堵漏材料，形成与漏失裂缝宽度相匹配的防漏堵漏配方，以便于成功封堵漏失裂缝并形成具有一定承压能力的封堵层。其中，漏失裂缝宽度是防漏堵漏配方设计的关键，也是一直以来困扰工程师们的难题。究其原因，主要是钻井液非牛顿流动特性和地层裂缝变形特性的耦合作用以及裂缝面的粗糙度降低了传统漏失裂缝宽度计算模型的准确性，同时，高温、高压、高地应力环境会降低堵漏材料和钻井液性能，降低防漏堵漏配方与漏失裂缝的匹配性。因此，需要一个同时考虑地层裂缝宽度变形特性和裂缝面粗糙度的漏失裂缝动态宽度计算方法，提高漏失裂缝宽度计算的精度，以便于高效并及时地设计漏堵漏配方并封堵漏失裂缝，降低漏失损害。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明提出了一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法，本发明考考虑了裂缝宽度的动态变化以及裂缝面的粗糙度并提供了天然裂缝宽度计算模型，解决了由应力敏感性地层裂缝宽度动态变化导致的漏失裂缝宽度计算困难的问题以及由粗糙裂缝面引起的裂缝宽度计算精度低的问题，由本方法计算出的裂缝力学宽度分布范围可为应力敏感性地层防漏堵漏配方粒度分布设计提供依据，以便及时并高效地设计防漏堵漏配方，降低漏失损害。本发明的具体方案如下：
一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法，具体包含以下步骤：
S1、根据地震资料和裂缝发育特征选择模型并计算地层裂缝静态水力学宽度；
优选的，所述模型有三种，模型选择过程中涉及对提供恒压边界的漏失空间的判断，本发明中的提供恒压边界的漏失空间实际指裂缝尖端与较大的漏失空间(例如大溶洞、地下暗河等)连通时，裂缝外边界条件可近似认为恒压边界，本领域人员通过地震资料即可判断，属于行业常识，判断的方法较多，比如李大奇在《裂缝性地层钻井液漏失动力学研究》中提供了一种判断方法，此处便不再详述。所述模型选择方法、模型的具体推导过程以及地层裂缝静态水力学宽度计算方法如下：
模型一：
模型选择：适用于地震资料显示地层中无提供恒压边界的漏失空间，地层发育水平缝或斜缝的情况。
推导过程：
忽略裂缝壁面的滤失，考虑裂缝宽度的变形特性和流体的压缩性，一维径向裂缝在工作液漏失时的连续性方程为：
Figure GDA0003007195540000021
式中：r为半径；ρ为工作液密度；wh为不同的缝内压力P条件下的裂缝水力学宽度；v为工作液流速；t为时间。
裂缝水力学宽度变形方程：
Figure GDA0003007195540000022
式中：w0为裂缝在地层压力条件下的裂缝水力学宽度，又称裂缝静态水力学宽度；α为Biot系数；βf为裂缝水力学宽度变形系数；P为裂缝的缝内压力；Pp为地层压力。
工作液状态方程：
Figure GDA0003007195540000023
式中：ρ为工作液密度；ρ0为工作液在地层压力条件下的密度；Cρ为工作液压缩系数。
工作液运动方程：
Figure GDA0003007195540000024
式中：μ为工作液塑性黏度；
将公式(2)、公式(3)、公式(4)带入公式(1)并化简，得：
Figure GDA0003007195540000031
Figure GDA0003007195540000032
式中：ηf为流体在裂缝中的导压系数。
边界条件：
P(r，0)＝Pp (7)
Figure GDA0003007195540000033
Figure GDA0003007195540000034
式中：Q为漏失速率；P(r，0)为初始时刻任意半径r的缝内压力；P(rw，t)为任意时刻井壁处的压力；
Figure GDA0003007195540000035
为任意时刻无穷远裂缝的缝内压力；rw为井筒半径；Pw为井底压力。
联立公式(5)～(9)求解可得模型一为：
Figure GDA0003007195540000036
裂缝静态水力学宽度计算方法：带入数据可得到地层裂缝静态水力学宽度。
模型二：
选择方法：适用于地震资料显示地层中存在提供恒压边界的漏失空间，地层发育水平缝或斜缝的情况。
推导过程：
忽略裂缝壁面的滤失，考虑裂缝宽度的变形特性和流体的压缩性，一维径向裂缝在工作液漏失时的连续性方程为：
Figure GDA0003007195540000037
对于幂律流体，其在裂缝中的运动方程为：
Figure GDA0003007195540000038
式中：n为流型指数；k为稠度系数。
将公式(12)带入公式(11)可得模型二：
Figure GDA0003007195540000041
式中，裂缝水力学宽度变形方程和工作液状态方程为：
Figure GDA0003007195540000042
Figure GDA0003007195540000043
边界条件：
P(rw，t)＝Pw (16)
P(re，t)＝Pp (17)
式中：re为定压漏失边界与井筒中心的距离；P(re，t)为任意时刻漏失边界上的压力。
漏失体积求解方法如下：
Figure GDA0003007195540000044
式中：V为漏失体积；
Figure GDA0003007195540000045
为任意时刻井壁处压力梯度值，可通过差分法求得；w0i为第i个设定的裂缝静态水力学宽度；t0为设定的漏失时间。
裂缝静态水力学宽度计算方法：设定漏失时间和3个及以上的由小到大的裂缝静态水力学宽度，联立公式(13)～公式(17)，利用差分法求解不同裂缝静态水力学宽度下井壁压力梯度随时间的变化值，根据公式(18)求得不同裂缝静态水力学宽度下的漏失体积，拟合数据得到裂缝静态水力学宽度-漏失体积关系式，根据矿场实际漏失体积计算出地层漏失裂缝静态水力学宽度。
模型三：
选择方法：适用于地震资料显示地层中存在提供恒压边界的漏失空间，地层发育垂直裂缝的情况。
推导过程：
忽略裂缝壁面的滤失，考虑裂缝宽度的变形特性和流体的压缩性，一维线性裂缝在工作液漏失时的连续性方程为：
Figure GDA0003007195540000046
式中：x为裂缝中某一点到井壁的距离。
对于幂律流体，其在裂缝中的运动方程为：
Figure GDA0003007195540000051
式中：n为流型指数；k为稠度系数。
将公式(20)带入公式(19)可得模型三为：
Figure GDA0003007195540000052
式中，裂缝水力学宽度变形方程和工作液状态方程为：
Figure GDA0003007195540000053
Figure GDA0003007195540000054
边界条件：
P(0，t)＝Pw (24)
P(xe，t)＝Pp (25)
式中：xe为定压漏失边界与井壁的距离；P(0，t)为垂直裂缝漏失时任意时刻井壁处压力；P(xe，t)为垂直裂缝漏失时任意时刻边界上的压力。
漏失体积求解方法如下：
Figure GDA0003007195540000055
式中：h为裂缝高度；
Figure GDA0003007195540000056
为任意时刻井壁处压力梯度值，可通过差分法求得。
裂缝静态水力学宽度计算方法：设定漏失时间和3个及以上的由小到大的裂缝静态水力学宽度，联立公式(21)～公式(25)，利用差分法求解不同裂缝静态水力学宽度下井壁压力梯度随时间的变化值，根据公式(26)求得不同裂缝静态水力学宽度下的漏失体积，拟合数据得到裂缝静态水力学宽度-漏失体积关系式，根据矿场实际漏失体积计算出地层漏失裂缝静态水力学宽度。
S2：将地层裂缝静态水力学宽度带入裂缝水力学宽度变形公式中求得井壁裂缝动态水力学宽度，计算方法为：
Figure GDA0003007195540000061
式中：whw为井壁裂缝动态水力学宽度；
S3：根据力学宽度转换关系式将井壁裂缝动态水力学宽度转换成井壁裂缝平均力学宽度。根据段玉廷(1998)对粗糙裂缝的流体流动行为研究，当假设裂缝力学宽度服从正态分布时，综合考虑裂缝面的粗糙度和接触面积，裂缝平均力学宽度和裂缝水力学宽度关系如下，通过对裂缝平均力学宽度求零点得到平均力学宽度大小。
Figure GDA0003007195540000062
式中：
Figure GDA0003007195540000063
为裂缝平均力学宽度；c表示裂缝的接触面积与裂缝的标称面积比值；σ为裂缝力学宽度分布标准差。
S4：根据天然裂缝力学宽度分布标准差求解裂缝力学宽度分布范围。取裂缝力学宽度分布概率为99％，裂缝力学宽度分布范围计算公式如下：
Figure GDA0003007195540000064
式中：wm为裂缝力学宽度分布范围。
所述步骤S1中地层中是否有漏失空间可通过地震资料了解；孔隙压力参考邻井孔隙压力资料；裂缝水力学宽度指数变形系数通过裂缝岩样应力敏感性实验数据拟合得到；由于裂缝宽度动态变化是由于缝内压力引起的，Biot系数取值为1；井筒与漏失边界的距离通过井眼轨迹和地震资料测得；钻井液的塑性黏度、稠度系数和流型指数通过旋转黏度计测得；漏失时间、漏失体积和漏失速率通过矿场漏失数据获得。
所述步骤S3中裂缝力学宽度分布标准差通过扫描天然裂缝求得；裂缝壁面接触面积与标称面积比通过地层裂缝空间重构并导入模拟软件中模拟获得。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明考虑了裂缝宽度的动态变化以及裂缝面的粗糙度，适用性更加广泛。一方面，对于应力敏感性地层，随井底压力变化，天然裂缝水力学宽度变化较大，另一方面，裂缝面的粗糙度将会影响工作液流动的速率和压力分布，裂缝宽度的动态变化以及裂缝面的粗糙度将会严重降低以往裂缝宽度计算模型的计算精度。本发明在考虑了裂缝宽度的动态变化以及裂缝面的粗糙度后适用性更加广泛，模型适用于所有应力敏感性程度的地层并且考虑了裂缝面的粗糙度。
(2)本发明结合了矿场分析、室内实验、理论计算和结果校正，具备系统性、可操作性和及时性。根据矿场对裂缝产状、地应力和地层压力的分析结果，得到地层裂缝面有效应力，以该有效应力作为室内实验的初始围压值模拟钻遇天然裂缝时的情况，提高了由裂缝岩样应力敏感性实验拟合出的裂缝水力学宽度变形系数的准确性和代表性；提供了漏失裂缝宽度计算模型的选择方法和计算方法，通过漏失发生时的漏失数据可计算漏失裂缝的力学宽度分布范围，为堵漏配方粒度分布设计提供依据，以便于及时并高效地设计堵漏配方。
附图说明
图1裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算流程图；
图2本发明模型1与sanfillippo模型计算裂缝宽度对比图；
图3本发明模型2地层裂缝静态水力学宽度拟合图；
图4本发明模型3地层裂缝静态水力学宽度拟合图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，结合附图对本发明的一个实施例作进一步描述。实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整也属于本发明保护的范围。
实施例1：
漏失发生在井底，具体实施所用参数如下表所示：
参参数 数值
井底压力P<sub>w</sub>(MPa) 94
原地压力P<sub>p</sub>(MPa) 85
井筒半径r<sub>w</sub>(m) 0.15
工作液密度ρ(g/cm<sup>3</sup>) 1.30
裂缝水力学宽度指数变形系数β<sub>f</sub>(Pa<sup>-1</sup>) 1×10<sup>-7</sup>
工作液塑性黏度μ(mPa·s) 28
工作液压缩系数C<sub>ρ</sub>(Pa<sup>-1</sup>) 4×10<sup>-10</sup>
稠度系数K(Pa·s<sup>n</sup>) 0.15
流型指数n 0.78
漏失边界到井筒的距离r<sub>e</sub>、x<sub>e</sub>(m) 1000
垂直裂缝高度(m) 30
有限长裂缝漏失时间t(s) 600
有限长裂缝漏失体积V(m<sup>3</sup>) 1.6667
裂缝壁面标准差σ(μm) 60
裂缝壁面接触面积与标称面积比c 0.3
本发明提供一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法，具体实施步骤如下：
步骤1：根据地震资料和裂缝发育特征选择模型并计算地层裂缝静态水力学宽度；为了更简要的说明本发明的三种情形，本实施例对三种模型分别进行了计算。
1.1、当地震资料显示地层中无提供恒压边界的漏失空间，地层发育水平缝或斜缝时，选择模型一。
Figure GDA0003007195540000081
Figure GDA0003007195540000082
式中：Pw为井底压力；Pp为地层压力；Q为漏失速率；μ为工作液塑性黏度；w0为裂缝在地层压力条件下的裂缝水力学宽度，又为裂缝静态水力学宽度；βf为裂缝水力学宽度变形系数，可通过裂缝岩样的应力敏感性实验拟合获得；α为Biot系数；rw为井筒半径；ηf为流体在裂缝中的导压系数；t为时间；Cρ为工作液压缩系数。
带入数据可得到地层裂缝静态水力学宽度w0为356μm。
1.2、当地震资料显示地层中存在提供恒压边界的漏失空间，地层发育水平缝或斜缝时，选择模型二。
Figure GDA0003007195540000083
式中，裂缝水力学宽度变形方程和工作液状态方程为：
Figure GDA0003007195540000084
Figure GDA0003007195540000085
边界条件：
P(rw，t)＝Pw (6)
P(re，t)＝Pp (7)
漏失体积计算方法如下：
Figure GDA0003007195540000086
式中：n为流型指数；k为稠度系数；re为定压漏失边界与井筒中心的距离；P(rw，t)为任意时刻井壁处的压力；P(re，t)为任意时刻漏失边界上的压力；V为漏失体积；
Figure GDA0003007195540000087
为任意时刻井壁处压力梯度值，可通过差分法求得；w0i为第i个设定的裂缝静态水力学宽度；t0为设定的漏失时间。
设定漏失时间为600s、裂缝静态水力学宽度为0.1、1.0、2.5、4mm，联立公式(3)～公式(7)，利用差分法求解不同裂缝静态水力学宽度下井壁压力梯度随时间的变化值，根据公式(8)求得不同裂缝静态水力学宽度下的漏失体积，拟合数据得到裂缝静态水力学宽度-漏失体积关系式，根据矿场实际漏失体积计算出地层漏失裂缝静态水力学宽度。不同地层裂缝静态水力学宽度下的漏失体积、地层静态水力学宽度-漏失体积关系式以及地层裂缝静态水力学宽度如图3所示。
地层裂缝静态水力学宽度w0为1374μm。
1.3、当地震资料显示地层中存在提供恒压边界的漏失空间，地层发育垂直裂缝时，选择模型三。
Figure GDA0003007195540000091
式中，裂缝水力学宽度变形方程和工作液状态方程为：
Figure GDA0003007195540000092
Figure GDA0003007195540000093
边界条件：
P(0，t)＝Pw (12)
P(xe，t)＝Pp (13)
漏失体积求解方法如下：
Figure GDA0003007195540000094
式中：x为裂缝中某一点到井壁的距离；xe为定压漏失边界与井壁的距离；P(0，t)为垂直裂缝漏失时任意时刻井壁处压力；P(xe，t)为垂直裂缝漏失时任意时刻边界上的压力；h为裂缝高度；
Figure GDA0003007195540000095
为任意时刻井壁处压力梯度值，可通过差分法求得。
设定漏失时间为600s、裂缝静态水力学宽度为0.2、1.0、2.5和4.0mm，联立公式(9)～公式(13)，利用差分法求解不同裂缝静态水力学宽度下井壁压力梯度随时间的变化值，根据公式(14)求得不同裂缝静态水力学宽度下的漏失体积，拟合数据得到裂缝静态水力学宽度-漏失体积关系式，根据矿场实际漏失体积计算出地层漏失裂缝静态水力学宽度。不同裂缝静态水力学宽度下的漏失体积、静态水力学宽度-漏失体积关系式以及裂缝静态水力学宽度如图4所示。
裂缝静态水力学宽度w0为1500μm。
步骤2：将地层裂缝静态水力学宽度带入裂缝水力学宽度变形公式中求得井壁裂缝动态水力学宽度，计算方式如下。
Figure GDA0003007195540000101
式中：whw为井壁裂缝动态水力学宽度。
模型1，井壁裂缝动态水力学宽度whw为480μm。同时，假设裂缝水力学宽度指数变形系数为0，通过模型1可得井壁裂缝水力学宽度为536μm，对于同样没有考虑裂缝变形的Sanfillippo模型，带入相同的数据，井壁裂缝水力学宽度为554μm，二者结果相近，说明模型1的推导过程正确可靠，模型1的计算结果和Sanfillippo模型计算结果如图2所示。
模型2，井壁裂缝动态水力学宽度whw为1855μm。
模型3，井壁裂缝动态水力学宽度whw为2025μm。
步骤3：根据力学宽度转换关系式将井壁裂缝动态水力学宽度转换成井壁裂缝平均力学宽度，计算方法如下。
Figure GDA0003007195540000102
式中：
Figure GDA0003007195540000103
为裂缝平均力学宽度；c表示裂缝的接触面积与裂缝的标称面积比值；σ为裂缝力学宽度分布标准差。
通过对裂缝平均力学宽度
Figure GDA0003007195540000104
求零点得到平均力学宽度大小。
模型1，井壁裂缝平均力学宽度
Figure GDA0003007195540000105
为593μm。
模型2，井壁裂缝平均力学宽度
Figure GDA0003007195540000106
为2281μm。
模型3，井壁裂缝平均力学宽度
Figure GDA0003007195540000107
为2450μm。
步骤4：根据天然裂缝力学宽度分布标准差求解裂缝力学宽度分布范围，计算方法如下。
Figure GDA0003007195540000108
式中：wm为裂缝力学宽度分布范围。
带入裂缝平均力学宽度后，可得：
模型1，井壁裂缝力学宽度分布范围wm为438～748μm。
模型2，井壁裂缝力学宽度分布范围wm为2126～2436μm。
模型3，井壁裂缝力学宽度分布范围wm为2335～2645μm。
以上对本发明的有关内容进行了说明，本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据地震资料和裂缝发育特征选择模型并计算地层裂缝静态水力学宽度；
S2、将地层裂缝静态水力学宽度带入裂缝水力学宽度变形公式中求得井壁裂缝动态水力学宽度；
S3、根据力学宽度转换关系式将井壁裂缝动态水力学宽度转换成井壁裂缝平均力学宽度；
S4、根据天然裂缝力学宽度分布标准差求解裂缝力学宽度分布范围。
2.根据权利要求1所述的一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法，其特征在于，所述步骤S1中计算地层裂缝静态水力学宽度的模型以及选择模型的方法如下：
模型一：适用于地震资料显示地层中无提供恒压边界的漏失空间，地层发育水平缝或斜缝的情况；
Figure FDA0003007195530000011
Figure FDA0003007195530000012
式中：Pw为井底压力；Pp为地层压力；Q为漏失速率；μ为工作液塑性黏度；w0为裂缝在地层压力条件下的裂缝水力学宽度，又称裂缝静态水力学宽度；βf为裂缝水力学宽度变形系数，可通过裂缝岩样的应力敏感性实验拟合获得；α为Biot系数；rw为井筒半径；ηf为流体在裂缝中的导压系数；t为时间；Cρ为工作液压缩系数；
带入数据可得到地层裂缝静态水力学宽度；
模型二：适用于地震资料显示地层中存在提供恒压边界的漏失空间，地层发育水平缝或斜缝的情况；
Figure FDA0003007195530000013
式中，
Figure FDA0003007195530000014
Figure FDA0003007195530000015
边界条件：
P(rw,t)＝Pw (6)
P(re,t)＝Pp (7)
漏失体积求解方法如下：
Figure FDA0003007195530000021
式中：n为流型指数；k为稠度系数；re为定压漏失边界与井筒中心的距离；P(rw，t)为任意时刻井壁处的压力；P(re，t)为任意时刻漏失边界上的压力；V为漏失体积；
Figure FDA0003007195530000022
为任意时刻井壁处压力梯度值，可通过差分法求得；w0i为第i个设定的裂缝静态水力学宽度；t0为设定的漏失时间；P为裂缝中某一点的压力；ρ为工作液在压力P下的密度；wh为裂缝在压力P下水力学宽度；r为一维径向坐标系下裂缝中某一点距离井筒中心距离；ν为裂缝中某一点工作液流动速度；ρ0为在地层压力Pp下的工作液密度；
设定漏失时间和3个及以上的由小到大的裂缝静态水力学宽度，联立公式(3)～公式(7)，利用差分法求解不同裂缝静态水力学宽度下井壁压力梯度随时间的变化值，根据公式(8)求得不同裂缝静态水力学宽度下的漏失体积，拟合数据得到裂缝静态水力学宽度-漏失体积关系式，根据矿场实际漏失体积计算出地层漏失裂缝静态水力学宽度；
模型三：适用于地震资料显示地层中存在提供恒压边界的漏失空间，地层发育垂直裂缝的情况；
Figure FDA0003007195530000023
式中，
Figure FDA0003007195530000024
Figure FDA0003007195530000025
边界条件：
P(0,t)＝Pw (12)
P(xe,t)＝Pp (13)
漏失体积求解方法如下：
Figure FDA0003007195530000031
式中：x为裂缝中某一点到井壁的距离；xe为定压漏失边界与井壁的距离；P(0，t)为垂直裂缝漏失时任意时刻井壁处压力；P(xe，t)为垂直裂缝漏失时任意时刻边界上的压力；h为裂缝高度；
Figure FDA0003007195530000032
为任意时刻井壁处压力梯度值，可通过差分法求得；
设定漏失时间和3个及以上的由小到大的裂缝静态水力学宽度，联立公式(9)～公式(13)，利用差分法求解不同裂缝静态水力学宽度下井壁压力梯度随时间的变化值，根据公式(14)求得不同裂缝静态水力学宽度下的漏失体积，拟合数据得到裂缝静态水力学宽度-漏失体积关系式，根据矿场实际漏失体积计算出地层漏失裂缝静态水力学宽度。
3.根据权利要求1所述的一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法，其特征在于，所述步骤S2中计算井壁裂缝动态水力学宽度方法如下：
Figure FDA0003007195530000033
式中：whw为井壁裂缝动态水力学宽度；w0为裂缝在地层压力条件下的裂缝水力学宽度，又称裂缝静态水力学宽度；βf为裂缝水力学宽度变形系数，可通过裂缝岩样的应力敏感性实验拟合获得；α为Biot系数；Pw为井底压力；Pp为地层压力。
4.根据权利要求1所述的一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法，其特征在于，所述步骤S3中井壁裂缝平均力学宽度计算方法如下，通过对裂缝平均力学宽度求零点得到平均力学宽度大小：
Figure FDA0003007195530000034
式中：
Figure FDA0003007195530000035
为裂缝平均力学宽度；c表示裂缝的接触面积与裂缝的标称面积比值；σ为裂缝力学宽度分布标准差；whw为井壁裂缝动态水力学宽度。
5.根据权利要求1所述的一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法，其特征在于，所述步骤S4中力学宽度分布范围计算方法如下：
Figure FDA0003007195530000036
式中：wm为裂缝力学宽度分布范围；
Figure FDA0003007195530000037
为裂缝平均力学宽度；σ为裂缝力学宽度分布标准差。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112127882B (zh) 2020-11-02 2021-05-25 西南石油大学 一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法
CN114817836A (zh) * 2022-05-06 2022-07-29 西南石油大学 一种深井超深井钻井液漏失类型诊断方法
CN115929287B (zh) * 2022-10-13 2023-10-24 西南石油大学 一种裂缝封堵层承压分散能力测量装置
CN116306374B (zh) * 2023-03-29 2023-10-27 西南石油大学 一种深层裂缝性地层封堵承压能力预测方法
CN116574493B (zh) * 2023-04-13 2024-07-23 西南石油大学 深层致密油气层预撑裂缝暂堵保护储层材料与应用方法
CN117077440B (zh) * 2023-10-13 2024-01-23 中国石油天然气集团有限公司 漏失压力预测模型构建方法、漏失压力预测方法及装置
CN117211764B (zh) * 2023-10-18 2024-04-05 西南石油大学 一种致密气层裂缝宽度随钻录井解释方法
CN117313589B (zh) * 2023-11-30 2024-02-06 山东科技大学 三维粗糙离散裂隙网络构建、评价与渗流模拟的方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3659651A (en) * 1970-08-17 1972-05-02 Exxon Production Research Co Hydraulic fracturing using reinforced resin pellets
US3664420A (en) * 1970-08-17 1972-05-23 Exxon Production Research Co Hydraulic fracturing using petroleum coke
US3710865A (en) * 1971-05-24 1973-01-16 Exxon Research Engineering Co Method of fracturing subterranean formations using oil-in-water emulsions
US5934373A (en) * 1996-01-31 1999-08-10 Gas Research Institute Apparatus and method for monitoring underground fracturing
US6935424B2 (en) * 2002-09-30 2005-08-30 Halliburton Energy Services, Inc. Mitigating risk by using fracture mapping to alter formation fracturing process
US7577527B2 (en) * 2006-12-29 2009-08-18 Schlumberger Technology Corporation Bayesian production analysis technique for multistage fracture wells
US8412500B2 (en) * 2007-01-29 2013-04-02 Schlumberger Technology Corporation Simulations for hydraulic fracturing treatments and methods of fracturing naturally fractured formation
CA2689912C (en) * 2007-07-26 2014-05-13 Fred E. Dupriest Method for controlling loss of drilling fluid
US8498852B2 (en) * 2009-06-05 2013-07-30 Schlumberger Tehcnology Corporation Method and apparatus for efficient real-time characterization of hydraulic fractures and fracturing optimization based thereon
US10060241B2 (en) * 2009-06-05 2018-08-28 Schlumberger Technology Corporation Method for performing wellbore fracture operations using fluid temperature predictions
RU2014107705A (ru) * 2011-07-28 2015-09-10 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Система и способ выполнения операций разрыва в стволе скважины
US20160265331A1 (en) * 2011-11-04 2016-09-15 Schlumberger Technology Corporation Modeling of interaction of hydraulic fractures in complex fracture networks
GB2503903B (en) * 2012-07-11 2015-08-26 Schlumberger Holdings Fracture monitoring and characterisation
WO2015006363A1 (en) * 2013-07-08 2015-01-15 Schlumberger Canada Limited Determining geomechanics completion quality
US9952351B2 (en) * 2013-12-31 2018-04-24 Schlumberger Technology Corporation System and methodology for evaluating fracture networks
WO2016064476A1 (en) * 2014-10-24 2016-04-28 Halliburton Energy Services, Inc. Shale fracturing characterization and optimization using three-dimensional fracture modeling and neural network
CA2964862C (en) * 2014-11-19 2019-11-19 Halliburton Energy Services, Inc. Filtering microseismic events for updating and calibrating a fracture model
WO2017027342A1 (en) * 2015-08-07 2017-02-16 Schlumberger Technology Corporation Method of performing complex fracture operations at a wellsite having ledged fractures
CA3045879C (en) * 2017-01-13 2022-07-12 Halliburton Energy Services, Inc. Determining wellbore parameters through analysis of the multistage treatments
CN106869896B (zh) * 2017-04-26 2018-05-08 西南石油大学 一种低渗透油气藏直井体积压裂储层改造体积预测方法
CN107083961B (zh) * 2017-05-10 2019-04-26 中国矿业大学 基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法
CN107228800A (zh) * 2017-05-27 2017-10-03 中国石油大学(北京) 一种室内实时动态监测水力裂缝缝宽的实验方法
CN110359897A (zh) * 2018-03-13 2019-10-22 西南石油大学 一种裂缝性储层预撑裂缝随钻防漏堵漏方法
US10982535B2 (en) * 2019-09-14 2021-04-20 HanYi Wang Systems and methods for estimating hydraulic fracture surface area
CN111006987B (zh) * 2019-12-30 2022-06-07 中国地质大学（武汉） 一种储层裂缝孔渗参数预测方法
CN111236925B (zh) * 2020-01-19 2021-04-06 中国石油大学(华东) 一种裂缝性地层钻井液漏失量预测方法
CN111274731B (zh) * 2020-02-18 2021-05-18 西南石油大学 一种裂缝性地层压裂裂缝延伸轨迹预测方法
CN112127882B (zh) 2020-11-02 2021-05-25 西南石油大学 一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法

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