CN114088880A - 一种测试钻井液封堵性的定量评价方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种测试钻井液封堵性的定量评价方法，包括提供岩心柱、对比溶液和待测钻井液；将岩心柱放入岩心夹持器中；将岩心柱加热至所钻地层温度且加压至所钻地层位置的钻井液液柱压力与地层压强差值大小；从进口将对比溶液驱替进入岩心夹持器并开始回流，从岩心夹持器的出口收集流过岩心柱的对比溶液，计算第一渗透率；从进口将待测钻井液驱替进入岩心夹持器并开始回流，从岩心夹持器的出口收集流过岩心柱的待测钻井液，计算第二渗透率；将第一渗透率和第二渗透率的差值除以第一渗透率，得到待测钻井液的封堵系数。该方法能够模拟钻井液对地层的封堵行为，以定量结果反映钻井液在地层上的封堵行为，能分析钻井液对地层井壁稳定的影响。
Description
技术领域
本发明属于天然气勘探开发钻井技术领域，特别是涉及一种测试钻井液封堵性的定量评价方法。
背景技术
在石油天然气勘探开发领域中，钻井是从地面向地下钻掘一个洞(井筒)，以从洞中开采出来储存在地下的石油和天然气。随着勘探开发技术的发展，目前的钻掘深度能够达到九千米，由于钻井过程裸露出来的井筒壁面岩石在长时间的钻井液浸泡后，会出现松软垮塌的现象，成块的岩石可能掉落在井壁与钻头之间，将钻头卡死在井底，导致钻头无法取出，这就会造成严重的钻井事故，每年因井壁失稳导致卡钻的事故很多，造成了巨大的损失，尤其是钻掘很深的话，事故更多，损失更大。处理这类问题的关键是提高钻井液的封堵性，在井壁岩石上形成一种封堵层，从而隔绝钻井与井壁岩石，需要说明的是，钻井液对地层岩石封堵作用的大小就被定义为钻井液的封堵性。
现有的评价方法中，滤失介质采用地层岩心或露头岩心制作成的薄片砂盘，这与地层岩石是一致的，而且滤失仪器采用的是钻井液从下进上出通过滤失的介质，防止因颗粒堆积而影响评价结果。
然而，上述评价方法存在如下问题：一是由于采用地层岩石制造的薄片砂盘太薄，厚度在1厘米以内，因此不能模拟地层漏失和封堵过程以及钻井液在井壁岩石的渗滤过程；二是评价结果得出的是滤失量大小，不能评价钻井液封堵性大小，无法根据参数的值与地层井壁稳定性定量联系，只能进行横向对比。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种测试钻井液封堵性的定量评价方法，有反应地层岩石孔渗的因素影响，能够模拟钻井液对地层的封堵行为，能以定量结果客观反映钻井液在地层上的封堵行为，且能分析钻井液对地层井壁稳定的影响。
本发明提供的一种测试钻井液封堵性的定量评价方法包括：
提供岩心柱、对比溶液和待测钻井液；
将所述岩心柱放入岩心夹持器中；
将所述岩心柱加热至所钻地层温度且加压至所钻地层位置的钻井液液柱压力与地层压强差值大小；
从进口将所述对比溶液驱替进入所述岩心夹持器并开始回流，从所述岩心夹持器的出口收集流过所述岩心柱的对比溶液，根据得到的第一驱替时间和流过所述岩心柱的对比溶液的第一体积计算第一渗透率；
从进口将所述待测钻井液驱替进入所述岩心夹持器并开始回流，从所述岩心夹持器的出口收集流过所述岩心柱的待测钻井液，根据得到的第二驱替时间和流过所述岩心柱的待测钻井液的第二体积计算第二渗透率；
将所述第一渗透率和所述第二渗透率的差值除以所述第一渗透率，得到所述待测钻井液的封堵系数。
优选的，在上述测试钻井液封堵性的定量评价方法中，所述对比溶液为地层水或标准盐水且所述待测钻井液为未加封堵剂的钻井液。
优选的，在上述测试钻井液封堵性的定量评价方法中，所述对比溶液为未加封堵剂的钻井液且所述待测钻井液为加封堵剂的钻井液。
优选的，在上述测试钻井液封堵性的定量评价方法中，所述对比溶液为加第一种封堵剂的钻井液且所述待测钻井液为加第二种封堵剂的钻井液。
优选的，在上述测试钻井液封堵性的定量评价方法中，所述所钻地层温度为50摄氏度至200摄氏度。
优选的，在上述测试钻井液封堵性的定量评价方法中，所钻地层位置的钻井液液柱压力与地层压强差值大小不大于50MPa。
优选的，在上述测试钻井液封堵性的定量评价方法中，所述提供岩心柱之前，还包括：
在地层取芯岩心中钻取直径24.5mm、长度40mm至60mm的岩心柱，两端削平；
将所述岩心柱进行干燥，直到相邻两次称重变化小于1％。
通过上述描述可知，本发明提供的上述测试钻井液封堵性的定量评价方法，由于包括提供岩心柱、对比溶液和待测钻井液；将所述岩心柱放入岩心夹持器中；将所述岩心柱加热至所钻地层温度且加压至所钻地层位置的钻井液液柱压力与地层压强差值大小；从进口将所述对比溶液驱替进入所述岩心夹持器并开始回流，从所述岩心夹持器的出口收集流过所述岩心柱的对比溶液，根据得到的第一驱替时间和流过所述岩心柱的对比溶液的第一体积计算第一渗透率；从进口将所述待测钻井液驱替进入所述岩心夹持器并开始回流，从所述岩心夹持器的出口收集流过所述岩心柱的待测钻井液，根据得到的第二驱替时间和流过所述岩心柱的待测钻井液的第二体积计算第二渗透率；将所述第一渗透率和所述第二渗透率的差值除以所述第一渗透率，得到所述待测钻井液的封堵系数，可见，该方案中有反应地层岩石孔渗的因素影响，能够模拟钻井液对地层的封堵行为，能以定量结果客观反映钻井液在地层上的封堵行为，且能分析钻井液对地层井壁稳定的影响。
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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种测试钻井液封堵性的定量评价方法的实施例的示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种测试钻井液封堵性的定量评价方法，有反应地层岩石孔渗的因素影响，能够模拟钻井液对地层的封堵行为，能以定量结果客观反映钻井液在地层上的封堵行为，且能分析钻井液对地层井壁稳定的影响。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种测试钻井液封堵性的定量评价方法的实施例如图1所示，图1为本发明提供的一种测试钻井液封堵性的定量评价方法的实施例的示意图，该方法可以包括如下步骤：
S1：提供岩心柱、对比溶液和待测钻井液；
需要说明的是，利用这种岩心柱能够反映地层特性，可以制作多个这种岩心柱，具体的，可以在地层取芯岩心中钻取直径24.5mm、长度40mm至60mm的岩心柱，两端削平，然后将岩心柱在干燥箱中进行自然干燥，直到相邻两次称重变化小于1％，就可以判定为合格的岩心柱，这样就可以模拟地层岩石的情况，岩心柱可从待评价的地层取芯，保证驱替介质与地层相同，如果待评价地层取芯较少或没有取芯，无法钻取岩心柱，则可取与地层层位相同的地层露头岩心，在露头岩心上钻取岩心柱，由于地层相同，地层岩石性质基本一致，另外该岩心柱的长度必须大于40mm，太小的话不足以模拟地层介质，而且这里提供的对比溶液是与待测钻井液不同的液体，要求其中的组分都均匀充分的溶解，在其他条件都相同的情况下，对二者进行测量，就只有一个液体成分的变量，从而便于测量出待测钻井液的封堵特性，还需要说明的是，这里的对比溶液和待测钻井液的成分可以根据实际需要来选取，此处并不限制。
S2：将岩心柱放入岩心夹持器中；
需要说明的是，该岩心夹持器是一种现有的设备，此处可以但不限于为哈斯勒岩心夹持器，其包括进口、围压、放空口、出口和岩心夹持器筒这些部分，将岩心柱放进去以后可以进行驱替试验。
S3：将岩心柱加热至所钻地层温度且加压至所钻地层位置的钻井液液柱压力与地层压强差值大小；
具体的，可以打开岩心夹持器上的加温开关，对岩心柱进行增温，直到达到所钻地层的温度，并且设置驱替泵的压强为所钻地层位置的钻井液液柱压力与地层压强差值大小，如果没有底层压强，则该差值大小取15MPa。
S4：从进口将对比溶液驱替进入岩心夹持器并开始回流，从岩心夹持器的出口收集流过岩心柱的对比溶液，根据得到的第一驱替时间和流过岩心柱的对比溶液的第一体积计算第一渗透率；
具体的，可以调节控制阀门，打开驱替泵，将对比溶液驱替进入岩心夹持器中，打开回流开关，从岩心夹持器的出口收集流过岩心柱的对比溶液的体积，记录该第一驱替时间和收集到的对比溶液的第一体积，待流量稳定后，关闭驱替泵。
S5：从进口将待测钻井液驱替进入岩心夹持器并开始回流，从岩心夹持器的出口收集流过岩心柱的待测钻井液，根据得到的第二驱替时间和流过岩心柱的待测钻井液的第二体积计算第二渗透率；
具体的，就是可以调节开关阀门，打开驱替泵，将待测钻井液驱替进入岩心夹持器中，打开回流开关，从岩心夹持器的出口收集流过岩心柱的待测钻井液的体积，记录第二驱替时间和收集到的待测钻井液的第二体积，待流量稳定后，关闭驱替泵，最后关闭仪器，降温，打开岩心夹持器，取下岩心，清洗设备。
S6：将第一渗透率和第二渗透率的差值除以第一渗透率，得到待测钻井液的封堵系数。
通过这种方案，就能够对待测钻井液的封堵系数进行定量测量，从而更加精确的表征钻井液的封堵性能。
可见，上述方案与钻井液封堵地层岩石的条件一致，另外选择岩心夹持器进行驱替，驱替中岩心柱与钻井液的接触方式是一致的，这与钻井液封堵井壁岩石的行为相同，从而使得到的封堵系数测量结果更加接近真实情况，从而更加准确。
通过上述描述可知，本发明提供的上述测试钻井液封堵性的定量评价方法的实施例中，由于包括提供岩心柱、对比溶液和待测钻井液；将岩心柱放入岩心夹持器中；将岩心柱加热至所钻地层温度且加压至所钻地层位置的钻井液液柱压力与地层压强差值大小；从进口将对比溶液驱替进入岩心夹持器并开始回流，从岩心夹持器的出口收集流过岩心柱的对比溶液，根据得到的第一驱替时间和流过岩心柱的对比溶液的第一体积计算第一渗透率；从进口将待测钻井液驱替进入岩心夹持器并开始回流，从岩心夹持器的出口收集流过岩心柱的待测钻井液，根据得到的第二驱替时间和流过岩心柱的待测钻井液的第二体积计算第二渗透率；将第一渗透率和第二渗透率的差值除以第一渗透率，得到待测钻井液的封堵系数，可见，该方案中有反应地层岩石孔渗的因素影响，能够模拟钻井液对地层的封堵行为，能以定量结果客观反映钻井液在地层上的封堵行为，且能分析钻井液对地层井壁稳定的影响。
在上述测试钻井液封堵性的定量评价方法的一个具体实施例中，对比溶液可以为地层水或标准盐水且待测钻井液可以为未加封堵剂的钻井液。
在这种情况下，就是评价钻井液的封堵能力，其结果可以指导钻井液的配方优化和钻井液施工维护等工作，钻井液封堵系数可以定义为钻井液在待测地层岩石岩心中渗透率与地层水在相同岩心上的渗透率降低比率，该渗透率降低比率越大，钻井液的封堵系数值越大，反应钻井液的封堵能力越强。
具体计算公式如下
式中：fd为待测钻井液对地层岩石的封堵系数，在0-1之间，无单位，越大表示封堵能力越强；kd为待测钻井液对地层岩石的渗透率，单位为达西；kw为地层水在地层岩石中渗透的渗透率，单位为达西。
进一步需要说明的是，待测钻井液对岩石的渗透率是采用达西公式计算的渗透率，各项参数上面获得的数据，达西公式如下所示：
式中：k为渗透率，单位为达西；Q为流量，单位为m3/s，可以通过驱替试验得到的相应的体积和时间计算得出；μ为待测液体的粘度，按照有关方法直接测定出来，单位Pa.S；l为岩心柱的长度，单位为m；A为岩心柱的横截面积，单位为m2；Δp为驱替压差，单位为MPa，也就是前面提到的钻井液液柱压力与地层压强差值大小。
进一步地，地层水对岩石的渗透率也是采用达西公式计算，各项参数取值依据前面获得的实验数据，与上一步不同之处为所取流量为前面步骤S5获得的流量。
在上述测试钻井液封堵性的定量评价方法的另一个具体实施例中，对比溶液为未加封堵剂的钻井液且待测钻井液为加封堵剂的钻井液。
在这种情况下，就可以评价钻井液用封堵剂的封堵能力，其结果可以用于钻井液封堵剂的选择和钻井液用封堵剂的研制等工作。钻井液封堵剂对地层岩石的封堵系数定义为钻井液中加入封堵剂后在待测地层岩石岩心中渗透率与钻井液中未加封堵剂时在相同岩心上的渗透率降低比率，渗透率降低比率越大，钻井液用封堵剂的封堵系数值越大，反应钻井液用封堵剂的封堵能力越强。具体计算公式如下
式中：fm为钻井液封堵剂对地层岩石的封堵系数，在0-1之间，无单位，越大表示封堵能力越强，个别情况测试出来的封堵系数小于0，表示封堵剂没有封堵能力，还给钻井液进入地层岩石中提供促进作用；kd1为加入封堵剂前钻井液对地层岩石的渗透率，单位为达西；kd2为加入封堵剂后的钻井液在地层岩石中渗透的渗透率，单位为达西。
进一步地，加入封堵剂前钻井液对岩石的渗透率、加入封堵剂后钻井液对岩石的封堵系数也是采用达西公式计算的渗透率，各项参数取值依据获得的实验数据，与前述不同之处为：计算加入封堵剂前钻井液对岩石的渗透率时流量取为步骤S4中的实验获得的流量，计算加入封堵剂后钻井液对岩石的渗透率时流量取为步骤S5中的实验获得的流量。
在上述测试钻井液封堵性的定量评价方法的又一个具体实施例中，对比溶液为加第一种封堵剂的钻井液且待测钻井液为加第二种封堵剂的钻井液，在这种情况下，就能够比较这两种封堵剂的封堵性能，具体计算方式同上，此处不再赘述。
另外，在具体实施过程中，所钻地层温度可以优选为50摄氏度至200摄氏度，所钻地层位置的钻井液液柱压力与地层压强差值大小可以不大于50MPa，这就能够很好的模拟钻井液对岩石的封堵行为，比现有技术都更能接近真实状态。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种测试钻井液封堵性的定量评价方法，其特征在于，包括：
提供岩心柱、对比溶液和待测钻井液；
将所述岩心柱放入岩心夹持器中；
将所述岩心柱加热至所钻地层温度且加压至所钻地层位置的钻井液液柱压力与地层压强差值大小；
从进口将所述对比溶液驱替进入所述岩心夹持器并开始回流，从所述岩心夹持器的出口收集流过所述岩心柱的对比溶液，根据得到的第一驱替时间和流过所述岩心柱的对比溶液的第一体积计算第一渗透率；
从进口将所述待测钻井液驱替进入所述岩心夹持器并开始回流，从所述岩心夹持器的出口收集流过所述岩心柱的待测钻井液，根据得到的第二驱替时间和流过所述岩心柱的待测钻井液的第二体积计算第二渗透率；
将所述第一渗透率和所述第二渗透率的差值除以所述第一渗透率，得到所述待测钻井液的封堵系数。
2.根据权利要求1所述的测试钻井液封堵性的定量评价方法，其特征在于，所述对比溶液为地层水或标准盐水且所述待测钻井液为未加封堵剂的钻井液。
3.根据权利要求1所述的测试钻井液封堵性的定量评价方法，其特征在于，所述对比溶液为未加封堵剂的钻井液且所述待测钻井液为加封堵剂的钻井液。
4.根据权利要求1所述的测试钻井液封堵性的定量评价方法，其特征在于，所述对比溶液为加第一种封堵剂的钻井液且所述待测钻井液为加第二种封堵剂的钻井液。
5.根据权利要求1所述的测试钻井液封堵性的定量评价方法，其特征在于，所述所钻地层温度为50摄氏度至200摄氏度。
6.根据权利要求1所述的测试钻井液封堵性的定量评价方法，其特征在于，所钻地层位置的钻井液液柱压力与地层压强差值大小不大于50MPa。
7.根据权利要求1所述的测试钻井液封堵性的定量评价方法，其特征在于，所述提供岩心柱之前，还包括：
在地层取芯岩心中钻取直径24.5mm、长度40mm至60mm的岩心柱，两端削平；
将所述岩心柱进行干燥，直到相邻两次称重变化小于1％。
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