CN114252381A - 一种裂缝性储层水平井钻井液固相污染后污染程度评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种裂缝性储层水平井钻井液固相污染后污染程度评价方法，主要通过考虑钻井过程中天然裂缝在井底压力及泥浆固相堵塞影响下的宽度和流动能力变化以及泥浆固相对储层基质渗透率的伤害，最终评价钻井过程中泥浆固相对储层的伤害程度并获取储层渗透率分布；然后在储层模型中设置固定出口模拟生产井位置，设定出口处流体压力，计算稳态条件下储层内流体压力分布，计算过程中根据天然裂缝内流体压力值修正天然裂缝宽度及渗透率，并迭代直至收敛；然后，分别计算污染条件下产能指数和未污染条件下产能指数，最终计算出储层污染程度。本发明采用了一种相对直接、简便的方法准确评价水平井钻井后泥浆污染程度。
Description
技术领域
本发明涉及石油工程领域，尤其是一种裂缝性储层水平井钻井液固相污染后污染程度评价方法。
背景技术
裂缝性碳酸盐岩气藏是国内当前和未来天然气开发的主阵地，酸化是实现该类油气藏高效开发的主要手段之一。酸化的主要目标是解除由于钻井过程中钻井液固相对储层的伤害，因此准确评价钻井液固相对储层、天然裂缝的污染程度，是支撑酸化参数优化设计、油气井获得高产的基础。
目前国内外针对钻井泥浆污染的评价方法一般分为三类，分别为测井解释类、实验评价类与数值模拟类。基于测井资料可估算钻井液侵入深度，但无法建立天然裂缝参数与钻井液固相侵入特征的关系。实验可评价钻井液对岩心、裂缝的污染特征，但实验结果可表征的尺度较小，在现场设计中的应用受限。数值模拟是描述此类储层最为适用的方法，但现有的研究多针对钻井液侵入天然裂缝的深度开展研究(李松等，基于钻井液漏失侵入深度预测的裂缝性碳酸盐岩储层改造优化.钻采工艺，2018,41(2)：(42-45)，使得在后续的酸化设计过程中仅能基于泥浆在天然裂缝中的侵入深度开展设计，而无法有效的解除岩石内部的钻井液固相污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种相对直接、简便的方法准确评价裂缝性储层水平井钻井后泥浆污染程度。
本发明提供的裂缝性储层水平井钻井液固相污染后污染程度评价方法，步骤如下：
S1、建立天然裂缝钻井液污染模型，赋值储层孔隙度、渗透率、天然裂缝宽度、天然裂缝密度等特征参数。
S2、时间步开始，计算基质及天然裂缝内流体压力及x、y方向的流速，具体如下；
根据公式(1)计算流体压力：
根据公式(2)计算天然裂缝网格渗透率：
根据压力通过立方定律计算流体流速：
式中，p为单元格内流体压力，Pa；kx、ky为单元格x、y方向的平均渗透率，m2；u、v为x、y方向的流速，m/s；μ为流体粘度；φ为单元格内平均孔隙度，无因次；cl为流体压缩系数，Pa-1；ρ为流体密度，kg/m3；knf为天然裂缝渗透率，m2；wnf为天然裂缝宽度，m。
其中，为模拟水平井动态钻进过程，边界条件在水平井位置处设置为定压边界，入口边界范围从模型左边入口开始以等于钻速的速度向模型右侧移动，入口处压力则设置为钻井设计井底压力。
S3、基于流体流速计算结果计算泥浆固相浓度分布，公式如下：
式中，C为由钻井液固相浓度，mol/m3；De为泥浆固相扩散系数，m2/s；t为时间，x、y分别是单元格的x、y方向。
其中，为模拟水平井动态钻进过程，边界条件在水平井位置处设置为定浓度边界，入口边界范围从模型左边入口开始以等于钻速的速度向模型右侧移动。
S4、根据天然裂缝向壁面的滤失速度及天然裂缝网格内钻井液固相浓度计算本时间步内由天然裂缝内向壁面滤失的钻井液固相质量MGX：
MGX＝CnfvnfΔyhΔt (6)
式中，Cnf为天然裂缝内泥浆固相的质量浓度，kg/m3，由公式(5)得出；Δy为y方向单元格长度，m；h为储层厚度，m；vnf为天然裂缝向壁面的滤失速度，由公式(1)和(4)计算得出；Δt为时间步长度，s。
S5、根据钻井液粒径图和储层孔喉直径分布图，计算进入储层钻井液固相比例fGX，公式如下：
式中，rGX(D)为不同粒径钻井液固相占比；Dm为储层基质孔喉最大直径，m；DGX为钻井液固相粒径，m。
S6、对于不能滤失进入储层孔喉的固相，附着于天然裂缝壁面形成泥饼，计算附着于天然裂缝壁面的泥饼厚度hGX：
式中，h为储层厚度，m；Δy为y方向单元格长度，m；ρGX为钻井液固相密度，kg/m3；φGX为泥饼孔隙度，实验测得。
S7、结合泥饼渗透率、泥饼厚度及基质渗透率，计算污染后天然裂缝壁面网格平均渗透率kwr,c'：
式中，km为储层基质原始渗透率、Δx为x方向单元格长度，m；kGX'为滤饼渗透率，实验测得。
S8、计算泥饼生成后天然裂缝宽度w'nf：
式中，wnf为天然裂缝宽度；hGX,L和hGX,R分别为附着于天然裂缝左、右壁面的泥饼厚度；pt和pt-1分别是本时间步和上时间步的流体压力；Kn为裂缝刚强系数，MP/m。
S9、更新天然裂缝宽度、天然裂缝壁面网格平均渗透率，重复步骤S2～S8。具体是：将步骤S7计算的kwr,c'更新至公式(1)中，将kx、ky均替换为kwr,c'，将步骤S8计算的w'nf更新至公式(2)中，重复步骤S2～S8，直至泥浆污染过程结束，获得污染后裂缝性储层渗透率分布特征。
S10、在储层模型中设置固定出口模拟生产井位置，设定出口处流体压力为0.1×106Pa，计算稳态条件下储层内流体压力分布：
其中，计算过程中根据天然裂缝内流体压力值修正天然裂缝宽度及渗透率，并迭代直至收敛，收敛判据取1～103Pa：
计算稳态条件下出口处的总流量Q：
式中，k为生产边界上每个网格的渗透率，m2；h为储层厚度，m；Δx为x方向单元格长度，m；
计算污染条件下产能指数PI：
式中，
为模型平均压力；pwf为井底流压；
S11、将储层及天然裂缝渗透率恢复为步骤S1的初始值，重复步骤S10，其中将公式(11)替换为公式(15)：
计算未污染条件下产能指数PIini：
式中，
为模型平均压力；pwf,ini为井底流压。
S12、计算储层污染程度：
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
本发明采用直接、简便的方法来准确评价水平井钻井后泥浆污染程度，重点考虑钻井过程中天然裂缝在井底压力及泥浆固相堵塞影响下的宽度和流动能力变化以及泥浆固相对储层基质渗透率的伤害，最终评价钻井过程中泥浆固相对储层的伤害程度并获取储层渗透率分布，为酸化优化设计提供支撑。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1、天然裂缝钻井液污染模型示意图。
图2、天然裂缝钻井液污染模型分析示意图。
图3、储层流体压力分布图。
图4、y方向流动速度分布图。
图5、泥浆固相浓度分布图。
图6、由天然裂缝内向壁面滤失的钻井液固相质量分布图。
图7、附着于天然裂缝壁面的泥饼厚度分布图。
图8、天然裂缝壁面网格污染后y方向渗透率分别图。
图9、天然裂缝宽度变化量。
图10、污染后井筒剖面流体流速分布图。
图11、未污染井筒剖面流体流速分布图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种裂缝性储层水平井钻井液固相污染后污染程度评价方法，具体步骤如下：
S1、建立天然裂缝钻井液污染模型，如图1和2所示，模型尺寸300m×50m。赋值储层孔隙度0.03、渗透率0.1×10-15m2、天然裂缝宽度0.0001m、天然裂缝密度0.2条/m。
S2、时间步开始，计算基质及天然裂缝内流体压力及x、y方向的流速。得到如图3所示的储层流体压力分布图。如图4所示的y方向流动速度分布图。
S3、基于流速计算结果计算泥浆固相浓度分布，结果如图5所示。
S4、根据天然裂缝向壁面的滤失速度及天然裂缝网格内钻井液固相浓度计算由天然裂缝内向壁面滤失的钻井液固相质量MGX。计算结果如图6所示。
S5、根据钻井液粒径图和储层孔喉直径分布图，确定能够进入储层钻井液固相比例fGX＝0.1。
S6、对于不能滤失进入储层孔喉的固相，附着于天然裂缝壁面形成泥饼，首先计算附着于天然裂缝壁面的泥饼厚度。计算结果见图7。
S7、结合泥饼渗透率、泥饼厚度及基质渗透率计算污染后天然裂缝壁面网格平均渗透率。如图8所示，是天然裂缝壁面网格污染后y方向渗透率计算结果图。
S8、计算泥饼生成后天然裂缝宽度，结果见图9。
S9、更新天然裂缝宽度、天然裂缝壁面网格平均渗透率，即将步骤S7计算的kwr,c'更新至公式(1)中，将kx、ky均替换为kwr,c'，重复步骤S2～S8，直至泥浆污染过程结束，即可获得污染后裂缝性储层渗透率分布特征。
S10、在储层模型中设置固定出口模拟生产井位置，设定出口处流体压力为0.1×106Pa，污染后井筒剖面流速分布如图10所示。计算污染条件下的产能指数PI为1.8840×10-12。
S11、将储层及天然裂缝渗透率恢复为初始值渗透率0.1×10-15m2，重复步骤S10，其中将公式(11)替换为公式(15)：
未污染井筒剖面流速分布如图11所示。计算未污染条件下产能指数PIini为9.9690×10-10。
S12、计算储层污染程度
计算得到储层污染程度高达99.8％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种裂缝性储层水平井钻井液固相污染后污染程度评价方法，其特征在于，步骤如下：
S1、建立天然裂缝钻井液污染模型，赋值储层孔隙度、渗透率、天然裂缝宽度、天然裂缝密度这些特征参数；
S2、时间步开始，计算基质及天然裂缝内流体流速，具体如下；
根据公式(1)计算流体压力：
根据公式(2)计算天然裂缝网格渗透率：
根据公式(3)和(4)计算流体流速：
式中，p为单元格内流体压力，Pa；kx、ky为单元格x、y方向的平均渗透率，m2；u、v为x、y方向的流速，m/s；μ为流体粘度；φ为单元格内平均孔隙度，无因次；cl为流体压缩系数，Pa-1；ρ为流体密度，kg/m3；knf为天然裂缝渗透率，m2；wnf为天然裂缝宽度，m；
S3、基于流体流速计算结果计算泥浆固相浓度分布；
S4、计算本时间步内由天然裂缝内向壁面滤失的钻井液固相质量MGX：
MGX＝CnfvnfΔyhΔt (6)
式中，Cnf为天然裂缝内泥浆固相的质量浓度，kg/m3；Δy为y方向单元格长度，m；h为储层厚度，m；vnf为天然裂缝向壁面的滤失速度，由公式(1)和(4)计算得出；Δt为时间步长度，s；
S5、计算进入储层钻井液固相比例fGX；
S6、计算附着于天然裂缝壁面的泥饼厚度hGX：
式中，h为储层厚度，m；Δy为y方向单元格长度，m；ρGX为钻井液固相密度，kg/m3；、φGX为泥饼孔隙度，实验测得；
S7、计算污染后天然裂缝壁面网格平均渗透率kwr,c'：
式中，km为储层基质原始渗透率、Δx为x方向单元格长度，m；kGX'为滤饼渗透率，实验测得；
S8、计算泥饼生成后天然裂缝宽度w'nf：
式中，wnf为天然裂缝宽度；hGX,L和hGX,R分别为附着于天然裂缝左、右壁面的泥饼厚度；pt和pt-1分别是本时间步和上时间步的流体压力；Kn为裂缝刚强系数，MP/m；
S9、更新天然裂缝宽度、天然裂缝壁面网格平均渗透率，重复步骤S2～S8，直至泥浆污染过程结束，获得污染后裂缝性储层渗透率分布特征；
S10、在储层模型中设置固定出口模拟生产井位置，设定出口处流体压力为0.1×106Pa，计算稳态条件下储层内流体压力分布：
其中，计算过程中根据天然裂缝内流体压力值修正天然裂缝宽度及渗透率，并迭代直至收敛，收敛判据取1～103Pa：
计算稳态条件下出口处的总流量Q：
式中，k为生产边界上每个网格的渗透率；
计算污染条件下产能指数PI：
式中，
为模型平均压力；pwf为井底流压；
S11、将储层及天然裂缝渗透率恢复为步骤S1的初始值，重复步骤S10，其中将公式(11)替换为公式(15)：
计算未污染条件下产能指数PIini：
式中，
为模型平均压力；pwf,ini为井底流压；
S12、计算储层污染程度：
2.如权利要求1所述的裂缝性储层水平井钻井液固相污染后污染程度评价方法，其特征在于，所述步骤S3中，计算泥浆固相浓度分布公式如下：
式中，C为由钻井液固相浓度，mol/m3；De为泥浆固相扩散系数，m2/s。
3.如权利要求1所述的裂缝性储层水平井钻井液固相污染后污染程度评价方法，其特征在于，所述步骤S5中，计算进入储层钻井液固相比例fGX的公式如下：
式中，rGX(D)为不同粒径钻井液固相占比；Dm为储层基质孔喉最大直径，m；DGX为钻井液固相粒径，m。
4.如权利要求1所述的裂缝性储层水平井钻井液固相污染后污染程度评价方法，其特征在于，所述步骤S9具体是：将步骤S7计算的kwr,c'更新至公式(1)中，将kx、ky均替换为kwr,c'，将步骤S8计算的w'nf更新至公式(2)中，重复步骤S2～S8，直至泥浆污染过程结束，获得污染后裂缝性储层渗透率分布特征。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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