钻井过程中油气层保护暂堵方案优选新方法及配套软件研制

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1、钻井过程中油气层保护暂堵方案优选新方法及配套软件研制摘要：在前人研究工作基础上，应用连续尺寸颗粒堆枳理论阐述了优选钻井液中暂堵剂颗粒尺寸的“理想充填理论”和么规则。在此基础上，提出了一种特别有利于对中、高渗储层实施有效暂堵和保护的暂堵方案优选新方法。依据该方法研制、开发的配套软件能够根据相关地层参数，快速、准确地对具有不同粒径的暂堵剂产品按一定比例进行合理的复配组合。实验结果表明，优选出的复配暂堵方案能有效地形成致密泥饼，与传统方法相比，岩心的渗透率恢复值明显提髙，从而能有效阻止钻井液屮固相颗粒和滤液侵入油气层。经现场试验，证实应用该项技术可取得了十分理想的保护储层的效果。关键词：理想充填

2、理论；2。规则；保护油气层；钻井液；暂堵剂；颗粒尺寸分布暂堵剂的合理使用是钻井过程中保护油气层的关键技术之一。1977年，Abrams⑴首次提Hi了对钻井液中所使用的暂堵剂颗粒尺寸进行优选的准则，即“三分之一”架桥规则。在20世纪90年代初期，在此基础上，国内⑵幻进一步提出了屏蔽暂堵技术，即在一定正压差条件下，当架桥颗粒粒径为储层平均孔径的1/2〜2/3吋，在储层孔喉处的架桥最为稳定。随着保护油气层技术的进一步发展，近年來国外学者指出在某些情况下，使用“三分之一”架桥规则并不能达到一种最佳的保护效果，并提出新的架桥原理和方法取而代之厲讥例如，国外M-I钻井液公司和BPAmoco公司应用“理

3、想充填理论”，建立和发展了一整套新的暂堵方法和技术，并已广泛应用于生产现场。在上述研究工作基础上，本项研究应用连续尺寸颗粒堆积理论并依据大量实验的结果，较系统地提出了对暂堵剂颗粒尺寸进行优选的新理论和新方法，并且在现场实际应用中取得了理想的暂堵和保护储层的效果。保护储层暂堵技术的着眼点是在储层井壁上快速形成致密的泥饼，并且在油井投产前泥饼易于清除。影响泥饼形成过程的因素除压差和环空流速外，还与钻井液屮各种颗粒的尺寸和堆枳情况密切相关。优选暂堵剂颗粒尺寸的理想充填理论正是在研究连续尺寸颗粒堆积效率的基础上提111的。1连续尺寸颗粒的堆积1.1连续尺寸颗粒的分布就颗粒尺寸来说，人们实际接触的颗

4、粒体系多属连续分布的体系，因此有必要建立相应的数学模型来描述连续分布颗粒体系的堆积特性。冃前最常用的粒度分布模型有：Rosin-Ramniler模型、Gaudin-Schuhmann模型及Alfred模型"。Rosin-Rammler粒度分布模型的数学表述式为「(dR=exp一一(1)1匕丿」式中〃为任意粒径；斤为大于粒径d的粒级含量；d为特征粒径，等于7^0.368相对应的粒径；为模型参数。Gaudin-Schuhmann粒度分布模型的数学表达式为式中y为小于粒径〃的粒级含量；£为颗粒体系屮的最大粒径。Alfred粒度分布模型是对Gaudin-Schuhmann模型的改进。因为在式(2)

5、屮，当爪0时无定义，故改为dLn-d；式中么为颗粒体系中的最小粒径。1.2连续尺寸颗粒的堆积方程1)Andreasen方程经典的连续堆积理论的主要倡导者是AndreasenoAndreasen111试图把颗粒分布描述为分布形式总是相同的，即“统计类似”，即使加入越来越粗的颗粒也是如此。所加入的大颗粒的体积总是细粉总量的恒定分数。表述这种尺寸关系的方程为：CPFT(DX/、=(4)100[dl)这一指数方程描述了含有无限小尺寸的颗粒，显然这在实际系统中是不可能的。Andreasen也知道这一点，但他断定，如果最小颗粒的尺寸是有限小的或是某个无限小的尺寸，其结果并无显著区别。Andreasen

6、的另一结论是，各种分布的空隙率随其方程中的指数〃(分布模数)的减小而下降。各种分布的空隙率随其方程中的指数刀(分布模数)的减小而下降。根据其实验结果，为使实际分布的空隙率最小，刀的最佳值应在0.33-0.50的范围内，这一点也为国内许多教科书所引用。他的实验表明，当小于0.5时空隙率并无明显降低。因此，他断定収/；远小于0.5是没有实际价值的。图1示出了Z1二500刚时不同分布模数/?的Andreasen分布。n=0.1xv=0.2nzO.3n=0.4--n=0.5n=0.6n=0.7n=0.8n=0.$—・•—・0n=2*n=3n=4—•—•*n=5图1Andreasen颗粒粒径分布图2

7、)Dinger-Funk方程20世纪70年代,Dinger和Funk八通过在分布中引入有限小最小颗粒尺寸对Andreasen方程进行了修正。假设当彷2•时,CPFT100CPFT100则有:DsDn-Ds"D：~Dsn(5)CPFT100上式即为Dinger-Funk方程，也称作Alfred方程。不难看出，当A愈小时，两种分布愈接近。这是因为Dinger-Funk分布本质上就是Andreasen分布，只是增加了一项有限小