浅谈裂缝性地层钻井液漏失模型及漏失规律

李晓彦 罗泽民 刘卫东

摘 要：钻井液漏失是在裂缝性地缝结构中钻井作业过程中比较常见的问题之一，一旦出現钻井液漏失现象就会直接影响钻井作业效率，延长工程进度，为石油企业带来一定经济损失。为了避免由裂缝性底层钻井液漏失而引其一系列不必要的麻烦，有必要针对导致该问题产生的原因进行全面性分析，同时对问题发声原理进行建模，找出钻井液的发生漏失问题的规律，只有这样才能够为石油钻井作业的顺利进行提供更多保障。此次笔者就专门针对裂缝性地层钻井液漏失模型及漏失规律展开了一系列探讨，以备相关人士参考。

关键词：裂缝性地层；钻井液漏失；模型；规律

引言：在石油行业钻井作业过程中，如果钻井液经由裂缝而进入地层当中会引发一系列事故问题，严重情况下甚至会导致井喷事故以及井体结构坍塌等，对工作人员的生命安全造成了极大的隐患，同时，针对裂缝性地层漏液问题进行处理也进一步增加了作业成本的投入。一般多采取桥接材料堵漏、静止堵漏、以及无机胶凝物质堵漏等，随着科技的不断发展，漏失控制技术也得到了逐步完善与升级，但是实际应用效果仍有一定的提升空间。

1.探究裂缝性地层钻井液漏失模型及漏失规律的必要性

目前我国石油行业通常采用分形手段建立裂缝性地层钻井液漏失模型，以此将其表层的粗糙程度更加直观的表示出来。在进行分析的过程中要通过相应方程式的计算确保各项参数的准确性。在应用控制方程进行计算之前一定要确认裂缝的开度满足变形规律需求，从而对裂缝地层的表面粗糙程度是否会对漏失规律产生影响而做出合理判断。但是在技术人员通过平板模型对钻井液漏失规律展开实际研究时，所得出的结果往往都会产生一定的误差现象，最终使整个分析结果失去准确性。在这种情况下，技术人员需要采取有效措施对误差现象进行控制，针对不同的裂缝开度给与相应的定义，将所得的准确参数作为裂缝性地层钻井液漏失建模的重要依据，继而将裂缝表层粗糙度对钻井液缝内流体流动的规律全面体现出来[1]。

2.当前裂缝性地层钻井液漏失建模的主要手段

当工作人员在地层环境中进行钻井作业时，出现一条处于任意倾角状态的矩形裂缝，并且该裂缝的表层表现出明显的渗透性特点，如下图1。

该模型的建立是沿着裂缝表层先创建一个直角坐标系，其中的x 轴代表水平方向，而此裂缝的走向也与x 轴的方向相一致。其中的y轴代表顺着裂缝倾角的方向。此裂缝结构的夹角为α。途中的Lx 及Ly表示顺着x、y轴方向的裂缝长度，其值即为裂缝面形状的表征。在着手建模操作的时候，应在钻进部分尚未到达裂缝地层之前先将其中初始压力值视为Pi，同时将裂缝结构中钻井液的性质和流变性视为相同状态，在这种情况下，如果t值为0，裂缝表层与井眼就会相交，而这时候钻井液会快速流入裂缝当中，继而使裂缝结构中的压力和井体结构中的压力上升至同一水平[2]。在研究流变部分内容的时候，工作人员需将已经流入地层中的钻井液视为无法进行压缩的非牛顿流体物质，从而赋予其剪切稀释性的特点。这时，如果钻井液属于幂律流体物质，呢么对应的方程即为：t=Kyn

通过裂缝变形控制放程实施钻井液漏失建模的过程中一定要假设裂缝是以可变性的状态存在的，因此裂缝的开度就会随着结构中压力的动态变化情况而产生相应的变化。如果裂缝相交于地层钻井眼，那么钻井液必然会进入裂缝当中，继而将原本作业条件下的压力环境就会发生改变，与此同时裂缝的开度也会随之改变。通过一系列分析发现该过程中出现的变形和线性方程之间存在很大的练习，所以，可以应用以下公式将裂缝和钻井作业压力二者之间的线性关联体现出来：Wh=Wh0+（P-Pi）/Kn。

3.对裂缝性地层钻井液的漏失规律的研究

如果想要通过井底环境压力差来表示井内压力与缝内初始压力的差值，可以利用井内的压力参数对井底部分的压力差进行有效控制。在分析裂缝结构内流通流动规律时，钻井液流变参数是必须掌握的。下图2中所表示的就是幂律模式钻井液流动特性指数、稠度系数对钻井液漏失速率的影响。通过对下图的分析可以发现，一旦钻井液流动特性指标降低，那么钻井液的漏失速度峰值就会随着逐步增加，同时速率曲线下降幅度也更加明显，最终在速率曲线末端达到峰值。这是由于裂缝地层钻井液剪切稀释效应与流动特性成负相关，裂缝中钻井液流动阻力的变化得到了有效控制，最终使钻井液的漏失效率变大。正如下图所示，在钻井液的粘稠度升高的情况下，钻井作业过程中液体漏失速率峰值会随之降低。这是因为系数的变化直接关系着钻井液的粘稠度，继而使钻井液流动阻力发生相应变化，进一步增加了裂缝地层钻井作业的操作难度。而裂缝迂曲度主要用于体现对钻井液漏失速率的影响。在裂缝初始开度处于统一情况的时候，裂缝的迂曲程度增加，对应的钻井液漏失效率就会降低。在漏失初始阶段，钻井液的漏失速率会显示出迅速下降的趋势，一直降低到漏失末段的稳定状态。所以，在裂缝开度较小的情况下一定要注意裂缝表层粗糙度因素对钻井液漏失速率产生的影响。

结语：从上文的分析中我们可以看出，现阶段针对裂缝性地层钻井液漏失模型及漏失规律展开深入行研究对于石油开采作业的顺利进行具有重要的意义。但是由于我国石油行业起步相对较晚，在此方面的研究尚不够成熟，因此，技术人员还需加强探索与实践，发挥自身发散性思维与创新精神，对所有影响因素进行充分考虑与分析，保障所得参数的准确性，完成裂缝性地层钻井液漏失模型的快速、准确建立，以此对漏失规律展开更加全面而细致性的分析，从而确保石油资源开采工作的稳定、高效进行。

参考文献：

[1]李大奇，刘四海，康毅力，张浩.天然裂缝性地层钻井液漏失规律研究[J].西南石油大学学报（自然科学版），2016，38（03）：101-106.

[2]贾利春，陈勉，侯冰，孙振，金衍.裂缝性地层钻井液漏失模型及漏失规律[J].石油勘探与开发，2014，41（01）：95-101.