一种油基钻井液参数的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种油基钻井液参数的设计方法，其按照先后顺序包括以下步骤：通过试验测试地层岩石的物理性质和结构性质；根据地层岩石的物理性质和结构性质，建立典型矿物、地层岩石的孔隙结构、油基钻井液参数对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的综合表征模型，并绘制油基钻井液参数与润湿性之间的关系图；建立地层岩石与油基钻井液系统在润湿性条件下的井壁稳定力学模型，并绘制油基钻井液参数与井壁稳定之间的关系图；根据油基钻井液参数与井壁稳定之间的关系图，确定油基钻井液参数。本发明专利技术所设计的油基钻井液参数的窗口准确合理，能够定量评价油基钻井液保持井壁稳定的作用效果，防止井下复杂情况的发生，合理控制油基钻井液的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油气钻井工程
，涉及钻井液体系的设计方法，尤其涉及一种 油基钻井液参数的设计方法。
技术介绍
近年来，井壁稳定问题一直是制约我国石油钻探的关键技术难题。为保持井壁稳 定，对于钻井过程中钻遇率达到90%的富含粘土矿物的地层，多采用油基钻井液钻进，但是 对于裂缝发育的裂缝性地层，油基钻井液依然会漏失进入地层。特别是对于发育大量微裂 隙的混合润湿性地层，比如页岩地层、泥岩地层、砂岩地层，在毛管力的作用下油基钻井液 滤液更容易进入地层，从而增大裂缝尖端的应力强度因子，使裂缝扩展，进而导致井壁不稳 定。从微观角度分析，油基钻井液与地层岩石之间的边界层的界面特性，尤其是润湿特性是 控制油基钻井液进入地层岩石，以及油基钻井液与地层岩石之间一切物理作用和化学作用 的关键。 由于地层岩石与油基钻井液系统润湿性的改变会影响裂缝尖端的应力强度因子， 基于断裂力学理论，当应力强度因子超过地层岩石的断裂韧性时，裂缝发生扩展，井壁失 稳，因此地层岩石与油基钻井液系统的润湿性需要有一个安全窗口。油基钻井液体系特征 在很大程度上直接影响着地层岩石与油基钻井液系统的润湿性，进而影响井壁的稳定性， 因此依据地层岩石与油基钻井液系统的润湿性设计油基钻井液参数，对于保持井壁稳定具 有重要意义。 申请公布号为CN103045198A的专利技术专利公开了一种天然气井使用的防漏失钻井 液体系，其配方为膨润土 1-5,铵盐0. 1-1，包被剂0. 1-1，降滤失剂0. 1-1，碳酸钙1-5,氯化 钾1-5,余量为水，以上比例均以重量计算，单位为千克，按照上述配方配制钻井液并用于钻 井。 申请公布号为CN103045194A的专利技术专利公开了一种天然气井使用的储层保护钻 井液体系，其配方为膨润土 1-5,铵盐0. 1-1，包被剂0. 1-1，磺化沥青1-5,磺化褐煤1-5,成 膜剂0. 5-5,碳酸钙1-5,氯化钾1-5,余量为水，以上比例均以重量计算，单位为千克，按照 上述配方配制钻井液并用于钻井过程。 上述两个专利的钻井液体系均具有失水小、流变性能好、能够保持井壁稳定等优 点，但是该钻井液体系的配方是根据经验来优化的，通过提高钻井液性能来定性评价其实 际应用效果，另外钻井液的性能可能会过高，从而导致成本提高。因此，急需开发一种钻井 液参数的设计方法，通过控制钻井液参数保持井壁稳定，这对于我国石油钻探行业的发展 具有重要的社会意义和经济意义。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供，其 按照先后顺序包括以下步骤： 步骤一：通过试验测试地层岩石的物理性质和结构性质； 步骤二：根据地层岩石的物理性质和结构性质，建立典型矿物、地层岩石的孔隙结 构、油基钻井液参数对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的综合表征模型，并绘制油基钻 井液参数与润湿性之间的关系图； 步骤三：建立地层岩石与油基钻井液系统在润湿性条件下的井壁稳定力学模型， 并绘制油基钻井液参数与井壁稳定之间的关系图； 步骤四：根据油基钻井液参数与井壁稳定之间的关系图，确定油基钻井液参数。 本专利技术的油基钻井液参数的设计方法，是基于地层特性和地层与流体界面特性来 设计油基钻井液的参数，使油基钻井液参数的设计更具科学与理论依据，以有效防止井壁 失稳，防止井下复杂情况的发生，同时避免了油基钻井液的性能过高，合理控制油基钻井液 的成本。 优选的是，步骤一中，至少取十块地层岩石，分别测试其物理性质和结构性质。 在上述任一方案中优选的是，采用X射线衍射试验测试地层岩石的矿物组分。X射 线衍射方法具有不损坏地层岩石样品、无污染、快捷、对矿物组分的测量精度高等优点。 在上述任一方案中优选的是，采用热解试验和镜质体反射率试验测试地层岩石的 总有机碳含量（TOC)、干酪根类型、成熟度。在热解试验中，所使用的地层岩石样品的用量 少，操作简捷，速度快，分析成本低，测试结果准确，可评价地层岩石的总有机碳含量、干酪 根类型。采用镜质体反射率试验测试地层岩石的成熟度。有机质的热演化过程与镜质体的 演化过程密切相关，因此镜质体反射率是良好的有机质成熟度指标，有机质热变质作用越 深，镜质体反射率越大。 在上述任一方案中优选的是，米用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子计算机 X射线断层扫描试验测试地层岩石的孔隙分布。借助扫描电子显微镜（SEM)和透射电子显 微镜（TEM)，可定性观察地层岩石中的二维孔隙分布特征；借助电子计算机X射线断层扫描 (CT)，可定性观察地层岩石中的三维孔隙分布特征。 在上述任一方案中优选的是，采用聚焦离子束试验、氮气吸附试验测试地层岩石 的孔隙度。借助聚焦离子束（FIB)试验和氮气吸附试验，可定量表征地层岩石的孔隙度。 在上述任一方案中优选的是，采用巴西劈裂试验测试地层岩石的断裂韧性。 在上述任一方案中优选的是，步骤二中，典型矿物、地层岩石的孔隙结构、油基钻 井液参数对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的综合表征模型的建立，其按照先后顺序包 括以下步骤： 步骤一：将地层岩石按照硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、粘土矿物三类典型矿物的重量 百分比作出三元相图，分析已测地层岩石的矿物组分，并依据矿物组分在三元相图中的落 点进行分类； 步骤二：分别制备典型矿物地层岩石的标准测量表面； 步骤三：分别测量典型矿物地层岩石的标准测量表面在油基钻井液作用下的接触 角，并分别结合所对应地层岩石的总有机碳含量、干酪根类型、孔隙结构的测试数据，分析 典型矿物、总有机碳含量、孔隙度对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的影响； 步骤四：通过调整油水比和乳化剂添加量，配制不同性能的油基钻井液，并测量其 破乳电压、粘度、PH值、API滤矢量（室温0. 7MPa下的滤矢量）、HTHP滤矢量（高温高压滤 矢量）； 步骤五：分别测量典型矿物地层岩石的标准测量表面在不同性能的油基钻井液作 用下的接触角，分析油基钻井液参数对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的影响； 步骤六：根据典型矿物的重量百分比、总有机碳含量、孔隙度、油基钻井液参数、接 触角的测试数据，建立地层岩石与油基钻井液系统润湿性的综合表征模型。 在上述任一方案中优选的是，分析已测地层岩石的矿物组分，至少为一类典型矿 物。 在上述任一方案中优选的是，分析已测地层岩石的矿物组分，为三类典型矿物。 取至少十块地层岩石，分别测试其矿物组分，并依据矿物组分在三元相图中的落 点进行分类，矿物组分以重量百分比计算。三类典型矿物为硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、粘土 矿物。若地层岩石中哪类矿物组分占主导，则该地层岩石为哪类矿物地层岩石。石英、钾长 石、斜长石为硅酸盐矿物；方解石、白云石为碳酸盐矿物。 在上述任一方案中优选的是，所述典型矿物地层岩石的标准测量样品的形状为圆 柱形。 在上述任一方案中优选的是，所述圆柱形的上、下端面平行。 在上述任一方案中优选的是，所述圆柱形的上、下端面进行机械抛光处理。...

【技术保护点】
一种油基钻井液参数的设计方法，其按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：通过试验测试地层岩石的物理性质和结构性质；步骤二：根据地层岩石的物理性质和结构性质，建立典型矿物、地层岩石的孔隙结构、油基钻井液参数对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的综合表征模型，并绘制油基钻井液参数与润湿性之间的关系图；步骤三：建立地层岩石与油基钻井液系统在润湿性条件下的井壁稳定力学模型，并绘制油基钻井液参数与井壁稳定之间的关系图；步骤四：根据油基钻井液参数与井壁稳定之间的关系图，确定油基钻井液参数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢运虎，金衍，张亚云，陈勉，梁川，侯冰，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11