一种用于评价钻井液封堵性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于评价钻井液封堵性能的方法，涉及钻井液封堵性能评价技术领域，使用高强度透明硬管外衬加热套筒模拟井筒，以不同粒径重晶石、石英砂和碳酸钙根据实际渗透率需要复配混合辅以辅助材料制得渗透率已知的模拟地层，封闭整套装置后加热至指定温度后，加压测得水对模拟地层渗透率k1，重复上述步骤得到封堵钻井液对模拟地层渗透率k2，计算即得渗透率降低率kr；本发明专利技术解决了如何在保证提高封堵钻井液评价准确性以及评价方法实用范围广的基础上，显著降低评价成本，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种用于评价钻井液封堵性能的方法
本专利技术属于钻井液封堵性能评价
，具体涉及一种用于评价钻井液封堵性能的方法。
技术介绍
在现场钻井施工过程中，无论是油井或者气井在钻遇空隙较大地层时均会出现不同程度漏失现象。处理此类漏失通常加入一些随钻、单封等堵漏材料，但现场施工中入井的材料没有量化标准，各种材料间的比例随机变动且材料粒径和种类搭配未经过系统科学研究，以致在现场施工中尽管加入很多堵漏材料但效果较差，造成成本增加及影响钻井进度。在室内对钻井液的封堵能力评价，可提高现场应用的可靠性和针对性。目前，国内评价钻井液封堵性能的方法有很多种。如一种高温高压动态失水仪，使用的是人造岩心，其一次性导致实验成本较高。又如采用高温高压滤失仪测定钻井液的滤失量来评价其封堵性，该方法无对照例，不能充分说明所达到的封堵具体效果如何。又如一种使用岩心渗透率仪器评价封堵率的方法，该方法所使用仪器贵重，且操作环境要求高。又如使用岩心切片机制作模拟地层用以评价封堵性能，该方法使用现成的岩心，导致其渗透率单一，无法进行多组评价比较，适用范围受限。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于评价钻井液封堵性能的方法，解决了如何在保证提高封堵钻井液评价准确性以及评价方法实用范围广的基础上，显著降低评价成本的问题，应用前景广阔。为了达到上述的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种用于评价钻井液封堵性能的方法，包括以下步骤：S1、获取拟评价地层的渗透率k和温度值t；S2、准备透明的模拟井筒，将多种粒径的填充材料与辅助材料充分混匀后，装入模拟井筒中，压实，得到圆柱体形状的初级模拟地层，所述模拟井筒以及设置在模拟井筒内的初级模拟地层构成初级模拟地层井筒，所述初级模拟地层与模拟井筒的体积比为0.2～0.4:1；S3、将S2得到的初级模拟地层井筒垂直固定，从其上端口加入水，封闭上端口，并对初级模拟地层井筒加热至温度值t，对初级模拟地层井筒中初级模拟地层以上的封闭空间加压至压力值P，保持温度和压力不变，测试单位时间内的水滤失体积，根据单位时间内的水滤失体积计算得到初级模拟地层水渗透率k1′，所述温度值t为20～230℃，压力值p为0.69～6.55MPa；S4、比较k1′值与k值的大小，若k1′值大于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中小粒径的填充材料的占比；若k1′值小于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中大粒径的填充材料的占比；S5、重复步骤S2-S4，直到k1′值等于k值，得到与拟评价地层具有相同水渗透率的模拟地层井筒，所述模拟地层井筒中的模拟地层的水渗透率以k1表示，则k1＝k；S6、将S5得到的模拟地层井筒内剩余的水倒掉，并从其上部倒入封堵钻井液，封闭上端口，并对模拟地层井筒加热至S3相同的温度值t，对模拟地层井筒中模拟地层以上的封闭空间加压至S3相同的压力值P，保持温度和压力不变，测试单位时间内的封堵钻井液滤失体积，根据单位时间内的封堵钻井液滤失体积计算得到模拟地层封堵钻井液渗透率k2；S7、根据k1和k2，计算得到模拟地层渗透率降低率kr；S8、根据模拟地层渗透率降低率kr值大小，对封堵钻井液封堵性能进行评价。初级模拟地层(或模拟地层)与模拟井筒的体积比为0.2～0.4:1，使模拟井筒的中有足够的剩余空间用于装入水或钻井液，并进行加压；所述单位时间内的水滤失体积为模拟井筒上部注入氮气加压后，单位时间内，从模拟地层下部流出的水体积；所述单位时间内的封堵钻井液滤失体积为模拟井筒上部注入氮气加压后，单位时间内，从模拟地层下部流出的封堵钻井液体积。通过在模拟井筒底部用量具收集液体并读数即可获取。需要说明的是，在步骤S1中，无法一次性准确获得具有特定渗透率(即拟评价地层的渗透率)的模拟地层，可以按随意比例进行混合，只要在多次重复步骤S2-S4后，多次调整填充材料的粒径比例(但填充材料的总体积是不变的，也就是说初级模拟地层的体积是保持不变的，与最终得到的模拟地层的体积一样)，获得准确的具有特定渗透率(即拟评价地层的渗透率)的模拟地层所需要的填充材料比例，从而获得模拟地层，即可；当然，作为本领域的技术人员，也可以根据以往实验经验在步骤S1中进行初步的预估计，以获得更为接近的首次填充材料比例，从而减少重复步骤S2-S4的次数。对于一般的实验设备是不可能承受真实地层压力，即使能达到，其试验危险性太大，因此，在实验室，为满足实验室模拟需要，根据中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5377-2013<钻井液参数测试仪器技术条件>中5.2节关于工作压力与温度的规范，将本专利技术所涉及方法中的压力值与温度值设定为：温度值t为20～230℃，压力值p为0.69～6.55MPa。进一步的是，步骤S1中，拟评价地层的渗透率k和温度t从该拟评价地层的地质勘探资料中直接查阅获取，作为已知的参数使用。地质勘探资料一般指测井资料。进一步的是，所述填充材料包括重晶石、石英砂和/或石灰石粉；所述辅助材料包括凝胶、甘油和/或聚乙烯醇。填充材料为惰性材料，可准确的模拟地层多种孔隙情况，且不会或极难与钻井液发生化学反应，避免产生其它产物，对封堵评价效果产生影响。进一步的是，所述模拟井筒由承压能力在10MPa以上的透明PVC硬管制成，其容积为1100～1300cm3；所述填充材料体积为300cm3～400cm3；倒入水或封堵钻井液的体积为450cm3～550cm3；所述辅助材料与填充材料的体积比为1～10:100。辅助材料比例大，封堵部分空隙，影响模拟地层的孔隙度，辅助材料比例小，使填充材料间粘合效果差，模拟地层的压实效果受影响，因此合适的辅助材料与填充材料的体积比，可在保证模拟地层压实效果的基础上，不影响评价效果。采用高强度透明硬管可仿真模拟井筒，便于各个方向上观察渗流情况，辅助指导对填充材料粒径比例的调整，且能快速的采集对模拟地层的的结构和尺寸参数，进行渗透率的计算。进一步的是，所述填充材料包括n1、n2、n3和n4四种粒径，n1＝1700～4750um，n2＝380～830um，n3＝120～150um，n4＝11～18um；n1、n2、n3和n4的体积比为：1～4:2～3:2～3:1～4。以适应目前行业主流地层模拟的需要。不同的粒径的颗粒混匀压实可精确的形成需要的模拟地层。需要说明的是，这里的填充材料的四种粒径，实质上四种粒径范围，是以一个粒径范围来进行划分，用以区分粒径级别。进一步的是，步骤S3和S6中，加压的方式为从初级模拟地层井筒或模拟井筒上部注入氮气加压。氮气为惰性气体，不会与钻井液或水发生反应，从而不会影响实验效果。进一步的是，所述渗透率k1′、k1和k2的计算公式为：其中，q1′为单位时间内的初级模拟地层的水滤失体积，q1为单位时间内的模拟地层的水滤失体积，q2为单位时间内的模拟地层的封堵钻井液滤失体积；l为初级模拟地层或模拟地层平均厚度；μ1为水粘度，μ2为封堵钻井液粘度；A为初级模拟地层或模拟地层表面积；Δp为初级模拟地层或模拟地层上下压差，模拟地层上部压力为p，下部压力为标准大气压。由于井筒下部是开放式的，下部压力为标准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于评价钻井液封堵性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取拟评价地层的渗透率k和温度值t；S2、准备透明的模拟井筒，将多种粒径的填充材料与辅助材料充分混匀后，装入模拟井筒中，压实，得到圆柱体形状的初级模拟地层，所述模拟井筒以及设置在模拟井筒内的初级模拟地层构成初级模拟地层井筒，所述初级模拟地层与模拟井筒的体积比为0.2～0.4:1；S3、将S2得到的初级模拟地层井筒垂直固定，从其上端口加入水，封闭上端口，并对初级模拟地层井筒加热至温度值t，对初级模拟地层井筒中初级模拟地层以上的封闭空间加压至压力值P，保持温度和压力不变，测试单位时间内的水滤失体积，根据单位时间内的水滤失体积计算得到初级模拟地层水渗透率k1′，所述温度值t为20～230℃，压力值p为0.69～6.55MPa；S4、比较k1′值与k值的大小，若k1′值大于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中小粒径的填充材料的占比；若k1′值小于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中大粒径的填充材料的占比；S5、重复步骤S2‑S4，直到k1′值等于k值，得到与拟评价地层具有相同水渗透率的模拟地层井筒，所述模拟地层井筒中的模拟地层的水渗透率以k1表示，则k1＝k；S6、将S5得到的模拟地层井筒内剩余的水倒掉，并从其上部倒入封堵钻井液，封闭上端口，并对模拟地层井筒加热至S3相同的温度值t，对模拟地层井筒中模拟地层以上的封闭空间加压至S3相同的压力值P，保持温度和压力不变，测试单位时间内的封堵钻井液滤失体积，根据单位时间内的封堵钻井液滤失体积计算得到模拟地层封堵钻井液渗透率k2；S7、根据k1和k2，计算得到模拟地层渗透率降低率kr；S8、根据模拟地层渗透率降低率kr值大小，对封堵钻井液封堵性能进行评价。...

【技术特征摘要】
1.一种用于评价钻井液封堵性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取拟评价地层的渗透率k和温度值t；S2、准备透明的模拟井筒，将多种粒径的填充材料与辅助材料充分混匀后，装入模拟井筒中，压实，得到圆柱体形状的初级模拟地层，所述模拟井筒以及设置在模拟井筒内的初级模拟地层构成初级模拟地层井筒，所述初级模拟地层与模拟井筒的体积比为0.2～0.4:1；S3、将S2得到的初级模拟地层井筒垂直固定，从其上端口加入水，封闭上端口，并对初级模拟地层井筒加热至温度值t，对初级模拟地层井筒中初级模拟地层以上的封闭空间加压至压力值P，保持温度和压力不变，测试单位时间内的水滤失体积，根据单位时间内的水滤失体积计算得到初级模拟地层水渗透率k1′，所述温度值t为20～230℃，压力值p为0.69～6.55MPa；S4、比较k1′值与k值的大小，若k1′值大于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中小粒径的填充材料的占比；若k1′值小于k值，则返回步骤S2，并在保持初级模拟地层体积和形状不变的情况下，提高初级模拟地层中大粒径的填充材料的占比；S5、重复步骤S2-S4，直到k1′值等于k值，得到与拟评价地层具有相同水渗透率的模拟地层井筒，所述模拟地层井筒中的模拟地层的水渗透率以k1表示，则k1＝k；S6、将S5得到的模拟地层井筒内剩余的水倒掉，并从其上部倒入封堵钻井液，封闭上端口，并对模拟地层井筒加热至S3相同的温度值t，对模拟地层井筒中模拟地层以上的封闭空间加压至S3相同的压力值P，保持温度和压力不变，测试单位时间内的封堵钻井液滤失体积，根据单位时间内的封堵钻井液滤失体积计算得到模拟地层封堵钻井液渗透率k2；S7、根据k1和k2，计算得到模拟地层渗透率降低率kr；S8、根据模拟地层渗透率降低率kr值大小，对封堵钻井液封堵性能进行评价。2.根据权利要求1所述的一种用于评价钻井液封堵性能的方法，其特征在于，步骤S1中，拟评价地层的渗透率k和温度t从该拟评价地层的地质勘探资料中直...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，张文哲，王波，李红梅，杨超，王涛，
申请(专利权)人：陕西延长石油集团有限责任公司研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61