钻井液固相侵入损害评价方法、装置、介质及设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种钻井液固相侵入损害评价方法、装置、介质及设备，方法包括如下步骤：S1、获取邻井目标层段的岩心并切割磨制成铸体薄片，根据铸体薄片的图像重构多孔介质孔隙结构物理模型；S2、获取正钻井目标层段的钻井液，提取钻井液中的固相颗粒并分析性质，然后对钻井液的物理、化学性质开展测试，得到测试参数；S3、建立钻井液侵入数值模拟模型，并根据钻井液侵入前后的渗透率变化、滞留/堵塞固相颗粒分布情况评价其固相侵入损害程度，得到判定结果；S4、根据判定结果判断钻井液配方是否适合进行钻井作业；不适合对钻井液进行优化设计，直至优选出合理的钻井液配方。直至优选出合理的钻井液配方。直至优选出合理的钻井液配方。

【技术实现步骤摘要】
钻井液固相侵入损害评价方法、装置、介质及设备


[0001]本专利技术涉及一种钻井液固相侵入损害评价方法、装置、介质及设备，属于石油与天然气储层保护


技术介绍

[0002]伴随地层的钻开，地层原有的平衡被打破，在正压差的作用下，钻井液中的固相颗粒不可避免地侵入地层，改变地层的渗透性能。对于各类固相颗粒而言，有的是钻井液的必要组成，有的是有害固相而没有被除去，它们侵入油气层后必然会在储层的喉道处发生沉积和架桥，或者被多孔介质壁面吸附，从而造成孔隙渗流通道变窄，甚至堵塞喉道，这种行为可以造成油气层的10％～100％的损害。因此，定量化快速评价钻井液固相颗粒侵入损害程度和损害原因是极其重要的。
[0003]在固相侵入损害中，前人往往根据SY/T:6540
‑
2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》开展的，但受限于实验仪器，定量化差、时效性差、可视化程度差。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术提供一种钻井液固相侵入损害评价方法、装置、介质及设备，该方法可以模拟复杂多孔介质中钻井液固相侵入损害的数值，可以直观、快捷、经济、定量地评价其损害程度，并形成钻井液快速优化方案。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0006]一种钻井液固相侵入损害评价方法，包括如下步骤：
[0007]S1、获取邻井目标层段的岩心并切割磨制成铸体薄片，根据铸体薄片的图像重构多孔介质孔隙结构物理模型；
[0008]S2、获取正钻井目标层段的钻井液，提取钻井液中的固相颗粒并分析其几何性质、物理性质，然后对钻井液的物理、化学性质开展测试，得到测试参数；
[0009]S3、根据测试参数、多孔介质孔隙结构物理模型并结合钻井工程参数，基于格子玻尔兹曼法
‑
离散单元法建立钻井液侵入数值模拟模型，并根据钻井液侵入前后的渗透率变化、滞留/堵塞固相颗粒分布情况评价其固相侵入损害程度，得到判定结果；
[0010]S4、当判定结果认为储层固相侵入损害程度较弱，则采用该钻井液配方进行钻井作业；当固相侵入损害程度较强，则根据其堵塞程度、滞留程度针对性优化固相颗粒粒径配比、钻井液基浆配方，重复步骤S3，直至优选出合理的钻井液配方。
[0011]所述的钻井液固相侵入损害评价方法，优选地，所述步骤S1包括如下具体步骤：
[0012]S11、通过光学显微镜观察铸体薄片并获取其图像；
[0013]S12、基于灰度处理结果识别铸体薄片的孔隙与矿物颗粒，对孔隙一定的高程值，将矿物颗粒赋予0高程，重建真实多孔介质孔隙结构物理模型；
[0014]S13、对多孔介质孔隙结构物理模型中的部分死孔隙和极窄喉道进行手动处理，包括删除孔隙或连通孔隙。
[0015]所述的钻井液固相侵入损害评价方法，优选地，所述步骤S2包括如下具体步骤：
[0016]S21、固相颗粒的几何性质包括粒径分布和形状；
[0017]S22、固相颗粒的物理性质根据其材料组成设定；
[0018]S23、钻井液的物理性质包括运动粘度和密度；
[0019]S24、钻井液的化学性质包括固相颗粒势能和钻井液离子强度。
[0020]所述的钻井液固相侵入损害评价方法，优选地，所述步骤S21中的颗粒粒径采用激光粒度仪测定，颗粒形状采用光学显微镜测定；
[0021]所述步骤S23中的运动粘度采用六速粘度计测定；
[0022]所述步骤S24的固相颗粒势能采用Zeta电位仪测定，钻井液离子强度采用离子浓度计测定。
[0023]所述的钻井液固相侵入损害评价方法，优选地，所述步骤S3包括如下具体步骤：
[0024]S31、基于格子玻尔兹曼法
‑
离散单元法建立钻井液侵入数值模拟模型，计算过程中颗粒受到的接触力模型表述为：
[0025][0026][0027]其中，m
i
为颗粒质量；I
i
为转动惯量；t为时间步长；v
i
和w
i
是颗粒i的平动速度和角速度；和M
ij
是颗粒i
‑
j间或者颗粒
‑
多孔介质壁面的接触力和扭矩；是颗粒i
‑
j间的非接触力；F
if
颗粒i与流体的相互作用力；F
ig
为重力；
[0028]S32、范德华力与双电层斥力是影响钻井液中固相颗粒吸附滞留的关键因素，其位能之和称之为DLVO势能，表示为：
[0029]Υ(h)＝(1
‑
c)Υ(h+h
r
)+cΥ(h)
[0030]式中，Υ为DLVO势能；h为固相颗粒与骨架顶端的距离；h
r
为粗糙度高度；c为纳米柱在骨架表面的密度；
[0031]S33、在处理钻井液流动和固相颗粒之间的相互作用时，采用浸没边界法：
[0032][0033]式中：f
i
(x+c
i
Δt,t+Δt)为在时间步长Δt内，x位置颗粒以离散速度c
i
运动到相邻节点上与其他颗粒发生碰撞后的速度分布函数；f
i
(x,Δt)为在时间步长Δt内x位置颗粒速度分布函数；c
i
为离散点阵速度；f
i
(x,t)为流体节点在x位置和时间t、速度c
i
移动的密度分布函数；τ
BGK
为弛豫时间；Δt为步长；f
ien
(x,t)为f
i
(x,t)的局部平衡分布函数；为与实体重叠节点的附加碰撞项；B
s
为与ε
s
相关的权重系数；ε
s
为晶格中固体含量的百分比；
[0034]S34、钻井液的固相侵入损害程度评价指标之一为渗透率损害率，其计算公式为：
[0035][0036]式中，Pr为渗透率损害率；无颗粒注入时的渗透率分别为K
i
；固相颗粒侵入后的的渗透率为K
t
。
[0037]渗透率K根据达西定律求解，表示为：
[0038][0039]式中，v为入口端进流速度；ΔP为进出口压差；μ为流体粘度；L为模拟区域长度；H为模拟区域宽度；
[0040]S35、钻井液的固相侵入损害程度评价指标之一为堵塞/滞留固相颗粒分布情况，其采用追踪固相颗粒侵入过程的图像进行识别，并区分因架桥发生的堵塞颗粒及因吸附、沉降等导致的滞留颗粒，统计其面积占比。
[0041]所述的钻井液固相侵入损害评价方法，优选地，所述步骤S4包括如下具体步骤：
[0042]S41、当钻井液的固相侵入损害程度较弱时，则采用当前配方进行钻井作业；
[0043]S42、当钻井液的固相侵入损害程度较强时，因吸附滞留导致的固相颗粒占比较高，则根据钻井液的化学性质优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻井液固相侵入损害评价方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取邻井目标层段的岩心并切割磨制成铸体薄片，根据铸体薄片的图像重构多孔介质孔隙结构物理模型；S2、获取正钻井目标层段的钻井液，提取钻井液中的固相颗粒并分析其几何性质、物理性质，然后对钻井液的物理、化学性质开展测试，得到测试参数；S3、根据测试参数、多孔介质孔隙结构物理模型并结合钻井工程参数，基于格子玻尔兹曼法
‑
离散单元法建立钻井液侵入数值模拟模型，并根据钻井液侵入前后的渗透率变化、滞留/堵塞固相颗粒分布情况评价其固相侵入损害程度，得到判定结果；S4、当判定结果认为储层固相侵入损害程度较弱，则采用该钻井液配方进行钻井作业；当固相侵入损害程度较强，则根据其堵塞程度、滞留程度针对性优化固相颗粒粒径配比、钻井液基浆配方，重复步骤S3，直至优选出合理的钻井液配方。2.根据权利要求1所述的钻井液固相侵入损害评价方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下具体步骤：S11、通过光学显微镜观察铸体薄片并获取其图像；S12、基于灰度处理结果识别铸体薄片的孔隙与矿物颗粒，对孔隙一定的高程值，将矿物颗粒赋予0高程，重建真实多孔介质孔隙结构物理模型；S13、对多孔介质孔隙结构物理模型中的部分死孔隙和极窄喉道进行手动处理，包括删除孔隙或连通孔隙。3.根据权利要求2所述的钻井液固相侵入损害评价方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下具体步骤：S21、固相颗粒的几何性质包括粒径分布和形状；S22、固相颗粒的物理性质根据其材料组成设定；S23、钻井液的物理性质包括运动粘度和密度；S24、钻井液的化学性质包括固相颗粒势能和钻井液离子强度。4.根据权利要求3所述的钻井液固相侵入损害评价方法，其特征在于，所述步骤S21中的颗粒粒径采用激光粒度仪测定，颗粒形状采用光学显微镜测定；所述步骤S23中的运动粘度采用六速粘度计测定；所述步骤S24的固相颗粒势能采用Zeta电位仪测定，钻井液离子强度采用离子浓度计测定。5.根据权利要求4所述的钻井液固相侵入损害评价方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下具体步骤：S31、基于格子玻尔兹曼法
‑
离散单元法建立钻井液侵入数值模拟模型，计算过程中颗粒受到的接触力模型表述为：为：其中，m
i
为颗粒质量；I
i
为转动惯量；t为时间步长；v
i
和w
i
是颗粒i的平动速度和角速度；
和M
ij
是颗粒i
‑
j间或者颗粒
‑
多孔介质壁面的接触力和扭矩；是颗粒i
‑
j间的非接触力；F
if
颗粒i与流体的相互作用力；F
ig
为重力；S32、范德华力与双电层斥力是影响钻井液中固相颗粒吸附滞留的关键因素，其位能之和称之为DLVO势能，表示为：Υ(h)＝(1
‑
c)Υ(h+h
r
)+cΥ(h)式中，Υ为DLVO势能；h为固相颗粒与骨架顶端的距离；h
r
为粗糙度高度；c为纳米柱在骨架表面的密度；S33、在处理钻井液流动和固相颗粒之间的相互作用时，采用浸没边界法：式中：f
i
(x+c
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：幸雪松，唐洪明，姜浒，刘平礼，周长所，武广瑷，彭成勇，黄晶，王黎，程宇雄，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司北京研究中心，
类型：发明
国别省市：