一种基于位错理论和双孔隙介质模型提高钻井液裂缝堵漏率的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于位错理论和双孔隙介质模型提高钻井液裂缝堵漏率的方法，包括，即将裂缝视为基质中的不连续面，裂缝扩展视为断裂面上质点的平移，裂缝扩展的临界压力即为应力强度因子，控制裂缝尖端附近的应力场和位移场，从而影响裂缝扩展规律；同时，引入双孔隙介质流动模型，发育裂缝的地层可视为双孔隙介质，两种介质分别为地层基质和裂缝中填充的封堵材料，流体从裂缝漏失到基质中，流动过程中，裂缝内的流体压力处于变化状态，远离裂缝的地层基质没有与裂缝发生流体转移

【技术实现步骤摘要】
一种基于位错理论和双孔隙介质模型提高钻井液裂缝堵漏率的方法


[0001]本专利技术属于钻井液裂缝性漏失及堵漏领域，具体涉及到一种基于位错理论和双孔隙介质模型提高钻井液裂缝堵漏率的方法
。

技术介绍

[0002]在油气井施工过程中，由于地层中存在天然裂缝
、
溶洞或高渗透性孔隙，钻井液或水泥浆等井筒工作液部分或全部流失到地层中，会诱发漏失
。
除了工作液损失本身，还可能导致严重的事故，包括井筒不稳定
、
井筒失控和衍生问题，从而延误钻井作业时间，增加作业成本
。
无论是天然发育的还是外力诱导的裂缝，一旦井筒压力高于裂缝扩展临界压力时，裂缝将呈现开启状态，从而发生严重的流体流失
。
此时，为了解决漏失问题，要么降低井筒压力，要么通过添加封堵材料
(LCM)
来密封裂缝
。
行业内现有的
、
经常使用的封堵材料包括磨碎的大理石
、
石墨
、
磨碎的果壳
、
纤维
、
交联聚合物
、
乳胶基聚合物
、
炮灰和水泥等
。
[0003]为了正确选择和设计封堵材料，研究包括裂缝宽度和沿其表面的流体压力分布在内的规律和方法具有重要意义
。
长期以来，研究人员致力于开发与漏失相关的裂缝力学问题的模型，以准确预测裂缝尺寸
。Salehi(2012)
和
Kostov
等
(2015)
用有限元软件
Abaqus(SIMULIA)
对钻井诱发的裂缝进行建模
。
此后，
Feng
和
Gray(2017)
将边界条件修改为井底压力不变，替代了注入速率边界条件
(Salehi
，
2012
；
Kostov
等，
2015)。Zhao
等
(2017)
用数值模型研究了影响井筒压力，进而影响漏失的因素，然后将其应用于井筒加固的两个方面，即改善切向应力和裂缝承压能力
。
另一方面，
Mehrabian
等
(2015)
和
Shahri
等
(2014)
在
Carbonell
和
Detournay(1995)
的研究基础上，引入了一个基于位错断裂力学方法的半解析模型，用于计算漏失裂缝宽度和裂缝应力强度系数
。
该模型强调，地应力
、
封堵位置和岩石力学性质会极大地影响
LCM
的环向应力变化和裂缝的尖端隔离效果
。
与数值建模相比，半解析模型不仅能准确预测不同条件下的裂缝宽度和应力强度系数，而且计算效率更高
(Shahri
等，
2015
；
Mirabbasi
等，
2020)。
[0004]在天然裂缝中，流体漏失发生在最初的大流速和流速逐渐降低的过程中，总损失量由裂缝扩展
、
孔隙度
、
支撑物传导性和流体流动决定
(Dyke
等，
1995
；
Majidi
等，
2010b
；
Norman
，
2011)。
在半解析模型中
(Mehrabian
等，
2015
年；
Shahri
等，
2014
年
)
，
LCM
封堵效率被引入，通过简单地纳入
LCM
两端的压差来描述滤失效果，而在数值模型中
(Salehi
，
2012
；
Kostov
等，
2015
；
Fengand Gray,2017
；
Zhao
等，
2017)
，没有
LCM
封堵的裂缝中的流体流动被建模为牛顿模式的
Navier
‑
Stokes
方程，流体从裂缝漏入基质遵循线性模型
。
研究人员为了尝试建立有或无
LCM
存在的裂缝中的流体流动模型，已经探索了各种数值方法
(Feng
和
Gray
，
2018
；
Wang
，
2018
；
Yan
，
2021)。
假设流体流动处于稳定状态，可以采用达西定律来模拟裂缝内的流体滤失
(Bannister
和
Lawson
，
1985
；
Wang
，
2018)。Wang(2018)
提出了一个水力压裂模型，用于表示流体从扩展的裂缝到多孔基质的滤失过程
。
模拟结果表明，裂缝的长度和宽度将随着滤失的增加而减小
。Li
′
etard
等人
(1999)
根据
Bingham
塑性流体流动模型估计
了水力压裂的大小
。Herschel
‑
Bulkley
模型是研究者提出的另一种水力压裂流体流动模型
(Albattat
和
Hoteit
，
2019
；
Dokhani
等，
2020
；
Majidi
等，
2010)。Albattat(2022)
应用广泛用于油井测试的类型曲线来反映不同时间的无量纲钻井液流失率及其导数
。
除分析模型外，研究人员还采用了离散元方法来模拟流体在裂缝中的流动和封堵颗粒的堆积效应
(Li
等，
2020
，
2022)。
[0005]然而，上述模型忽略了流体通过井筒流向基质时，会引起裂缝周围基质和裂缝尖端的压力升高这一情况
。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例
。
在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分
、
说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围
。
[0007]鉴于上述和
/
或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术
。
[0008]因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种基于位错本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于位错理论和双孔隙介质模型提高钻井液裂缝堵漏率的方法，其特征在于：包括，建立井筒及其临近裂缝的力学模型；确定输入参数的参数集；输入参数集中的参数，构建双孔隙介质模型，得到裂缝内流体压力
p
f
分布数据；通过对井筒及其临近裂缝的力学模型进行编写程序代码，将得到的
p
f
分布数据导入，运行程序，计算得到裂缝宽度
、
裂缝强度因子；通过修改井筒压力参数，得到不同井筒压力
p
w
下的裂缝强度因子
K
I
；将所得
K
I
和
p
w
数据导入，绘制
K
I
与
p
w
的关系图，导入目标地层的韧性系数
K
IC
常数，
K
IC
与
K
I
交点所对应的
p
w
值即为目标地层在该条件下的漏失压力；通过钻井过程中裂缝宽度和漏失压力的计算和即时预测，提高裂缝性漏失的一次堵漏成功率
。2.
如权利要求1所述的的方法，其特征在于：所述建立井筒及其临近裂缝的力学模型，包括，井筒压力
P
w
高于破裂压力，则会在井筒附近产生两条轴对称的诱导裂缝，沿裂缝的净压力是完整井筒周围的切向应力分量和沿破碎井筒裂缝表面分布的应力的叠加，表达式如下式：其中，
σ
θθ
表示井筒切向应力，
σ
H
和
σ
h
分别为最大水平应力和最小水平应力，
θ
表示裂缝与最大水平应力的夹角，
R
为井筒半径，
r
为距井筒中心的距离，
p
w
为井筒内压力；当存在两条轴对称裂缝时，根据复函数的势，断裂面应力分布如下式：当存在两条轴对称裂缝时，根据复函数的势，断裂面应力分布如下式：其中，表示断裂面的应力分布，
R
为井筒半径，
b
为裂缝尖端位置，
f(
ξ
)
为确定裂缝宽度分布和裂缝尖端应力强度因子的位错分布函数，
ξ
为各位错尖端的位置，
x
为应力场的位置；裂缝口最大开度的补充条件，如下式：
f(R)
＝0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
沿断裂面的牵引力可以表示为，如下式：其中，
E
‘
为平面应变弹性模量，
E
’
＝
2G/(1
‑
v)
，
v
为泊松比，
G
为剪切模量，表示断裂面的应力分布，
σ
θθ
表示井筒切向应力，
p
f
为裂缝内流体压力；
根据切比雪夫多项式的性质，由式
(2)、
式
(3)、
式
(4)
和式
(5)
，将积分区间从
[a、b]
变换为
[
‑
1、1]
，构造方程组如下：，构造方程组如下：，构造方程组如下：归一化处理：式中，表示断裂面的应力分布，
R
为井筒半径，
b
为裂缝尖端位置，
m
为常数，
ξ
为各位错尖端的位置，
t
k
为
ξ
的归一化处理之后的值，
x
为计算出的应力场的位置，
y
为
x
经过归一化处理之后的值，通过同时求解式
(6)、
式
(7)
和式
(8)
，可以得到分布函数
f(t
k
)
；使用基于位错理论的半解析模型将裂缝宽度表示为：式中，
R
为井筒半径，
f(t
k
)
为位错分布函数，
v
为泊松比，
b
为裂缝尖端位置，
m
为常数，
t
k
为位错尖端位置
ξ
经过归一化处理之后的值，
W
表示裂缝宽度；应力强度因子表示为：式中，
R
为井筒半径，
m
为常数，
E'
为平面应变弹性模量，
f(t
k
)
为位错分布函数，
t
k
为位错尖端位置
ξ
经过归一化处理之后的值，
b
为裂缝尖端位置，
K
I
表示裂缝应力强度因子
。3.
如权利要求1或2所述的的方法，其特征在于：所述确定输入参数的参数集，包括，基质孔隙度
φ
m
、
基质孔隙压力
p
m
、
流体粘度
μ
、
流体体积模量
K
w
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔新颖，王成文，黄维安，林虹瑶，薛泽栋，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：