淺談裂縫性地層鉆井液漏失模型及漏失規律

李曉彥 羅澤民 劉衛東

摘 要：鉆井液漏失是在裂縫性地縫結構中鉆井作業過程中比較常見的問題之一，一旦出現鉆井液漏失現象就會直接影響鉆井作業效率，延長工程進度，為石油企業帶來一定經濟損失。為了避免由裂縫性底層鉆井液漏失而引其一系列不必要的麻煩，有必要針對導致該問題產生的原因進行全面性分析，同時對問題發聲原理進行建模，找出鉆井液的發生漏失問題的規律，只有這樣才能夠為石油鉆井作業的順利進行提供更多保障。此次筆者就專門針對裂縫性地層鉆井液漏失模型及漏失規律展開了一系列探討，以備相關人士參考。

關鍵詞：裂縫性地層；鉆井液漏失；模型；規律

引言：在石油行業鉆井作業過程中，如果鉆井液經由裂縫而進入地層當中會引發一系列事故問題，嚴重情況下甚至會導致井噴事故以及井體結構坍塌等，對工作人員的生命安全造成了極大的隱患，同時，針對裂縫性地層漏液問題進行處理也進一步增加了作業成本的投入。一般多采取橋接材料堵漏、靜止堵漏、以及無機膠凝物質堵漏等，隨著科技的不斷發展，漏失控制技術也得到了逐步完善與升級，但是實際應用效果仍有一定的提升空間。

1.探究裂縫性地層鉆井液漏失模型及漏失規律的必要性

目前我國石油行業通常采用分形手段建立裂縫性地層鉆井液漏失模型，以此將其表層的粗糙程度更加直觀的表示出來。在進行分析的過程中要通過相應方程式的計算確保各項參數的準確性。在應用控制方程進行計算之前一定要確認裂縫的開度滿足變形規律需求，從而對裂縫地層的表面粗糙程度是否會對漏失規律產生影響而做出合理判斷。但是在技術人員通過平板模型對鉆井液漏失規律展開實際研究時，所得出的結果往往都會產生一定的誤差現象，最終使整個分析結果失去準確性。在這種情況下，技術人員需要采取有效措施對誤差現象進行控制，針對不同的裂縫開度給與相應的定義，將所得的準確參數作為裂縫性地層鉆井液漏失建模的重要依據，繼而將裂縫表層粗糙度對鉆井液縫內流體流動的規律全面體現出來[1]。

2.當前裂縫性地層鉆井液漏失建模的主要手段

當工作人員在地層環境中進行鉆井作業時，出現一條處于任意傾角狀態的矩形裂縫，并且該裂縫的表層表現出明顯的滲透性特點，如下圖1。

該模型的建立是沿著裂縫表層先創建一個直角坐標系，其中的x 軸代表水平方向，而此裂縫的走向也與x 軸的方向相一致。其中的y軸代表順著裂縫傾角的方向。此裂縫結構的夾角為α。途中的Lx 及Ly表示順著x、y軸方向的裂縫長度，其值即為裂縫面形狀的表征。在著手建模操作的時候，應在鉆進部分尚未到達裂縫地層之前先將其中初始壓力值視為Pi，同時將裂縫結構中鉆井液的性質和流變性視為相同狀態，在這種情況下，如果t值為0，裂縫表層與井眼就會相交，而這時候鉆井液會快速流入裂縫當中，繼而使裂縫結構中的壓力和井體結構中的壓力上升至同一水平[2]。在研究流變部分內容的時候，工作人員需將已經流入地層中的鉆井液視為無法進行壓縮的非牛頓流體物質，從而賦予其剪切稀釋性的特點。這時，如果鉆井液屬于冪律流體物質，呢么對應的方程即為：t=Kyn

通過裂縫變形控制放程實施鉆井液漏失建模的過程中一定要假設裂縫是以可變性的狀態存在的，因此裂縫的開度就會隨著結構中壓力的動態變化情況而產生相應的變化。如果裂縫相交于地層鉆井眼，那么鉆井液必然會進入裂縫當中，繼而將原本作業條件下的壓力環境就會發生改變，與此同時裂縫的開度也會隨之改變。通過一系列分析發現該過程中出現的變形和線性方程之間存在很大的練習，所以，可以應用以下公式將裂縫和鉆井作業壓力二者之間的線性關聯體現出來：Wh=Wh0+（P-Pi）/Kn。

3.對裂縫性地層鉆井液的漏失規律的研究

如果想要通過井底環境壓力差來表示井內壓力與縫內初始壓力的差值，可以利用井內的壓力參數對井底部分的壓力差進行有效控制。在分析裂縫結構內流通流動規律時，鉆井液流變參數是必須掌握的。下圖2中所表示的就是冪律模式鉆井液流動特性指數、稠度系數對鉆井液漏失速率的影響。通過對下圖的分析可以發現，一旦鉆井液流動特性指標降低，那么鉆井液的漏失速度峰值就會隨著逐步增加，同時速率曲線下降幅度也更加明顯，最終在速率曲線末端達到峰值。這是由于裂縫地層鉆井液剪切稀釋效應與流動特性成負相關，裂縫中鉆井液流動阻力的變化得到了有效控制，最終使鉆井液的漏失效率變大。正如下圖所示，在鉆井液的粘稠度升高的情況下，鉆井作業過程中液體漏失速率峰值會隨之降低。這是因為系數的變化直接關系著鉆井液的粘稠度，繼而使鉆井液流動阻力發生相應變化，進一步增加了裂縫地層鉆井作業的操作難度。而裂縫迂曲度主要用于體現對鉆井液漏失速率的影響。在裂縫初始開度處于統一情況的時候，裂縫的迂曲程度增加，對應的鉆井液漏失效率就會降低。在漏失初始階段，鉆井液的漏失速率會顯示出迅速下降的趨勢，一直降低到漏失末段的穩定狀態。所以，在裂縫開度較小的情況下一定要注意裂縫表層粗糙度因素對鉆井液漏失速率產生的影響。

結語：從上文的分析中我們可以看出，現階段針對裂縫性地層鉆井液漏失模型及漏失規律展開深入行研究對于石油開采作業的順利進行具有重要的意義。但是由于我國石油行業起步相對較晚，在此方面的研究尚不夠成熟，因此，技術人員還需加強探索與實踐，發揮自身發散性思維與創新精神，對所有影響因素進行充分考慮與分析，保障所得參數的準確性，完成裂縫性地層鉆井液漏失模型的快速、準確建立，以此對漏失規律展開更加全面而細致性的分析，從而確保石油資源開采工作的穩定、高效進行。

參考文獻：

[1]李大奇，劉四海，康毅力，張浩.天然裂縫性地層鉆井液漏失規律研究[J].西南石油大學學報（自然科學版），2016，38（03）：101-106.

[2]賈利春，陳勉，侯冰，孫振，金衍.裂縫性地層鉆井液漏失模型及漏失規律[J].石油勘探與開發，2014，41（01）：95-101.