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钻井液瞬间滤失对钻速影响 汇 报 内 容. 一、研究背景 二、理论模型的建立 三、相关的应用 四、结论 ● 研究背景 一、研究背景. 在井底正压差的作用下，含有固相颗粒的钻井液在井底将发生瞬间滤失，那么瞬间是多长？钻井液进入地层，孔隙压力的变化如何？影响距离有多远？ 钻井液井底压力、地层孔隙压力与机械钻速密切相关，而瞬间滤失会导致孔隙压力的变化，因此对机械钻速亦有影响，能不能建立这种关系？ 钻井液固相含量越高，越不利于提高机械钻速，而且钻井液中亚微米颗粒影响尤为显著，“小于1微米的颗粒对钻速的影响为大于1微米颗粒的13倍”。 汇 报 内 容. 一、研究背景 二、理论模型的建立 三、相关的应用 四、结论 二、理论模型的建立. 钻头破碎的是靠近井底很薄的一层岩石，并且破碎的深度一般不足1cm。 正井底压差会促使钻井液进入地层，靠近井底地层中的孔隙压力变得与原始地层孔隙压力不同，因此实际压差并非名义压差。 需要建立一个函数描述实际地层孔隙压力随着到井底的距离和时间的变化。 二、理论模型的建立. 地层孔隙压力的变化可以用渗流力学中的一维不稳定渗流基本方程来计算： （尹兆娟等,石油化工与设备(2009)） 其中，Pp是地层压力，MPa；K 是渗透率，m2；x是深度坐标，m；t是指时间，s；C为总可压缩系数；u是井液（气）粘度，Pa·s。 可以求解为： x y 二、理论模型的建立. 钻井液粘度u=0.01Pa·s ; 孔隙度?=0.2； 原始地层压力Pp0=20MPa； 泥浆井底压力Pm=25.5MPa； β/x分别取值为59、189、598 (渗透率:1.2md/0.12md,/0.012md) 作用时间 t=0.5s。 实际的地层压力与压差、流体性质、地层渗透率相关，与时间与距离相关，但影响范围较小。 二、理论模型的建立. 靠近井底较薄的地层，其孔隙压力不再是原始地层孔隙压力，而这部分地层正是待破碎的地层，因此这会对机械钻速产生影响。 1.2md的情况下，0.5s内影响范围可达15mm 。 较低的地层渗透率，会降低这种影响范围。 二、理论模型的建立. 机械钻速与钻头牙齿吃入地层深度h密切相关，可引用以下计算公式：（郑德帅等,中国石油大学学报(2011)） 综合考虑了牙齿受力、牙齿形状、地层孔隙压力、地应力、井底钻井流体压力、岩石强度等诸多等因素的影响。 可以将孔隙压力的变化与牙齿吃入地层深度计算公式结合起来,就可以计算孔隙压力变化 与机械钻速的关系。 二、理论模型的建立. 后面的计算采用以下数据： 岩石的凝聚力为25MPa 岩石内摩擦角为25° 侧向压力40MPa 井底压力25.5MPa 地层压力20MPa 牙齿直径10mm 牙齿受力50kN 汇 报 内 容. 一、研究背景 二、理论模型的建立 三、相关的应用 四、结论 三、相关应用 一、钻井液中亚微米颗粒对机械钻速的影响机理 亚微米颗粒导致地层渗透率降低 形成了“压持效应”的条件 二、 在Dc指数法中的应用 优化了Dc指数法的使用区间 三、相关应用 井底正压差条件下，地层渗透率越高，钻头牙齿的吃入深度越大，说有利于提高钻速。 井底负压差条件下，地层渗透率越高，钻头牙齿的吃入深度越小，说明钻速越低。 正压差时，钻井液中的小直径颗粒随着钻井液进入地层孔隙，导致地层渗透率降低，因此不利于钻速提高。 地层渗透率降低不利钻速 三、相关应用 形成岩屑压持效应 形成压持效应的必要条件除了正压差之外，还需要压力作用的面积，从而被压持在井底。 钻井液中的小颗粒固相产生泥饼,形成压力作用面积，或填充填充缝隙阻碍压力平衡。 三、相关应用 Dc指数法的理论基础是利用钻速的变化反演压差的变化，从而确定地层压力。 理论计算结果显示，钻速与压差的关系分为两个区： Dc指数法的应用范围优化 不稳定区，同一压差下，吃入深度随着地层因素变化而变化。 稳定区，压差与吃入深度一 一对应。 稳定区的条件适合Dc指数法。 汇 报 内 容. 一、研究背景 二、理论模型的建立 三、相关的应用 四、结论 四、结 论 靠近井底的较薄的地层其孔隙压力随着距离井底的距离和时间的变化而变化。 从一个侧面揭示了钻井液中亚微米颗粒对机械钻速影响较大的机理。 为Dc指数法提供了一个可定量描述的、优化的使用区间。 不足： 1、模型建立的条件比较理想，模型本身比较简单。 2、一个现象的背后有很多原因，这里只是从理论上解释了一个方面，属一孔之见。 敬请各位提出宝贵意见！ 谢谢！