优选钻井液中暂堵剂颗粒尺寸的理想充填新方法.pdf

石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2007年8月第29卷第4期 V01．29No．4 JournalofOilandGas Aug．2007 Technology(J．，IPI) 优选钻井液中暂堵剂颗粒尺寸的理想充填新方法 鄢捷年，王建华 (中国石油大学石油天然气工程学院，北京102240) 张金波 (中国石油长城钻井公司，北京100724) [摘要]应用颗粒堆积效率最大值原理阐述了优选钻井液中暂堵剂颗粒尺寸的“理想充填”理论和D。。规 则，提出了一种特别有利于对中、高渗储层实施暂堵和保护的新方法。依据该方法研制、开发的配套软 件能够根据相关地层参数，快速、准确地对具有不同粒径的暂堵剂产品按一定比例进行合理的复配组合。 试验结果表明，优选出的复配暂堵方案能有效地形成致密泥饼，与传统方法相比，岩心的渗透率恢复值 明显提高，从而能有效阻止钻井液中固相颗粒和滤液侵入油气层。现场试验证实，应用该项技术可取得 十分理想的保护储层的效果。 [关键词]钻井液；防止地层损害；暂堵剂；颗粒尺寸；分布；“理想充填” [中图分类号]TE254．4；TE258[文献标识码]A 井液中所使用的暂堵剂颗粒尺寸进行优选的准则，即当暂堵剂颗粒的粒度中值等于或略大于储层平均孑L 径“三分之一”，并且其加量大于钻井液中总固相含量的5％时，将有利于形成致密泥饼以阻止钻井液 中的固相和滤液侵入储层。在20世纪90年代初期，我国进一步提出了屏蔽暂堵技术，即在一定正压差 条件下，当架桥颗粒粒径为储层平均孑L径的1／2～2／3时，在储层孔喉处的架桥最为稳定。并通过使用 粒径更小的充填颗粒(包括可变形颗粒)，可形成渗透率接近于零的屏蔽环。架桥颗粒浓度不应低于 3％，而充填颗粒浓度不应低于2％[2’3I。从此，国内外基本上按照以上规则来配制低损害钻井液，并形 成较为成熟的保护油气层暂堵技术。随着保护油气层技术的进一步发展，近年来国外学者指出，在某些 情况下，使用“三分之一”架桥规则并不能达到一种最佳的保护效果，并提出新的架桥原理和方法取而 代之[4’5]。例如，M—I钻井液公司和BPAmoco公司应用“理想充填”理论，建立和发展了一整套新的 暂堵方法和技术，并已广泛应用于生产现场。在上述研究工作基础上，本项研究应用颗粒堆积效率最大 值原理并依据大量试验的结果，较系统地提出了对暂堵剂颗粒尺寸进行优选的新理论和新方法，并且在 现场实际应用中取得了理想的暂堵和保护储层的效果。 1颗粒堆积效率计算 保护储层暂堵技术的着眼点是，在储层井壁上快速形成致密的泥饼，并且在油井投产前泥饼易于清 除。影响泥饼形成过程的因素除压差和环空流速外，还与钻井液中各种颗粒的尺寸和堆积情况密切相 关。优选暂堵剂颗粒尺寸的理想充填新方法正是在研究颗粒堆积效率的基础上提出的。 1．1等径颗粒的堆积 等径球体的堆积是分析实际颗粒堆积的基础。它们在空间的堆积可能取不同的形态，因而堆积的紧 密度也不尽相同。通常将颗粒体中固体颗粒所占的容积率称作堆积效率，以A表示，用以表示堆积的紧 密度；而将颗粒体中空隙所占的容积率称作“空隙率”，以符号“e”表示。显然，A+e一1。对于等径球体紧密 接触的堆积，有2种典型状态，即呈最松散的空间正六面体堆积及呈最紧密的空间正四面体堆积，如图1 所示。 7(1l；一：o [收稿日期]200 [基金项目]图家喜然禾斗学基金颈目(5057㈨j1)；“长曩学茵和创新团队发震计划”(IRT0111)。 94 [作者简介]鄢捷年(I5一)，男，1 968年大学毕业，教授，瘪士生导师，现主要从事链井液化学和油气层保护领域的教学和科 研_：：：[作。 石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2007年8月 正六面体堆积时，其堆积效率A一丌／6— 0．5236，颗粒直径与空隙直径之比(以下称 “粒孔比”)为B一2．44。正四面体堆积时的堆 积效率A一×丌／6—0．74，粒孔比B一6．46。 Scott和Ridgway[61的试验研究表明，等径球体 随意堆积时的堆积效率约为0．56～0．64。 实际颗粒为不规则的非球体，其堆积效率 比球体低。Brow