钻井液滤液侵入储层深度的评价方法

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钻井液滤液侵入储层深度的评价方法

耿　铁，苗海龙，陈缘博，郭凯伟张兴来，

）（中海油田服务股份有限公司，河北燕郊　０６５２０１

本文利用高温高压动态滤失仪测试了不同时间钻井液污染岩心的滤失量，拟合得到滤失量　　摘　要：

跟时间平方根的线性方程，由此可计算出该钻井液体系在储层的滤失体积，而此滤失体积跟被污染储层的孔隙体积相等，据此可计算出滤液的侵入深度。计算公式表明：钻井液滤液侵入储层的深度与泥饼的渗透率、固体含量因素、渗滤压差、滤液粘度的复合影响参数及储层孔隙度、井眼半径有关。利用此方法评价了Ｎ结果显示无固相弱凝胶钻井液体系侵入深Ｂ３１－１－３Ｈ井和上海残雪北区块储层侵入深度，度浅，具有较好的储层保护效果。

关键词：侵入深度；储层；高温高压动态滤失仪

（）Ｅ２５４　　文献标识码：００６—７９８１２０１７１０—００９９—０３ＴＡ　　文章编号：１　　中图分类号：

　　钻井液固相和滤液侵入储层是造成储层伤害的

主要原因，而如何确定钻井液侵入深度一直是一个难题。目前国内外对钻井液侵入深度进行了研１－５］

。但这些研究大多是通过数学模型进行计究［

算，考虑了多种因素对侵入深度的影响，计算方法较为繁琐，且大多数都是针对中高渗储层。

本文借助高温高压动态滤失仪测试不同时间钻井液的滤失量，得到滤失量跟时间平方根的关系，拟

／１２

（合得到方程Ｑ＝ａＱ为滤失量，ｔｔ为时间，ａ是常

，由此计算出该钻井液体系在储层的滤失体积，数）

而此滤失体积跟被污染储层的孔隙体积相等，据此计算出滤液的侵入深度。评价方法简单，且对储层具有普适性。１　实验部分

１　主要材料和仪器１．

国药集团化学试剂主要实验材料包括ＮａＯＨ（

、、国药集团化学试剂有限公司）有限公司）ＣａＯＮ２３（

、膨润土（其他钻井山东省潍坊市驸马营膨润土厂）

液材料均来自天津中海油服化学有限公司。

主要实验仪器包括超低渗岩心饱和装置（北京

；信诚智尚技术有限公司）ａｓＰｅｒｍ气测渗透率仪Ｇ

；（高温高压动态滤ＩＮＣＩＴｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓＦＲＡＮＣＥ）Ｖ　　ｇ

。失仪（湖北创联石油科技有限公司）

２　高温高压动态滤失仪工作原理１．

仪器采用水力学原理模拟钻井时循环泥浆对井壁的剪切速梯。仪器滤失部分的结构分为内、外筒，工作是内筒旋转，具有粘滞力的泥浆在外筒的内壁

上产生速梯，再加上模拟温度和压差，这样就在岩心

上模拟某一井眼条件的动失水。当实验进行到一定时间，单位时间的失水量（动失水速率）达到一定值，即可终止实验。

图１　高温高压动态滤失仪工作原理图

图２　储层侵入深度示意图

收稿日期：２０１７－０３－１０

（基金项目：十二五国家重大专项子课题“复杂压力体系油藏钻完井全过程储层保护技术”项目编号：２０１１ＺＸ０５０５７－）。００２－００２

，作者简介：张兴来（男，中级工程师，华东）材料物理与化学专业，研究方向：钻完１９８２—）２００９年毕业于中国石油大学（

井液工艺。

１００

内蒙古石油化工　　　　　　　　　　２０１７年第１０期　

Ｒ：井眼半径，厘米；ｒ：侵入半径，厘米；ｈ：

储层厚度，厘米。

２　侵入深度模型及计算

建立该模型侵入深度计算公式适应的假设条件为：①储层为均质的；②储层跟实验岩心的性质一

致；③在动态条件下，

不存在轴向的流体冲刷泥饼；④侵入地层的滤液填满污染地层的孔隙。

图２为储层侵入深度示意图，基于假设④，可以得到以下公式：

Ｑ＝π［（ｒ＋Ｒ）２－Ｒ２

］ｈ，φ（１）其中Ｑ———侵入地层的滤液体积，单位，ｍｌ；Ｒ———井眼半径，单位，厘米；ｒ———侵入半径，单位，厘米；ｈ———储层厚度，单位，厘米；φ—

——储层孔隙度，无量纲；公式（１）中Ｒ、ｈ和φ为已知量，

只要得到侵入地层的滤液体积就可以计算侵入半径。首先，以天

然岩心为滤失介质，

利用高温高压动态滤失仪得到滤失量－时间关系。由钻井液静滤失方程可知，单位渗滤面积的滤失量与泥饼的渗透率、固体含量因素、渗滤压差、渗滤时间的平方根成正比；与滤液粘

度的平方根成反比［６］

。由滤失量－时间关系可以通过拟合得到滤失量与时间平方根的方程Ｑ岩心＝ａｔ１／２

，基于假设①②③，方程中常数ａ包含了泥饼渗透率、固相含量因素、渗滤压差及滤液粘度的影响，侵入储层的滤液体积为：

Ｑ储层＝（储层滤失面积Ａ地层／岩心滤失面积Ａ岩心）×（ａｔ

１／２

）即：

Ｑ储层＝（２πＲｈ／π

Ｄ２）×（ａｔ１／２

）（２）其中，Ｄ为岩心半径，单位ｃｍ。基于假设④，将公式（２）代入公式（１

），得：（２πＲｈ／πＤ２）×（ａｔ１／２）＝π［（ｒ＋Ｒ）２－Ｒ２

］ｈ：

φ由此计算出侵入深度公式为／ｒ＝槡２Ｒａｔ１２

２

πφ

Ｄ２＋Ｒ－Ｒ（３）由公式（３

）可以看出，钻井液滤液的侵入深度主要与泥饼的渗透率、

固体含量因素、渗滤压差、滤液粘度的复合影响参数及储层孔隙度、井眼半径有关。

由于ｔ１／２

数值较大，所以泥饼的渗透率、固体含量因素、渗滤压差、滤液粘度的复合影响参数ａ对侵入深

度具有决定性作用，这与王建华［３］

等的研究结论一致。

３　评价方法应用３．１　ＮＢ３１－１－３Ｈ井侵入深度评价

ＮＢ３１－１－３Ｈ井所用钻井液体系配方如表１所示，选用岩心的基本参数如表２所示。

表１　钻井液体系配方ＮａＯＨ　３Ｎａ２ＣＯ３２．５ＰＦ－ＧＲＥＥＮＳＥＡＬ　１

５ＰＦ－ＬＰＦ　Ｈ　１５ＰＦ－ＴＥＭＰ　１５ＰＦ－ＳＭＰ－ＨＴ　１５ＰＦ－ＪＬＸ－Ｃ－Ｓ　

３０ＰＦ－ＤＹＦＴ－‖

１５ＰＦ－ＬＳＦ　１５ＫＣｌ　４０ＰＦ－ＰＬＵＳ　６．５ＰＦ－ＰＡＣ　ＬＶ　

４

膨润土３０

单位均为ｋｇ

／ｍ３

表２　岩心基本数据岩心编号直径／ｃｍ长度／ｃｍ　Ｋ０／ｍＤ１９＃２．５４　７．０５　０．２４８３０＃

２．５４　

７．０３　

０．２３１

动态滤失实验数据及拟合结果如图３所示，

ＮＢ３１－１－３Ｈ井的储层物性特征如表３所示。

表３　ＮＢ３１－１－３Ｈ井储层物性特征深度／ｍ厚度／ｍ平均渗透率

井眼半径

孔隙度

／ｍＤ

／ｃｍ

３９７３－４００４　

３１　

１０．４６％０．２５－０．５８　１

０．８假设钻井周期为一周（１００８０ｍｉｎ），由１９＃岩心

滤失数据拟合方程计算得到侵入深度为４５ｃｍ，以０＃岩心为污染介质计算得到的侵入深度为４２ｃｍ，两块岩心计算得到的同一钻井液体系的侵入深度非常相近。

图３　ＰＥＭ体系动态滤失实验数据及拟合方程（岩心动态滤失实验条件：温度１５０℃，压差３．５ＭＰａ

。）上述滤失量拟合方程选取了９６０分钟的高温高压动态滤失实验滤失数据，如果选取３００分钟数据进行拟合，侵入深度计算结果如表４所示。

表４　３００ｍｉｎ滤失量数据拟合结果及其对应的侵入深度岩心编号滤失时间侵入深度／ｍｉｎ拟合方程拟合优度／ｃｍ１９＃９６０ｙ＝０．７３４２ｔ１／２　Ｒ２

＝０．９９６９　４５３００ｙ＝０．６９３１ｔ１／２　Ｒ２＝０．９８９１　４４３０＃９６０ｙ＝０．６４４７ｔ１／２　Ｒ２＝０．９９１１　４２３００ｙ＝０．５４２４ｔ１／２　

Ｒ２＝０．９９３１　３８３０１７年第１０期　　　　　　张兴来等　钻井液滤液侵入储层深度的评价方法　２

由表４数据可以看出，取３００ｍｉｎ和９６０ｍｉｎ滤失量数据拟合出来的曲线相差不大，计算出来的侵入深度也比较相近，所以计算侵入深度时，高温高压动态滤失量取点时间选３００ｍｉｎ即可。２　上海残雪北区块侵入深度评价３．

残雪北气田区位于东海陆架盆地西湖凹陷背斜带苏堤构造带的北部，气层主要分布在Ｈ６砂

孔隙度１测组上部，储层厚度约为３３ｍ，１％～１２％，

－３２

。所用钻井井解释渗透率８．ｍ９０～１４．９０×１０μ

液体系为弱凝胶无固相体系，配如表５所示。

１１０

拟合得　　动态滤失实验数据及拟合方程见图４，

／１２

，计算得到滤液侵入深度到的方程为Ｑ＝０．１４４３ｔ

为１５ｃｍ。

通过上述实验数据可以看出，无固相弱凝胶体系的储层侵入深度浅，储层保护效果好。４　结论

通过建立模型计算得到钻井液滤液在储层侵入深度的计算公式，公式显示钻井液滤液在储层的侵入深度与泥饼的渗透率、固体含量因素、渗滤压差、滤液粘度的复合影响参数及储层孔隙度、井眼半径有关。无固相弱凝胶体系的侵入深度较浅，具有较好的储层保护效果。

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［］ｌｏｎａｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｗｅｌｌＪ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｅｔｒｏｌｅ－　　　　ｇ　

，２：ｕｍＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｉｎｅｅｒｉｎ００５，４６（３）　　　ｇｇ

４９～１６０．１

［］５ａｒｔｉｎｓＡＬ，ＷａｌｄｍａｎｎＡ　Ｔ　Ａ，ＡｒａａｏＡ　Ｍ　　　　ｇ

ＦＬ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎａｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｆｌｕｉｄ　　　ｇｇ　　ｉｎｖａｓｉｏｎｉｎｅｘｌｏｒａｔｏｒｄｒｉｌｌｉｎＲ］．ＳＰＥ　　ｐｙｇ［　８６４９７，２００４．［］钻井液工艺学［东营：中国石油６Ｍ］．　鄢捷年．

大学出版社，００６：９１～９２．２

图４　动态滤失实验数据及拟合方程

３）／表５　弱凝胶无固相体系配方（单位均为ｋｍｇＮａＯＨ　Ｆ－ＶＩＳＰ　Ｆ－ＪＬＸ－ＣＰ　

２．５４３０

ＮａＯ２Ｃ３ＰＦ－ＦＬＯ　ＨＴ　

ＫＣｌ　

２．５２０３０

高温高压动态滤失实验温度为１压差３．２０℃，

，选用岩心的基本参数如表６所示。５ＭＰａ

表６　岩心编号１０１＃

岩心基本数据直径／ｃｍ２．５４　

长度／ｃｍ　７．０５　

／ＫＤｍ０１１．７５

ＴｈｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅＩｎｖａｓｉｏｎｄｅｔｈｏｆｔｈｅＦｉｌｔｒａｔｅｏｆＤｒｉｌｌｉｎＦｌｕｉｄｓ　　　　　　　　　　　ｐｇ　

，ＺＨＡＮＧ　ＸｌＧＴＭＨｌＣＨＥＮ　ＹｂＧＫｉｎａｉＥＮＧ　ｉｅ，ＩＡＯ　ａｉ－ｏｎｕａｎ－ｏ，ＵＯ　ａｉ－ｗｅｉｇ－ｇ，

（，Ｈ，）ＣｈｉｎａＯｉｌｆｉｅｌｄＳｅｒｖｉｃｅｓＣｏｍａｎＬｉｍｉｔｅｄｅｂｅｉＹａｎｉａｏ０６５２０１　　　　ｐｙｊ　：，ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｗａｓｔｅｓｔｅｄｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｂＨＴＨＰｄｎａｍｉｃｆｉｌｔｒａｔｅｌｏｓｓｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｔｈｅｎ　　　　　　　　　　　ｙｙ　

，ｗｅｃａｎｅｔｔｈｅｌｉｎｅａｒｅｕａｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｆｉｌｔｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｕａｒｅｒｏｏｔｏｆｔｉｍｅｂｆｉｔｔｉｎｔｈｅｔｅｓｔｄａｔａｔｈｕｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｇｑｑｙｇ　　

，ｔｈｅｆｉｌｔｒａｔｅｖｏｌｕｍｅｏｆｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｆｌｕｉｄｉｎｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｃａｎｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗｈｉｌｅｔｈｅｆｉｌｔｒａｔｅｖｏｌｕｍｅｉｓｅｕａｌ　　　　　　　　　　　　　　　　ｇｑ　

，ｔｏｔｈｅｏｒｅｖｏｌｕｍｅｏｆｔｈｅｏｌｌｕｔｅｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒｈｅｒｅｂｗｅｃａｎｆｉｕｒｅｏｕｔｔｈｅｉｎｖａｓｉｏｎｄｅｔｈｏｆｔｈｅｆｉｌｔｒａｔｅ．　　　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｙｇｐ　

，Ｔｈｅｃｏｍｕｔａｔｉｏｎａｌｆｏｒｍｕｌａｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｉｎｖａｓｉｏｎｄｅｔｈｏｆｔｈｅｆｉｌｔｒａｔｅｒｅｌａｔｅｓｔｏｒｅｓｅｒｖｏｉｒｏｒｏｓｉｔ　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｐｙ

，，ｂｏｒｅｈｏｌｅｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｔｈｅｃｏｍｏｕｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅａｒａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｏｆｍｕｄｃａｋｅｓｏｌｉｄｃｏｎｔｅｎｔ　　　　　　　　　　　　ｐｐｐｙ　

，ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒｏｒｏｓｉｔＷｅｅｖａｌｕａｔｅｄｔｈｅｉｎｖａｓｉｏｎｄｅｔｈｏｆｔｈｅｆｉｌｔｒａｔｅｏｆ　　　　　　　　　　　　ｐｐｙｐ　

，ｄｒｉｌｌｉｎｆｌｕｉｄｓｉｎｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｏｆＣａｎＸｕｅＮｏｒｔｈｏｆＳｈａｎｈａｉａｎｄＮＢ３１－１－３Ｈｗｅｌｌｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅ　　　　　　　　　　　　ｇｇ　ｔｈａｔｔｈｅｉｎｖａｓｉｏｎｄｅｔｈｏｆｔｈｅｓｏｌｉｄ－ｆｒｅｅｗｅａｋｅｌｄｒｉｌｌｉｎｆｌｕｉｄｉｓｓｈａｌｌｏｗａｎｄｉｔｏｓｓｅｓｓｅｓｒｅｆｅｒａｂｌｅｒｅｓｅｒ　　　　　　　　　　　　　　　　－ｐｇｇｐｐ　

ｖｏｉｒｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ．　　ｐ

：；ＨＴＨＰＫｅｗｏｒｄｓｔｈｅｉｎｖａｓｉｏｎｄｅｔｈ；ｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｄｎａｍｉｃｆｉｌｔｒａｔｅｌｏｓｓｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　　　　　　　ｐｙｙ