专利名称：钻井液中暂堵剂粒度分布的分形设计方法
技术领域：
本发明涉及的是在石油天然气工程领域中钻井液中携带的暂堵剂数量、粒径如何 分布才能将近井储层岩石的孔喉有效填堵技术，具体涉及的是钻井液中暂堵剂粒度分布的 分形设计方法。背景技术：
在钻井过程中，地下储层常常会被钻井液伤害，造成储层岩石中的孔隙、裂缝和溶 洞堵塞，增加井筒附近的表皮系数，降低近井区域油层的渗流能力。暂堵是钻井过程中常用 的一种油气层保护技术，其关键技术是钻井液携带的暂堵剂如何将储层岩石的孔喉有效填 堵，以形成薄而政密的高质量泥饼。为使钻井完井液在井壁上形成超低渗透的泥饼，需要依据暂堵剂粒径与储层孔隙 尺寸之间的匹配关系，寻找一种科学、合理的暂堵剂的选方法。在本发明作出之前，现有技 术设计暂堵剂颗粒大小、数量及分布的方法主要是1977年Abrams提出钻井液中暂堵剂颗 粒尺寸的“1/3架桥准则”，即当暂堵剂颗粒的粒度中值等于或略大于储层平均孔径的1/3 时，有利于形成致密的泥饼，并阻止钻井液中的液相和固相侵入储层岩石孔喉之中。由于储 层孔喉尺寸分布的非均质性明显，对非均质储层中较大尺寸的孔喉，采用“1/3架桥准则”并 不能达到理想的暂堵效果。虽然此方法能形成具有暂堵效果的泥饼，但并不能良好地避免 储层受到伤害。
发明内容
本发明的目的是提供钻井液中暂堵剂粒度分布的分形设计方法，它用于解决现有 暂堵剂粒度尺寸分布单一，暂堵效果不理想的问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是这种钻井液中暂堵剂粒度分布的分 形设计方法1)对需要暂堵的储层岩石进行现场取样，确定储层最大孔喉直径dmax，进而确定岩 样孔喉直径的d9(l，将d9(l作为暂堵剂颗粒粒径分布的最大值，即Cl1 = d90 ；2)在室内对岩样进行常规的压汞实验，确定储层孔喉直径分布的分形维数D，及 储层孔喉直径中值；3)采用分形设计方法设计暂堵剂粒度分布，将暂堵剂颗粒按照粒径的不同，分成 N阶，N = 2 5，其规律是N阶暂堵剂颗粒分形分布的第1阶暂堵剂颗粒的粒径为Cl1 ；第2 阶暂堵剂颗粒的数量为第1阶暂堵剂颗粒数量的M倍，粒径为d2，d2 = d/M2 ；第3阶暂堵 剂颗粒的数量为第2阶暂堵剂颗粒数量的M倍，粒径为d3，d3 = d/M3 ；以此类推，第N阶暂 堵剂颗粒的数量为第N-I阶暂堵剂颗粒数量的M倍，粒径为dN，dN = (^/Mn,其中的M为自然 数，M = 2 5。有益效果1、本发明的设计原理先进，操作方便，效果优良，成本低廉。它根据分形理论对钻井液暂堵剂的尺寸分布进行优化设计，在石油钻井中具有广泛的应用前景和重要的实施价值。2、本发明暂堵剂颗粒分布呈现分形分布，不同粒径组合的暂堵剂更能有效封堵非 均质严重的地下储层岩石孔喉分布。该粒度分布在石油钻井的暂堵过程中能实现理想填 充，即暂堵剂颗粒在井壁形成的泥饼薄而致密，且暂堵剂颗粒在成泥饼过程中流失少。四
图1为实例1润湿相饱和度Sw和毛管压力P。的双对数图。五具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的说明实施例1 结合图1所示，本发明的实施过程具体为1)对需要暂堵的储层岩石进行现场取样。确定储层最大孔喉直径dmax，进而确定 岩样孔喉直径的d9(l，d9(l指当暂堵剂颗粒在其粒径累积分布曲线上的d9(l值，也就是90%的 暂堵剂颗粒粒径小于该值，对于本实施例最大孔喉直径为15. 3ym，dw=d=x &3.9!μηι。 将d9(1作为暂堵剂颗粒粒径分布的最大值，即Cl1 = d90 = 3. 91 μ m。2)在室内对岩样进行常规的压汞实验，其目的有二 一是确定入口毛管压力，即 最小毛管压力Pmin ；二是绘制润湿相饱和度Sw和毛管压力P。的双对数曲线，如图1所示。根 据压汞实验的润湿相饱和度Sw和毛管压力P。的双对数曲线的斜率b，来确定储层孔喉直径 分布的分形维数D，对于图1，斜率b = -0. M57，分形维数D = 3+b，D = 2. 7543。3)根据储层最大孔喉直径dmax及分形维数D来确定储层孔喉直径中值，ιd50=dmax*0.53:D =15.3*0.06=0.918μηι04)采用分形设计方法设计暂堵剂粒度分布，本实施例中的M= 2，根据Μ、暂堵剂颗 粒粒径分布的最大值Cl1和分形维数D来确定暂堵剂的3阶粒度分布，第2阶暂堵剂颗粒的 数量为第1阶暂堵剂颗粒数量的2倍，粒径为d2 = d/22 0. 98 μ m ；第3阶暂堵剂颗粒数 量为第2阶暂堵剂颗粒数量的2倍，粒径为d3 = d/23 0. 49 μ m ；第4阶暂堵剂颗粒的数 量为第3阶暂堵剂颗粒数量的2倍，粒径为d4 = d/24 0. Μμ m ；第5阶暂堵剂颗粒的数 量为第4阶暂堵剂颗粒数量的2倍，粒径为d5 = ,/25 0. 12 μ m。5)由于暂堵剂颗粒粒径小于Id,Q( =0.306jum)时会渗漏到储层孔隙中，所以J)J选择的暂堵剂颗粒粒径必须大于0. 306 μ m。由于d3 > 0. 306 4 111且(14 < 0. 306 μ m，所以实 例1暂堵剂颗粒粒径分布只能选三阶。6)对于实例1暂堵剂粒度分布情况如下表。表1实例1暂堵剂粒度分布情况表
权利要求
1. 一种钻井液中暂堵剂粒度分布的分形设计方法，其特征在于这种钻井液中暂堵剂 粒度分布的分形设计方法1)对需要暂堵的储层岩石进行现场取样，确定储层最大孔喉直径Clmax，进而确定岩样孔 喉直径的d9(l，将d9(l作为暂堵剂颗粒粒径分布的最大值，即Cl1 = d90 ；2)在室内对岩样进行常规的压汞实验，确定储层孔喉直径分布的分形维数D，及储层 孔喉直径中值；3)采用分形设计方法设计暂堵剂粒度分布，即将暂堵剂颗粒按照粒径的不同，分成N 阶，N = 2 5，其规律是N阶暂堵剂颗粒分形分布的第1阶暂堵剂颗粒的粒径为Cl1 ；第2阶 暂堵剂颗粒的数量为第1阶暂堵剂颗粒数量的M倍，粒径为d2，d2 = +/Μ2 ；第3阶暂堵剂颗 粒的数量为第2阶暂堵剂颗粒数量的M倍，粒径为d3，d3 = d/M3 ；以此类推，第N阶暂堵剂 颗粒的数量为第N-I阶暂堵剂颗粒数量的M倍，粒径为dN，dN = (VMn,其中的M为自然数， M = 2 5。
全文摘要
本发明涉及的是钻井液中暂堵剂粒度分布的分形设计方法，属于石油工程领域中用暂堵剂填堵近层储层岩石孔喉的技术，这种钻井液中暂堵剂粒度分布的分形设计方法1)对需要暂堵的储层岩石进行现场取样，确定储层最大孔喉直径dmax；2)在室内对岩样进行常规的压汞实验；3)将暂堵剂颗粒按照粒径的不同，分成N阶，N＝2～5，其规律是第1阶暂堵剂颗粒的粒径为d1；第2阶暂堵剂颗粒的数量为第1阶暂堵剂颗粒数量的M倍，粒径d2＝d1/M2；第3阶暂堵剂颗粒的数量为第2阶暂堵剂颗粒数量的M倍，粒径d3＝d1/M3；以此类推，第N阶暂堵剂颗粒的数量为第N-1阶暂堵剂颗粒数量的M倍，粒径dN＝d1/MN，M为自然数，M＝2～5。本发明暂堵剂颗粒分布呈现分形分布，不同粒径组合的暂堵剂能有效封堵非均质严重的地下储层岩石孔喉。
文档编号E21B33/13GK102052060SQ20101055004
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者侯圣, 张杨, 李玮, 梁英杰, 王茂盛, 秦国伟, 闫铁 申请人:东北石油大学