利用DFN预测裂缝性地层钻井液漏失的方法及装置

利用dfn预测裂缝性地层钻井液漏失的方法及装置
技术领域
1.本发明涉及油气开发技术领域，具体是关于一种利用dfn(离散裂缝网络)预测裂缝性地层钻井液漏失的方法及装置。


背景技术：

2.随着油气资源开采深度的增加，深部和非常规地层的复杂地质特征导致的钻井液漏失问题频发。在钻井过程中，造成钻井液漏失的主要原因是钻井诱导裂缝和天然裂缝开启引起的裂缝性漏失。裂缝的存在加剧钻井液从井筒流失到地层中，污染井筒附近地层，造成了大量的经济损失和采收率的降低。
3.现有的预测模拟方法大部分基于常规的均匀裂缝分布模型，并不能反映井下裂缝性地层漏失的真实情况。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种利用dfn预测裂缝性地层钻井液漏失的方法及装置，能够准确真实的反映漏失情况。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
6.本发明所述的利用dfn预测裂缝性地层钻井液漏失的方法，包括如下步骤：
7.根据测井资料确定岩石力学参数；
8.基于邻井的成像测井参数确定井下裂缝分布函数模型；
9.基于monte-carlo方法将井下裂缝分布函数模型生成随机裂缝模型；
10.获取钻井的工程参数，所述工程参数包括地应力参数和流体参数；
11.利用二维离散元软件，建立考虑渗流-应力耦合的钻井液渗流井眼模型；
12.将获取的所述岩石力学参数、所述随机裂缝模型、所述地应力参数以及所述流体参数输入到钻井液渗流井眼模型中，给井眼赋予井筒液柱压力和孔隙压力并设置一定的钻井液漏失流量，并经过二维离散元软件的计算，达到平衡后，观察统计井周附近钻井液在裂缝中的渗流情况，所述渗流情况包括钻井液的流速和流体压力大小；
13.通过观察统计的钻井液的流速计算井眼模型输出的渗流流量，并将该渗流流量和设置的钻井液漏失流量进行对比分析，验证井眼模型的准确性。
14.所述的方法，优选地，所述岩石力学参数是根据以下方式确定的：
15.根据井场资料或者取芯进行岩石三轴破坏试验，获取裂缝性地层的岩石力学参数。
16.所述的方法，优选地，所述随机裂缝模型为两组服从正态分布的随机裂缝模型的组合。
17.所述的方法，优选地，所述井眼模型输出的渗流流量通过以下公式进行计算：
18.19.式中，q
计算
为通过计算的井眼模型输出结果的钻井液的渗流流量；n为与井筒相交的裂缝条数；s为裂缝的横截面积；d为裂缝的孔径；v为检测到的每条裂缝中的钻井液流速；i为求和的序号。
20.本发明所述的利用dfn预测裂缝性地层钻井液漏失的装置，包括：
21.第一处理单元，用于根据测井资料确定岩石力学参数；
22.第二处理单元，用于基于邻井的成像测井参数确定井下裂缝分布函数模型，
23.第三处理单元，基于monte-carlo方法将井下裂缝分布函数模型生成随机裂缝模型；
24.第四处理单元，用于获取钻井的工程参数，所述工程参数包括地应力参数和流体参数；
25.第五处理单元，用于利用二维离散元软件，建立考虑渗流-应力耦合的钻井液渗流井眼模型；
26.第六处理单元，用于将获取的所述岩石力学参数、随机裂缝模型、地应力参数以及流体参数输入到钻井液渗流井眼模型中，给井眼赋予井筒液柱压力和孔隙压力并设置一定的钻井液漏失流量，并经过二维离散元软件的计算，达到平衡后，观察统计井周附近钻井液在裂缝中的渗流情况，所述渗流情况包括钻井液的流速和流体压力大小；
27.第七处理单元，用于通过观察统计的钻井液的流速计算井眼模型输出的渗流流量，并将该渗流流量和设置的钻井液漏失流量进行对比分析，验证井眼模型的准确性。
28.本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的利用dfn预测裂缝性地层钻井液漏失的方法步骤。
29.本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述利用dfn预测裂缝性地层钻井液漏失的方法步骤。
30.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
31.本发明的二维模型直观地展示了裂缝性地层的钻井液过程；动态的展示了钻井液漏失过程中裂缝处流体压力和流速的变化过程，因此，利用dfn预测裂缝性地层钻井液漏失更具直观性和可靠性。
附图说明
32.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
33.图1是本发明的流程图；
34.图2是本发明的考虑钻井液渗流的井眼模型图；
35.图3是本发明的流体流速-时间变化图；
36.图4是本发明的流体压力-时间变化图；
37.图5是本发明的数据验证结果示意图。
具体实施方式
38.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
39.本发明提供一种利用dfn预测裂缝性地层钻井液漏失的方法，通过该方法直观、动态的展示了裂缝性地层钻井液发生漏失的过程，完成了钻井液渗流程度的定性分析，可以对裂缝性地层钻井液漏失情况进行预测，以便现场工程师及时根据地层漏失情况，采取合理高效的堵漏技术，减少钻井液漏失，及时解决钻井风险。
40.如图1所示，本发明提供的利用dfn预测裂缝性地层钻井液漏失的方法，包括如下步骤：
41.s100：根据测井资料确定岩石的力学参数；
42.首先，利用横、纵波时差资料利用下式计算岩石的泊松比μ：
[0043][0044]
式中：δtc、δts为地层纵波、横波时差；
[0045]
利用声波、密度、伽马测井资料可计算得到岩石的粘聚力τ和内摩擦角
[0046][0047][0048]
其中，v
sh
为泥质含量，可由gr测井值求取；ρb为地层岩石密度；m＝58.93-1.785τ。
[0049]
根据泊松比μ和杨氏模量e,计算出岩石的体积模量k和剪切模量g：
[0050][0051][0052]
s200：基于邻井的成像测井参数确定井下裂缝分布函数模型；
[0053]
利用斯伦贝谢的fmi仪器进行电阻率成像测井，该仪器共八个极板共计192个电极，测量过程中八个极板推靠至井壁，192个电极同时测量，每个电极可测得所在处井壁视电阻率值用这192个点的电阻率数据调节色标，即可获得井眼极板覆盖处微电阻率扫描图像随着仪器上提可测得全井段的数据，经过一系列处理，获得测量井段纵向上的微电阻率扫描图像。
[0054]
数据进行预处理(坏电极剔除，深度对齐，电压校正，加速度校正，方位校正)和图像处理，对裂缝、孔洞进行定量评价：
[0055]
加权计算平均裂缝宽度：
[0056][0057]
式中，wi为fmi图像上某一条裂缝的第i段的宽度；li为fmi图像上某一裂缝的第i段的长度；
[0058]
裂缝长度(描述某井段内每单位面积的累计裂缝长度的公式)的计算：
[0059][0060]
式中，fe为井段内每单位面积的累计裂缝长度；r为井眼半径；c为井壁电成像测井井眼覆盖率，其值随着井眼半径的增大而减小；h为评价井段的长度(二维模型中，h＝1)；li为第i条裂缝的长度。
[0061]
对于裂缝的方位解释与计算：首先在成像图上识别出裂缝，然后在裂缝轨迹上任选若干个点，拟合出正弦曲线，从而求出裂缝的倾角和方位。
[0062]
s300：基于monte-carlo方法，将所述井下裂缝分布函数模型生成随机裂缝模型；所述随机裂缝模型，为两组服从正态分布的随机裂缝模型的组合。
[0063]
根据所得到的裂缝分布函数选择合适的函数模型，利用monte-carlo方法在计算机中生成服从符合上述分布函数的随机数，以此来得出裂隙网络几何参数，再利用计算机生成岩体中的裂隙网络；基于monte-carlo方法，利用udec中的fish语言编写了生成随机裂隙网络的程序。
[0064]
s400：获取钻井的工程参数，所述工程参数包括地应力参数和流体参数；
[0065]
根据现场测井资料获取地应力参数和钻井工程参数，其中所述应力参数和钻井工程参数包括井径，钻井液密度，粘度等。
[0066]
s500：利用二维离散元软件，建立考虑渗流-应力耦合的钻井液渗流井眼模型；
[0067]
该模型如图2所示，在该井眼模型中，随机裂缝贯穿井眼分布在整个模型中。岩块的本构模型采用各向同性的线弹性模型，裂缝的本构模型采用库伦滑移破坏下的区域接触弹性节理模型。
[0068]
井眼模型的尺寸设置为3m
×
3m，井眼设置为直径为0.3m的圆形钻孔。网格设置为三角形块体，考虑到计算精度和计算时间的问题，在靠近井眼处网格设置密度较高，其余部分密度较低且均匀划分。
[0069]
对于dfn(随机裂缝网络)，这里添加了两组裂缝模型，一组角度的平均值为45度(225度)，标准差为10度，另一组的角度设置为135度(315度)，标准差为10度。两组模型的平均长度均为3.5m,标准差为1m。角度和长度均为服从正态分布的函数分布。
[0070]
两组裂缝的力学参数均相同。将裂缝的法向刚度(joint normal stiffness)设置较大，这样可以避免块体嵌入量较多而引起的模型报错。
[0071]
井眼模型进行分析计算时采用如下的边界条件和初始条件：
[0072]
井眼模型边界条件条件设置：模型的四个面均设置为固定位移的边界，四个面均设置为应力边界。
[0073]
井眼模型初始条件：初始条件设置为地应力条件，上覆岩层压力为40mpa，最大水
平主应力为25mpa，方向沿x轴方向指向模型，最小水平主应力为20mpa，方向沿y轴方向指向模型(在udec中，压应力为负值)；液柱压力为15mpa，孔隙压力为8mpa。
[0074]
s600：将获取的所述岩石力学参数，随机裂缝模型，地应力参数以及流体参数输入到钻井液渗流井眼模型中，给井眼赋予井筒液柱压力和孔隙压力并设置一定的钻井液漏失流量；并经过二维离散元软件的计算，达到平衡后，观察统计井周附近钻井液在裂缝中的渗流情况，所述渗流情况包括钻井液的流速和流体压力大小；
[0075]
s700：通过观察统计的钻井液的流速计算井眼模型输出的渗流流量，并将该渗流流量和设置的钻井液漏失流量进行对比分析，验证井眼模型的准确性。
[0076]
在上述实施例中，优选地，所述井眼模型输出的渗流流量通过以下公式进行计算：
[0077][0078]
式中，q
计算
为通过计算的井眼模型输出结果的钻井液的渗流流量；n为与井筒相交的裂缝条数；s为裂缝的横截面积，d为裂缝的孔径；v为检测到的每条裂缝中的钻井液流速；i为求和的序号。
[0079]
实施例1：
[0080]
岩石的力学参数：密度为2.2
×
103kg/m3，杨氏模量为15gpa,剪切模量为7.72gpa,内摩擦角为32度，内聚力为2mpa。裂缝的力学参数：剪切刚度为2000gpa，法向刚度为5000gpa，节理摩擦角为32度，拉伸强度为5mpa，裂缝的导流能力为83.3pa-1
·
sec-1
，零法向应力时的孔径为2.5
×
10-4
m，残余水力孔径为1.25
×
10-4
m。钻井液的参数：密度1.1
×
10-3
kg/m3，动态粘度为1
×
10-3
pa
·
sec，内聚力为0.1mpa。
[0081]
经过有限次迭代后，可以看到(见图3和图4)，随着运行步数的增加，流体的流速和裂缝内的流体压力动态变化，钻井液开始沿着裂缝的壁面发生漏失。
[0082]
对于图3，钻井液在井眼附近的漏失并没有展示出很强的各向异性，原因主要有两个：第一是靠近井眼处裂缝的分布在方向上相对均匀；第二是地应力在水平和垂直模型方向上的数值差较小。
[0083]
对于图4，可以发现，裂缝的交叉数量会影响到钻井液的渗流速度。step 2，step 3和step 4的左边流体压力波动的最快，说明钻井液的流动速度最快。这是因为该处的裂缝交叉数量较少，钻井液沿着裂缝向左边流动，受到其他支路上的流动影响较小。
[0084]
图5是输入钻井液流量值和实际检测到的井眼周围钻井液流速值进行五次计算并拟合对比之后的结果，如图，计算值和输入值误差较小，五次验证的平均误差为9.41％，这说明udec预测钻井液漏失的准确性良好。验证公式如下：
[0085][0086]
式中，n为与井筒相交的裂缝条数；s表示裂缝的横截面积；d表示裂缝的孔径；v表示检测到的每条裂缝中的钻井液流速。
[0087]
验证方法：
[0088]
将与井筒接触的所有裂缝流速进行求和；
[0089]
流速和与裂缝的横截面积相乘得到q
计算
；
[0090]
将q
输入
与q
计算
进行比较，验证模型的准确性。
[0091]
验证举例：对于本发明中的展示图，输入流量值q
输入
＝1
×
10-3
m3/s。将图3中的所有裂缝流速相加等于6.34
×
104m/s，再乘以裂缝横截面积1.5625
×
10-8
m2,总流速乘以总裂缝横截面积等于总流量q
计算
＝9.906
×
10-4
m3/s。q
输入
与q
计算
误差在10％之内。综上，可以验证该模型预测裂缝性地层钻井液漏失的准确性。
[0092]
本发明还提供一种利用dfn预测裂缝性地层钻井液漏失的装置，包括：
[0093]
第一处理单元，用于根据测井资料确定岩石力学参数；
[0094]
第二处理单元，用于基于邻井的成像测井参数确定井下裂缝分布函数模型，
[0095]
第三处理单元，基于monte-carlo方法将井下裂缝分布函数模型生成随机裂缝模型；
[0096]
第四处理单元，用于获取钻井的工程参数，所述工程参数包括地应力参数和流体参数；
[0097]
第五处理单元，用于利用二维离散元软件，建立考虑渗流-应力耦合的钻井液渗流井眼模型；
[0098]
第六处理单元，用于将获取的所述岩石力学参数、随机裂缝模型、地应力参数以及流体参数输入到钻井液渗流井眼模型中，给井眼赋予井筒液柱压力和孔隙压力并设置一定的钻井液漏失流量，并经过二维离散元软件的计算，达到平衡后，观察统计井周附近钻井液在裂缝中的渗流情况，所述渗流情况包括钻井液的流速和流体压力大小；
[0099]
第七处理单元，用于通过观察统计的钻井液的流速计算井眼模型输出的渗流流量，并将该渗流流量和设置的钻井液漏失流量进行对比分析，验证井眼模型的准确性。
[0100]
本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的利用dfn预测裂缝性地层钻井液漏失的方法步骤。
[0101]
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述利用dfn预测裂缝性地层钻井液漏失的方法步骤。
[0102]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。