基于固相粒度降级的深井钻井液储层保护固相材料添加与补充方法与流程

本发明涉及石油与天然气行业钻井完井过程中储层保护与钻井液技术领域，本方法针对深层钻井过程中固相发生粒度降级现象，提出钻井液内固相材料补充方法，为优化设计储层保护固相材料粒度分布提供依据。

背景技术：

随着石油天然气资源的开发利用，石油与天然气勘探方向由浅部逐渐转向深部，井下复杂条件逐渐增加，如高温、高压等，对储层保护与工作液漏失控制提出了更高的要求。而选用合适的屏蔽暂堵级配理论，优化固相颗粒粒度分布，是实现储层保护与控制钻井液漏失的主要手段。

对于深井超深井因具有地层压力系统多、裸眼段长、井下高温高压、地层流体矿化度高等特点，加剧钻井液循环条件，颗粒-颗粒、颗粒-固体边界间不断发生碰撞，钻井液内固相粒度降级现象尤为明显。现场施工通常根据经验对固相材料进行补充，不能很好地把握补充材料的粒度分布与最佳补充时机。由于钻井液内固相粒度分布未进行较好地控制，使粒度分布与储层裂缝宽度或孔喉分布匹配性降低，直接结果导致钻井液发生漏失，最终造成储层损害，并增加钻井非生产时间。因此，通过模拟深层钻井液循环条件，测试固相粒度降级程度随时间变化，确定需补充固相颗粒的粒度分布与最佳补充时机，对工作液漏失控制、安全高效钻井和储层保护有重要的意义。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种基于固相粒度降级的深层钻井液循环固相材料添加与补充方法，该方法从固相颗粒初始粒度分布设计、固相粒度降级测试以及补充固相颗粒粒度分布与补充时机的设计等方面，详细制定了考虑粒度降级情况下固相材料补充流程，为优化设计储层保护固相材料粒度分布提供依据。

为达到以上目的，本发明通过下述技术方案实现：

(1)根据屏蔽暂堵级配理论和将钻至储层的裂缝宽度分布或孔喉分布，确定适合于将钻开储层的钻井液固相材料粒度分布；

(2)运用激光粒度仪测试现场钻井液固相颗粒初始粒度分布；

(3)室内模拟该井温度压力条件和钻井液性能，测试钻井液循环时间对待补充固相材料降级的影响程度，建立循环时间与固相粒度降级率关系式；

(4)依据步骤(3)建立的关系式，确定钻井液循环至所需设计层位时固相材料降级程度；

(5)在步骤(1)初步确定的材料粒度分布基础上，结合步骤(4)确定的材料降级程度，对所需材料粒度分布进行调整，适当增加粒径较粗颗粒复配比例，使钻井液循环至设计层位时其固相粒度分布曲线上特征值d50、d75、d90与步骤(1)确定的粒度分布对应特征值相对偏差小于10％，即基本与储层孔喉分布或裂缝宽度相匹配；

(6)依据步骤(3)建立的关系式，确定钻井液固相颗粒粒度特征值d50、d75、d90降级程度达到15％～30％时钻井液在井筒内的循环时间；

(7)步骤(6)确定的钻井液循环时间作为固相材料补充合理时机，再依据步骤(4)、步骤(5)设计所需补充材料的粒度分布，并补充固相材料。

本发明与常规材料添加与补充方法相比，具有如下特点与优势：

(1)常规粒度优化方法未考虑钻井液循环过程粒度降级现象。对于深层钻井，本方法考虑钻井液在高温高压等复杂条件下循环，其固相发生粒度降级现象，更为符合现场实际情况，并在此基础上优化确定补充材料的粒度分布与补充时机，相对于现场以经验补充材料更具有指导性与规范性；

(2)方法操作流程简便，分别考虑储层保护钻井液初始固相粒度分布设计与后期补充材料粒度分布设计，更为合理且全面地设计储层保护钻井液固相粒度分布。

附图说明

图1固相颗粒初始粒度分布图

图2钻井液循环时间对固相粒度降级的影响程度图

图3钻井液循环至设计井深时固相粒度降级示意图

图4补充材料粒度设计示意图

具体实施方式

下面结合附图进一步详细说明本发明的内容、特点及效果，基于固相粒度降级的深层钻井液循环固相材料补充方法具体实施步骤如下：

(1)根据屏蔽暂堵级配理论和将钻至储层的裂缝宽度分布或孔喉分布，确定适合于将钻开储层的钻井液固相材料粒度分布；

(2)运用激光粒度仪测试现场钻井液固相颗粒初始粒度分布(图1)；

(3)室内模拟该井温度压力条件和钻井液性能，测试钻井液循环时间对待补充固相材料磨蚀的影响程度(图2)，建立循环时间与固相粒度降级率关系式；

(4)依据步骤(3)建立的关系式，分析钻井液循环至所需设计层位时固相粒度降级程度(图3)；

(5)在步骤(1)初步确定的材料粒度分布(图4a)基础上，结合步骤(4)确定的材料粒度降级程度，对所需材料粒度分布进行调整，适当增加粒径较大颗粒复配比例(图4b)，使钻井液循环至设计层位时其固相颗粒粒度分布曲线上特征值d50、d75、d90与步骤(1)确定的粒度分布(图4a)对应特征值相对偏差小于10％，即基本与储层孔喉分布或裂缝宽度相匹配，最终确定固相颗粒初始粒度分布(图4c)；

(6)依据步骤(3)建立的关系式，确定初始钻井液固相颗粒粒度(图4c)特征值d50、d75、d90磨蚀程度达到15％～30％时，钻井液在井筒内循环时间；

(7)步骤(6)确定的钻井液循环时间作为固相材料补充合理时机，再依据步骤(4)、步骤(5)设计所需补充材料的粒度分布，并补充固相材料。

本方法充分考虑钻井液循环过程中固相粒度降级现象，并通过建立钻井液循环时间与固相粒度降级程度的关系指导补充材料粒度分布与补充时机，对于现场施工补充材料更具有指导意义。

上述具体实施方案已结合附图对本发明的方法进行了详细描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，只要在不超出本发明的主旨范围内，可对实验条件与分析方法及对象进行灵活的变更，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明为基于固相粒度降级的深井钻井液储层保护固相材料添加与补充方法。深井超深井因钻井液条件下极为复杂，致使固相粒度降级现象尤为明显。针对经典固相粒度分布优化理论未充分考虑固相粒度降级现象，本发明提供了一种考虑材料粒度降级的钻井液储层保护固相材料添加与补充方法。室内模拟储层条件下时间对固相粒度降级程度的影响。在适用于储层的固相粒度分布基础上，考虑粒度降级，适当增加大粒径颗粒复配比例，使优化后的固相颗粒循环至储层时，其粒度分布与储层孔喉尺寸或裂缝宽度相匹配。同时，在钻井液循环过程中，合理确定材料补充时机以补充材料，使钻井液内固相粒度分布始终适用于储层。本方法为考虑固相粒度降级下优化设计材料粒度分布及材料添加补充提供了依据。

技术研发人员：游利军;康毅力;谭启贵;李相臣;李家学;许成元;唐云;林冲;张敬逸;谢智超;田国丰
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2018.03.03
技术公布日：2019.10.22