一种深层裂缝性地层封堵承压能力预测方法

本发明涉及钻完井工程承压堵漏效果预测，具体涉及一种深层裂缝性地层封堵承压能力预测方法。

背景技术：

1、裂缝性地层经常发生工作液漏失，工作液漏失入地层，造成井壁稳定、储层损害和经济损失等问题。现场会配置堵漏浆，注入井筒并循环至漏失层位，进行堵漏作业。堵漏配方的好坏，直接影响到封堵层承压能力和封堵效率。为了增加堵漏作业成功率，降低和控制工作液漏失，刚性颗粒、弹性颗粒和纤维材料需要协同配合，形成致密和承压能力高的封堵层。

2、目前，封堵层承压能力一般通过室内防漏堵漏实验进行评价，也可以通过经验公式来预测架桥封堵层承压能力。但是室内防漏堵漏实验需要花费大量的时间，经验公式的不确定性较大，不适合现场堵漏施工，究其原因，由于深层环境复杂、缝内流体压力作用和堵漏配方数量繁多，使得封堵层的承压能力难以预测。因此，需要一个适用性广、准确性高的预测方法，在堵漏前预测堵漏浆形成封堵层后的承压能力，快速形成高承压封堵层，并控制工作液漏失，降低漏失带来的储层损害和经济损失，有效加快钻井建井周期。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明综合考虑考虑堵漏材料配比、几何特性和缝内流体压力的封堵层承压能力的影响，提供了一种深层裂缝性地层封堵承压能力预测方法，其具体技术方案如下：

2、一种深层裂缝性地层封堵承压能力预测方法，包括以下步骤：

3、s1、根据地震资料和裂缝发育特征选择模型并计算地层裂缝静态水力学宽度；

4、s2、构建裂缝封堵层承压模型；

5、s3、获取地质参数和堵漏配方性能参数，结合步骤s1获取的地层裂缝静态水力学宽度，通过裂缝封堵层承压模型计算封堵层的承压能力。

6、作为本发明的一种具体实施方式，所述步骤s2中封堵层承压模型简要推导过程如下：

7、封堵层整体承压模型：

8、如图1所示，将封堵层看做一个整体对其进行外部受力分析。裂缝封堵层形成后，主要受到井筒压力pw、裂缝内压力pf、裂缝闭合压力pc、封堵层-裂缝面摩擦力ff和抗剪强度τc的作用。

9、井筒正压差作用在封堵层上的推力为fδp，其计算式为：

10、fδp＝(pw-pf)hw＝δphw

11、式中：

12、

13、式中：pw为井底压力；pf为裂缝内压力；h为裂缝高度；w为裂缝静态水力学宽度；δp为封堵层内外压差；kz为封堵层渗透率；ki为地层渗透率；δa为封堵层到裂缝尖端的距离；l为封堵层厚度；id为井筒压力渗透封堵层后压力衰减为地层压力的距离；pp为地层压力。

14、封堵层与裂缝面之间的摩擦力为ff：

15、ff＝2μffc

16、式中：

17、fc＝(pc-pf)hl(1-φ)

18、

19、

20、

21、

22、

23、式中：μf为封堵层摩擦系数；v1、vr、ve、vf分别为封堵层体积和刚性粒子、弹性粒子、纤维所占体积；分别为封堵层中刚性粒子、弹性粒子、纤维体积分数；μfr、μfe、μff分别为刚性粒子、弹性粒子、纤维与裂缝面之间的摩擦系数；fcr、fce、fcf分别为刚性粒子、弹性粒子、纤维所受法向压力；fc为封堵层法向压力；φ为封堵层孔隙度；r为裂缝延伸长度；υ为地层岩石泊松比。裂缝中某一点工作液流动速度。

24、封堵层整体承压为：

25、

26、封堵层剪切承压模型：

27、如图2所示，部分封堵层在正压差作用下向裂缝内滑动，当封堵层受力达到某一值时，使得封堵层结构破坏，封堵失效。

28、封堵层与裂缝面之间的摩擦力ff1：

29、ff1＝2μf1fc1＝2μf1(pc-pf)hl(1-φ)

30、式中：

31、

32、fc1＝(pc-pf)hl(1-φ)

33、式中：μf1为失稳封堵层摩擦系数；分别为失稳封堵层中刚性粒子、弹性粒子、纤维体积分数；fc1为失稳封堵层法向压力；h为失稳封堵层高度。

34、封堵层抗剪强度有颗粒贡献抗剪强度τc1和纤维剪切增量τc2组成：

35、

36、

37、式中：

38、

39、

40、

41、

42、

43、

44、

45、式中：af为横截面上纤维所占面积；a为横截面积；kg为颗粒刚度；ε为颗粒弹性变形量；d为颗粒直径；δ为封堵层中力链总变形；n为力链上的颗粒数；lc为力链长度；δ1、δ2分别为颗粒-颗粒间摩擦角、纤维-颗粒间摩擦角；α为纤维初始倾斜角；lf为纤维长度；df为纤维直径；ef为纤维弹性模量；θ为纤维剪切后倾斜角；x为剪切带中纤维剪切位移前横向跨度；x’为剪切带中纤维剪切位移前横向跨度；z为纤维两受拉点垂向距离；af1、af2、af3…afn为横截面上n种纤维所占面积；ag为横截面上颗粒所占面积；mf为封堵层中纤维质量；mg为封堵层中颗粒质量；wf为封堵层中纤维质量；wg为封堵层中颗粒质量；gf为封堵层中纤维密度；gg为封堵层中颗粒密度。

46、封堵层剪切承压为：

47、

48、所以封堵层承压模型为：

49、p＝min(p1，p2)

50、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

51、(1)本发明提供了一种裂缝封堵层承压能力的计算方法，可以对裂缝封堵承压能力进行计算预测，也可以为桥塞堵漏配方设计提供依据，以便高效设计防漏堵漏配方。

52、(2)本发明考虑堵漏配方中不同堵漏材料的占比、种类、性能参数对封堵层承压的影响，能够适应不同配方，适用广泛广，同时本发明考虑了缝内流体压力对封堵层承压的影响，大大提高深层裂缝封堵层承压能力预测的准确性，具有工业实用性。

技术特征：

1.一种深层裂缝性地层封堵承压能力预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种深层裂缝性地层封堵承压能力预测方法，其特征在于，步骤s1中计算地层裂缝静态水力学宽度的模型如下：

3.根据权利要求1所述的一种深层裂缝性地层封堵承压能力预测方法，其特征在于，所述步骤s2中封堵层承压模型如下：

技术总结
本发明公开了一种深层裂缝性地层封堵承压能力预测方法，属于钻井与完井工程井漏控制领域，包括以下步骤：根据地震资料和裂缝发育特征选择模型并计算地层裂缝静态水力学宽度；构建裂缝封堵层承压模型；获取地质参数和堵漏配方性能参数，结合步骤S1获取的地层裂缝静态水力学宽度，通过裂缝封堵层承压模型计算封堵层的承压能力。本发明计算出的裂缝封堵层承压能力可以为桥塞堵漏配方设计提供依据，以便高效设计防漏堵漏配方，及时降低和解决工作液漏失，降低钻井成本、非生产时间和储层损害程度。

技术研发人员：许成元,朱玲茂,刘磊,谢军,林凌,汤历平
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13