王信 陳祖紅 尚旺濤 劉賀 王志彬 莊偉(.中國(guó)石油渤海鉆探泥漿技術(shù)服務(wù)公司，天津 30080；.中國(guó)石油渤海鉆探第四鉆井工程分公司，河北 任丘 0655)

0 引言

裂縫型地層鉆井作業(yè)過(guò)程中井漏是最為常見(jiàn)的，井漏給鉆井企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還可能造成鉆井施工中出現(xiàn)卡鉆、井噴、井塌等安全事故，甚至造成井眼報(bào)廢，嚴(yán)重影響鉆井施工進(jìn)程。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者針對(duì)堵漏材料、堵漏工具和堵漏工藝進(jìn)行了大量的研究，對(duì)井漏進(jìn)行有效控制和預(yù)防，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一系列完善的技術(shù)，并且已經(jīng)對(duì)其機(jī)理研究高度重視，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究，已經(jīng)深入的了解了鉆井液漏失的規(guī)律。

隨著技術(shù)水平的不斷發(fā)展進(jìn)步，針對(duì)裂縫型地層鉆井液漏失情況，對(duì)其規(guī)律進(jìn)行分析，應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，保障漏失規(guī)律分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，將裂縫變形方程鉆井液流變參數(shù)、流變方程、裂縫迂曲度等相結(jié)合，對(duì)裂縫地層真實(shí)情況進(jìn)行分析，根據(jù)分析檢測(cè)結(jié)果，工程建設(shè)專業(yè)人員采取有針對(duì)性的處理措施，保障各結(jié)構(gòu)作用的穩(wěn)定性。

1 研究裂縫性地層鉆井液漏失模型及漏失規(guī)律的現(xiàn)實(shí)意義

目前使用分形方法構(gòu)建裂縫性地層鉆井液漏失模型，從裂縫性地層鉆井液模型中找到地質(zhì)性地層裂縫面的粗糙度。要保障模型的準(zhǔn)確度，就要在分析中使用鉆井液漏失控制方程。要充分的發(fā)揮其作用，裂縫開(kāi)度中應(yīng)用控制方程必須滿足其變形規(guī)律，才能找到漏失規(guī)律與裂縫性地層表面粗糙度的關(guān)系。

研究人員采取的最常見(jiàn)鉆井液漏失規(guī)律分析方法為平行板模型，但是其分析結(jié)果存在一定的誤差，分析的準(zhǔn)確性不能得到保障。目前采取了多種裂縫開(kāi)度對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的控制，在鉆井液漏失模型的建立中輸入重要的數(shù)據(jù)參數(shù)，體現(xiàn)出地層裂縫粗糙度對(duì)鉆井液裂縫流體流動(dòng)規(guī)律影響。

2 裂縫性地層鉆井液漏失模型構(gòu)建方法

通過(guò)分析圖1 漏失模型示意圖，可以發(fā)現(xiàn)，裂縫面在底層存在一個(gè)任意角矩形裂縫的情況下，滲透性相對(duì)也比較大。直角坐標(biāo)系的構(gòu)建是以裂縫面為基礎(chǔ)，在這個(gè)坐標(biāo)系中，裂縫的走向主要體現(xiàn)在水平方向X 軸上，裂縫角的傾斜度主要體現(xiàn)在直角坐標(biāo)系的Y 軸上，這樣的情況下以X 軸、Y 軸為根據(jù)，裂縫的形狀可以通過(guò)X 軸Y 軸表現(xiàn)出來(lái)。同時(shí)井眼與裂縫面之間有著相交的關(guān)系，其中比較常見(jiàn)的相交位置就是裂縫角、裂縫的中心點(diǎn)、裂縫邊界中心等。

圖1 鉆井液漏失裂縫模型

鉆井作業(yè)中如果遇到以上漏失模型中的情況，鉆井施工前期就會(huì)遇到裂縫，初始?jí)毫Φ臄?shù)值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，井眼中的鉆井液與縫內(nèi)的流體在性能上、流變性上出現(xiàn)比較相近的數(shù)值。裂縫面與井眼之間在時(shí)間保持不變的情況下，兩者之間存在相交的情況，這時(shí)候裂縫內(nèi)的壓力也會(huì)逐漸的升高，井內(nèi)壓力也會(huì)隨著鉆井液的增加而上升。在一些比較特殊的情況下，我們可以將鉆井液當(dāng)作是一種不能進(jìn)行壓縮處理的非流動(dòng)性流體，通過(guò)構(gòu)建與鉆井液相對(duì)應(yīng)的流變方程，對(duì)其實(shí)現(xiàn)減壓、稀釋的目的。

3 鉆井液漏失規(guī)律

3.1 裂縫面的濾失性

裂縫面濾失性在井底壓差相同的基礎(chǔ)上，會(huì)逐漸的上升，這就會(huì)造成鉆井液漏失的現(xiàn)象變得越來(lái)越嚴(yán)重，鉆井液漏失的速率在初始階段的時(shí)候，會(huì)有著一定程度的下降幅度。裂縫面上的鉆井液在施工階段過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一定程度的泥餅現(xiàn)象，鉆井液漏失的速度在這種情況下會(huì)逐漸的呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，但是下降的速率不是很快，趨近于平穩(wěn)。鉆井液漏失的速率在井底壓差上升的情況下也會(huì)出現(xiàn)上升的趨勢(shì)，需要采取科學(xué)合理的調(diào)整方式，來(lái)保障井底壓差的合理性，目前采取的主要措施為通過(guò)提高鉆井液體系的封堵性降低裂縫面的濾失量。

3.2 裂縫的幾何參數(shù)

裂縫面的傾斜角從一定角度分析是不斷增加的，鉆井液漏失的速率也會(huì)呈現(xiàn)出上升的情況，對(duì)以上現(xiàn)象發(fā)生的原因進(jìn)行分析，其中重力對(duì)鉆井液流動(dòng)的影響是其主要的原因之一。

鉆井液漏失的速率會(huì)隨著裂縫初始傾斜角的不斷增加而增加。鉆井液在相同壓力的情況下漏失的渠道變得越來(lái)越多。裂縫面在此時(shí)如果變得越來(lái)越小，鉆井液漏失的速率也會(huì)受到影響變得逐漸降低。

3.3 裂縫的迂曲度

裂縫的迂曲度主要指的就是裂縫表面的粗糙程度，裂縫表面的粗糙程度也會(huì)影響鉆井液的漏失規(guī)律。以裂縫的開(kāi)度進(jìn)行分析，找到鉆井液漏失的速率。裂縫的迂曲在裂縫處于初始開(kāi)度情況下會(huì)變得越來(lái)越大，鉆井液漏失速率在這時(shí)候會(huì)出現(xiàn)下降的情況。鉆井液漏失的速率在后期漏失階段整體出現(xiàn)下降，但是下降的趨勢(shì)比較平緩。裂縫的迂曲度在初始裂縫逐漸增大的時(shí)候?qū)︺@井液漏失規(guī)律產(chǎn)生影響，漏失規(guī)律的變化會(huì)造成漏失速率幅度也發(fā)生相應(yīng)的變化。因此在這種情況下，初始裂縫如果開(kāi)度上出現(xiàn)降低的趨勢(shì)，想要避免其對(duì)鉆井液漏失規(guī)律產(chǎn)生影響，就要高度的重視裂縫迂曲度問(wèn)題。

3.4 流變參數(shù)

經(jīng)過(guò)對(duì)鉆井液進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，裂縫中的流體流動(dòng)性會(huì)對(duì)流變參數(shù)在一定程度上產(chǎn)生影響，其中最為明顯的就是漏失速率。對(duì)鉆井液漏失速率、流動(dòng)指數(shù)、稠度系數(shù)等進(jìn)行充分的研究分析，找到其中的關(guān)系，鉆井液漏失速中間傾斜度隨著漏失速率的上升也會(huì)出現(xiàn)增加的趨勢(shì)，比較明顯的就是在時(shí)間不變的基礎(chǔ)上，影響的程度會(huì)變大。

對(duì)以上情況產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，主要的影響因素就是鉆井液的流動(dòng)指數(shù)下降，鉆井液在這種情況下會(huì)產(chǎn)生明顯的稀釋，裂縫中的流動(dòng)阻力有著明顯的下降趨勢(shì)，在一定程度上也影響了鉆井液的漏失速率。在這種情況下，鉆井液的漏失速率會(huì)隨著鉆井液的稠度系數(shù)上升而下降，對(duì)這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，其主要的原因就是鉆井塑性粘度在一定程度上受到鉆井液稠度系數(shù)的影響，造成鉆井液粘度的增加，流動(dòng)阻力在裂縫中的阻力變得越來(lái)越大。

3.5 各種參數(shù)對(duì)最終漏失的影響

裂縫內(nèi)流動(dòng)壓力梯度隨著井漏時(shí)間的增加、鉆井液侵入深度的增加而逐漸的降低。裂縫內(nèi)流體壓力梯度在力學(xué)平衡原理的基礎(chǔ)上，一旦小于鉆井液動(dòng)力切力，井漏就會(huì)停止。經(jīng)過(guò)我們的研究和分析發(fā)現(xiàn)，裂縫寬度、裂縫高度、漏失量與壓差、流型指數(shù)及動(dòng)切力與漏失量有著密切關(guān)系，與鉆井液的稠度系數(shù)沒(méi)有關(guān)系。漏失量與動(dòng)切力呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，與壓差、裂縫高度、裂縫寬度平方呈現(xiàn)正相關(guān)，流失量隨著流型指數(shù)的增加的逐漸下降。

所以影響漏失量最顯著的因素就是裂縫寬度。鉆井液密度在地層性質(zhì)不變的前提下，適當(dāng)?shù)膶?duì)鉆井液切動(dòng)力增加、流型指數(shù)降低，可以實(shí)現(xiàn)鉆井液密度的下降，達(dá)到漏失量降低的目的。通常情況下裂縫性漏失比較嚴(yán)重，相對(duì)比較復(fù)雜，需要在不同的情況下對(duì)多裂縫、裂縫網(wǎng)絡(luò)、誘導(dǎo)裂縫、復(fù)雜流體進(jìn)行分析研究，找到鉆井液漏失規(guī)律與特點(diǎn)，漏失類型及反演裂縫速度的研究主要通過(guò)開(kāi)產(chǎn)漏失速率識(shí)別來(lái)完成。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上的分析和研究，構(gòu)建了裂縫性地層鉆井液漏失模型，裂縫面形狀表征的顯示通過(guò)建立直角坐標(biāo)系來(lái)實(shí)現(xiàn)。必須從多方面、多角度、各種參數(shù)曲度進(jìn)行事實(shí)證明，才能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的對(duì)裂縫開(kāi)度變化進(jìn)行判斷，找到影響漏失速率的因素，主要有初始裂縫開(kāi)度、裂縫傾角、裂縫面積、裂縫長(zhǎng)度、鉆井液漏失速度等，針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題制定有效的解決措施。因此需要高度的重視裂縫性地層鉆井液漏失規(guī)律分析，作為重點(diǎn)的控制對(duì)象，在目前現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的環(huán)境下，必須緩解工程建設(shè)安全穩(wěn)定的需求壓力，達(dá)到工程項(xiàng)目施工建設(shè)質(zhì)量提升的目的，促進(jìn)油田企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。