刘泽 王小博 高建堂 朱永宝
中国石油西部钻探工程有限公司玉门钻井公司 甘肃 酒泉 735200
摘要：近些年，随着我国科学技术水平的不断进步。为了预防起下钻时井涌、井漏等复杂工况发生，需更精确地实时监测井眼压力。以钻井液实时凝胶分解模型为基础，结合钻井液流变特性，建立了基于钻井液触变特性的动态波动压力计算模型。分析认为，井筒工况改变时，凝胶强度破坏对压力激增影响程度大，并结合实验对比，验证了该模型的可行性和准确性。研究结果表明，该模型能精确地实现钻井中井眼压力实时监测与预警作用，具有良好实用价值。
关键词：流变参数;触变性;波动压力;动态模型
引言
随着钻井工艺和技术的发展，油气勘探的开发越来越深入，钻井的深度越深，地层结构越复杂，在接近地层内部构造时，受外界因素的影响，井漏问题逐渐突出，井漏并不是单方面的问题，因为井漏会产生一系列的井下复杂问题，比如井壁坍塌、卡钻、井喷等，这些问题严重影响着对石油的深度开发，如果对井漏问题没有进行一个科学合理的治理措施，不仅会影响钻井工作的有序开展，还会造成巨大的经济损失，如果储层发生井漏问题，对储层损害更是无法估计的，所以近年来我国石油钻探行业在不断优化创新防漏堵漏技术，并在实际应用过程中也取得了一定的效果。
1钻井工程中井漏的预防工作
1.1加强钻井细节控制
钻井工程在施工中会有较多的施工环节，如果施工人员在施工中不能够对相关细节进行控制，就可能会导致钻井井漏现象的发生。因此在后期的钻井工程井漏预防中，施工人员需要加强钻井细节控制，保证钻井质量。如工作人员在运用设备进行下钻工作时，需要通过控制装备降低钻井设备的下降速度，以避免钻井过程中对岩层的破坏。其次，施工人员在易漏层下钻和钻井中完作业下套管时也需要控制速度，这样可以避免管柱在下放过程中激动压力过大引发井漏。最后，施工人员为在钻井过程中预防井漏现象，在开泵时不仅仅需要注意放缓动作，而且还要按照开泵的相关要求以及开泵顺序进行，这样可以降低开泵时泵管所受到的冲击力，保证泵管作用的发挥。此外，工作人员在钻井细节控制中也需要落实小排量原则，切勿出现操之过急的钻井行为。
1.2要进一步强化工程技术
最大程度上保证石油钻井过程的稳定性，防漏堵漏施工涉及的内容比较多，需要注意每个环节的连接关系，要想做好防漏堵漏工作，要从实际井漏情况出发，立足于防漏堵漏技术现状，合理规划每个施工环节。工程技术的强化并不是单方面的，也不是一蹴而就，说说就可以实现的，要做好每个细节上的工作，钻井过程涉及的不可控因素比较多，要全程监控每个施工流程，为了降低井漏发生的可能性，在进入易漏地层之前要严格执行钻井的各项操作规程，优选各种钻井参数，以预防为主，这样不仅可以保证钻井过程的稳定性，还可以有效降低整体的成本预算，所以不能盲目施工，要合理规划钻井施工方案；降低潜在风险系数。
1.3化学凝胶堵漏技术
在预防钻井井漏的过程中尤其是缝洞型漏失，往往都会采取化学的方式进行堵漏。化学特种凝胶是一种缔合聚合物，成胶后能自成一相，难与水混合，即水很难冲稀它。化学凝胶堵漏材料进入漏层能自动停止流动，并逐渐充满裂缝、溶洞、孔隙等漏失空间，且难与油、气、水相混合，形成能隔断地层内部流体与井筒流体的“凝胶段塞”，能有效隔绝“油气水”，且该段塞具有足够的启动压力，当启动压力大于漏失时，自身可以达到堵漏的目的。配合其他堵漏工艺，可以起到阻水隔气效果，保护后续堵漏段塞的完整性。凝胶流体其流体有很高的粘度并具有很好的剪切稀释能力。流体在较高速梯下有较低的粘度，在注入过程中有较好的流动性。在低速梯下相当于在地层中渗流，粘度有5~10万MPa·s或更高。另外流体有很好的粘弹性，且弹性比例高，能过喉道膨胀，易于充满整漏失个空间。凝胶静置后产生内部结构而且会随时间而增强，堵漏效果会越来越好。此流体能与其他固体材料（如桥塞粒子、水泥、体膨颗粒等）混合而不影响流体上述特性。其次，凝胶水泥堵漏技术也在特殊井漏中使用。凝胶具有隔水抗水效果，结合水泥固化封堵优点，将两者复合形成凝胶水泥，大大提高了水泥的抗水性和结构稳定性，凝胶水泥入水不会被稀释且具有一定抗水流扰动的能力，在出水性地层中不易被冲稀冲散，同时浆体结构保持力强，保证固化质量，从而达到良好的固化封堵效果。
2修正波动压力模型验证
首先确定上述模型参数，其中流变参数(如K、n)可由流变图得知，动切力项考虑实验拟合或数值分析方式获得各参数值。取实验泥浆在给定温度下，分别静止10、30min后，并在给定转速下，得到描述凝胶衰变过程中各个参数值的大小。在25℃和0.1～1.0s工况下，实验泥浆凝胶结构静止10min和30min的衰减/成胶曲线耦合模型拟合结果如图1所示，并将拟合参数结果填入表1中。同时，表1中给出了后期整体模型验证时实验段的瞬态泵启参数。可以看到，这个模型很好地模拟了钻井液成胶和破胶的瞬时变化过程，并且不同测试时间下极限动切力也有所不同。
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图1实验泥浆凝胶结构衰减/成胶曲线耦合模型
表1钻井液拟合的流变参数
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总之，该文中推导的多指数流变模型可以通过捕捉微观结构衰减前的剪切历史来离散凝胶分布与受剪切力的耦合关系，得到实时的钻井液结构变化对外输出功的定性描述，并整合到井眼压耗计算公式，为实时计算井眼波动压力给出更为精确值。考虑整个的波动压力计算模型验证时，实验流程如图2所示。将测试用钻井液封闭在两端球阀之间(测试段沿程有一定数量压力流量传感器，可实现对沿程各点之间实时压力值监测)，在30℃条件下分别静止10min和30min后打开球阀，并打开泵实现模拟井眼中钻柱在停止一段时间后再起下钻或加大泵送流量等工况下井眼波动压力变化。
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图2动态波动压力模型验证用实验流程
同时记录一定时间下测点压力值变化试验数据
并与模型结果比对，如图3、图4所示。
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当球阀打开时，各测点的压力急剧上升。在0.3s左右的瞬间时间内，所观察到的初始压力峰值是由惯性、摩擦和钻井液触变性综合影响。在这个初始压力峰值之后，在0.3～3.0s对压降的主要影响来自于振动、凝胶和黏性。一旦达到稳态，压降主要是由黏性影响。不同阶段的影响程度如图5所示。
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图5不同阶段的影响程度
由图5可以看出，微观结构破坏导致井眼压力变化的形式为逐步衰减到稳态，同时这种新模型能很好地预测井眼波动压力的动态变化。
结语
(1)本文所建立的数学模型能够预测钻井液性能引起的井眼波动压力动态变化，对于钻井现场有一定的实用价值。(2)井眼波动压力的影响因素是多样的，建议在钻井现场，应多方面控制起下钻或启停泵操作的安全性，减少波动压力激增过大。
参考文献
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