[发明专利]钻井液中暂堵剂粒度分布的分形设计方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及的是在石油天然气工程领域中钻井液中携带的暂堵剂数量、粒径如何分布才能将近井储层岩石的孔喉有效填堵技术，具体涉及的是钻井液中暂堵剂粒度分布的分形设计方法。

二、背景技术：

在钻井过程中，地下储层常常会被钻井液伤害，造成储层岩石中的孔隙、裂缝和溶洞堵塞，增加井筒附近的表皮系数，降低近井区域油层的渗流能力。暂堵是钻井过程中常用的一种油气层保护技术，其关键技术是钻井液携带的暂堵剂如何将储层岩石的孔喉有效填堵，以形成薄而政密的高质量泥饼。

为使钻井完井液在井壁上形成超低渗透的泥饼，需要依据暂堵剂粒径与储层孔隙尺寸之间的匹配关系，寻找一种科学、合理的暂堵剂的选方法。在本发明作出之前，现有技术设计暂堵剂颗粒大小、数量及分布的方法主要是1977年Abrams提出钻井液中暂堵剂颗粒尺寸的“1/3架桥准则”，即当暂堵剂颗粒的粒度中值等于或略大于储层平均孔径的1/3时，有利于形成致密的泥饼，并阻止钻井液中的液相和固相侵入储层岩石孔喉之中。由于储层孔喉尺寸分布的非均质性明显，对非均质储层中较大尺寸的孔喉，采用“1/3架桥准则”并不能达到理想的暂堵效果。虽然此方法能形成具有暂堵效果的泥饼，但并不能良好地避免储层受到伤害。

三、发明内容：

本发明的目的是提供钻井液中暂堵剂粒度分布的分形设计方法，它用于解决现有暂堵剂粒度尺寸分布单一，暂堵效果不理想的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种钻井液中暂堵剂粒度分布的分形设计方法：

1)对需要暂堵的储层岩石进行现场取样，确定储层最大孔喉直径d_max，进而确定岩样孔喉直径的d₉₀，将d₉₀作为暂堵剂颗粒粒径分布的最大值，即d₁＝d₉₀；

2)在室内对岩样进行常规的压汞实验，确定储层孔喉直径分布的分形维数D，及储层孔喉直径中值；

3)采用分形设计方法设计暂堵剂粒度分布，将暂堵剂颗粒按照粒径的不同，分成N阶，N＝2～5，其规律是N阶暂堵剂颗粒分形分布的第1阶暂堵剂颗粒的粒径为d₁；第2阶暂堵剂颗粒的数量为第1阶暂堵剂颗粒数量的M倍，粒径为d₂，d₂＝d₁/M²；第3阶暂堵剂颗粒的数量为第2阶暂堵剂颗粒数量的M倍，粒径为d₃，d₃＝d₁/M³；以此类推，第N阶暂堵剂颗粒的数量为第N-1阶暂堵剂颗粒数量的M倍，粒径为d_N，d_N＝d₁/M^N，其中的M为自然数，M＝2～5。

有益效果：

1、本发明的设计原理先进，操作方便，效果优良，成本低廉。它根据分形理论对钻井液暂堵剂的尺寸分布进行优化设计，在石油钻井中具有广泛的应用前景和重要的实施价值。

2、本发明暂堵剂颗粒分布呈现分形分布，不同粒径组合的暂堵剂更能有效封堵非均质严重的地下储层岩石孔喉分布。该粒度分布在石油钻井的暂堵过程中能实现理想填充，即暂堵剂颗粒在井壁形成的泥饼薄而致密，且暂堵剂颗粒在成泥饼过程中流失少。

四、附图说明：

图1为实例1润湿相饱和度S_w和毛管压力P_c的双对数图。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

实施例1：

结合图1所示，本发明的实施过程具体为：

1)对需要暂堵的储层岩石进行现场取样。确定储层最大孔喉直径d_max，进而确定岩样孔喉直径的d₉₀，d₉₀指当暂堵剂颗粒在其粒径累积分布曲线上的d₉₀值，也就是90％的暂堵剂颗粒粒径小于该值，对于本实施例最大孔喉直径为15.3μm，将d₉₀作为暂堵剂颗粒粒径分布的最大值，即d₁＝d₉₀＝3.91μm。