專利名稱：控制鉆井液損失的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆井入地。更具體而言，提供控制在鉆井過程中井筒的鉆井液 損失("循環(huán)液漏失")的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本節(jié)意圖是給讀者介紹本領(lǐng)域的各個(gè)方面，其可與下面描述和/或要求保護(hù) 的本發(fā)明技術(shù)的示例性實(shí)施方式相關(guān)。相信該討論在給讀者提供促進(jìn)更好地理解 本技術(shù)的具體方面的信息方面是有益的。因此，應(yīng)該理解，應(yīng)當(dāng)從該角度閱讀這 些陳述，而不必作為對現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。在使用旋鉆方法的鉆井(例如油井和氣井)中，鉆井液通過鉆柱和鉆頭循環(huán)， 然后經(jīng)由被鉆井筒循環(huán)回到地表。該流體被加工以在其再循環(huán)到井之前，除去鉆 屑并保持需要的性質(zhì)。該鉆井液可具有多個(gè)目的，其包括1)冷卻和/或潤滑鉆頭； 2)保持井筒鉆過的地下巖層上的流體靜壓力，從而防止加壓的地層流體進(jìn)入該井 筒；和3)循環(huán)巖屑離開該井筒。在鉆井作業(yè)期間， 一些量的流體將損失，該損失 量通常稱為"循環(huán)液漏失"。考慮一些形式的損失是可接受的并且是預(yù)期的。例如 一些量的鉆井液由于地層的滲透性而損失。當(dāng)泥漿流入巖石中的小丌孔(孔隙， small openings)時(shí)，流體內(nèi)的固相將最終塞住該開孔，并且在井筒壁上形成濾餅。 損失體積是小的，并且隨時(shí)間下降。另外，在井筒壁中形成裂縫后——其給鉆井 液提供了出口，鉆井液可能損失。泥漿中的固體不能塞住張開裂縫，并且損失可 以是出乎意料的、無法控制的、和/或不能接受的體積。井筒鉆入或鉆過的地下巖層的機(jī)械性質(zhì)不同。這些性質(zhì)和井筒中的流體壓 力決定損失是否發(fā)生和損失的性質(zhì)。例如地層的滲透性將決定濾餅怎樣迅速地在 井筒壁上形成，以及在有效濾餅形成以前損失多少鉆井液。術(shù)語"初濾失量"一般用于指在控制濾餅形成之前通過過濾介質(zhì)(這里是可滲透的井筒壁)的鉆井液的 體積。傳統(tǒng)地，已經(jīng)設(shè)計(jì)鉆井液以最小化通過可滲透井筒壁的初濾失量。所形成 的濾餅迅速地形成，并且通常非常薄。為了在井筒壁上形成濾餅，己經(jīng)以多種不 同的方式優(yōu)化傳統(tǒng)的鉆井液。然而，這些特征在中止破裂地層造成的損失方面是 無效的。由于破裂地層引起的循環(huán)液漏失的問題以多種方式工業(yè)處理，但是仍然 需要更有效的和可預(yù)測的溶液。地卜巖層的另一個(gè)重要的性質(zhì)是地層完整性，其沿著井筒的長度變化。地 層完整性通常是數(shù)個(gè)因素的函數(shù)，其包括地層組成和地層深度。地層完整性被定 義為井簡壁中將形成裂縫并且流體將損失的井筒壓力。當(dāng)井筒壓力超過地層完整 性，巖石被迫打開，并且泥漿流入該開孔。打開井筒以產(chǎn)生裂縫所需的壓力很大 程度上等于儲(chǔ)存在周圍巖石中的應(yīng)力，所述周圍巖石保持井筒閉合。該應(yīng)力來自 感興趣的具體深度上方巖石和流體的重量。該重量被稱為上覆巖層。巖石性質(zhì)也 起作用，這是因?yàn)榻o定上覆巖層產(chǎn)生的應(yīng)力將隨著具體的巖石特性而變化。例如， 深埋入地的地層可具有10000 psi的上覆巖層，其在給定地層中可產(chǎn)生7000 psi的 最小巖石應(yīng)力。迫使井筒壁打開所需要的井筒壓力一般僅僅稍高于7000psi。開孔 的形狀是窄且高的，并被稱為裂縫。因?yàn)樯细矌r層和巖石特性在地層的一個(gè)層段 與另一個(gè)層段之間不同，或在地層的一個(gè)區(qū)域與另一個(gè)區(qū)域不同，因此地層完整 性沿著井筒的長度變化。在具有較高的圍阻應(yīng)力(contaimnent stress)的層段中鉆井 可進(jìn)展良好，但是當(dāng)?shù)貙油暾缘偷膸r層或?qū)佣伪淮┩笗r(shí)，裂縫和相應(yīng)的鉆井液 損失可發(fā)生。迄今，裂縫的開孔已被論述與地層完整性相關(guān)。井筒中特定點(diǎn)處的地層完 整性也可被稱為該位置處的壓裂梯度。壓裂梯度通常被表達(dá)為壓力除以深度，并 且其相當(dāng)于裂縫產(chǎn)生前井筒壁能支撐的壓力。井筒的特定層段或區(qū)域的壓裂梯度 等于開始裂縫增長所需的壓力除以該位置的深度。特定層段的壓裂梯度也可以以 "當(dāng)量泥漿比重"(EMW)表示。其是流體柱施加給定壓力梯度必須具有的密度， 并且可以以磅/加侖(ppg)表示。如果產(chǎn)生裂縫，并且迫使裂縫打開，那么裂縫的兩 面繼續(xù)向后推，并且試圖以等于周圍巖石應(yīng)力的力閉合。該力被稱為裂縫閉合應(yīng) 力或"FCS "?？梢砸鹆芽p開孔(裂縫張開度，fracture opening)的壓力的主要來源是井筒 中循環(huán)的鉆并液應(yīng)用到井筒壁上的流體靜壓力。鉆井液的一個(gè)重要的性質(zhì)是流體 泥漿比重或泥漿密度，其是每單位體積的質(zhì)量。鉆井液泥衆(zhòng)比重是重要的，因?yàn)?它確定井中任何給定深度處的流體靜壓力，其防止流入井和井筒坍陷，并且當(dāng)流 體靜壓力超過地層完整性或壓裂梯度時(shí)，其引起裂縫。在鉆井液循環(huán)時(shí)，由于摩 擦引起的壓降，對井筒壁施加附加壓力。因此，鉆井作業(yè)經(jīng)?？紤]鉆井液的當(dāng)量 循環(huán)密度(ECD)，其等于環(huán)中從所考慮的點(diǎn)到地表的動(dòng)態(tài)壓降加由于其密度引起的 流體的靜壓頭。因?yàn)榫仓械你@井液在不同的時(shí)期可以在井筒中循環(huán)或在井筒中固定，所以對于保持井筒需要的完整性(避免超壓力引起的裂縫和低壓力引起的坊 陷)而言，確定并控制在兩種情況下由鉆井液施加的流體靜壓力是重要的。
傳統(tǒng)地， 一段井筒被鉆到ECD產(chǎn)生接近該井筒附近地層的壓裂梯度的井筒 壓力的深度。例如井筒可鉆進(jìn)已知具有低完整性(由于巖石成分、貧化或其它原因) 和相應(yīng)的低壓裂梯度的層段。在那點(diǎn)，套管柱被安裝到井筒中，以穩(wěn)定先前已鉆 層段中的地層，以便防止井筒的坍陷和/或防止地層流體流入，然后降低井筒壓力 至更深處較低完整性地層可容許的水平。相似地，如果新接近的層段需要比先前 的層段可支持而沒有產(chǎn)生裂縫的井筒壓力更高的井筒壓力，那么可安裝套管以穩(wěn) 定和/或分隔先前的層段對抗繼續(xù)鉆入所需要的增加的井筒壓力。 一般而言，每個(gè) 增加的套管柱具有比先前的柱更小的直徑，并且安裝可能是非常昂貴和耗時(shí)的。 在一些情況中，由于完井所需要的套管柱的數(shù)目和安裝每個(gè)柱引起的套管和井眼 大小的減小，鉆深井筒變得不切實(shí)際。圖1是鉆井期間交叉的多層地層巖層或一層地層巖層中以米表示的深度對 預(yù)期的孔隙壓力(線2)、巖層中預(yù)期的壓裂梯度(線3)和待被使用的鉆井液的ECD (線4)的圖。安全鉆井程序需要ECD (線4)位于孔隙壓力和壓裂梯度(線2和3)之間。 在圖1的右側(cè)，基于這些曲線示出套管平面圖。通過分隔具有低壓裂梯度"未完 井(behind pipe)"的巖層，設(shè)計(jì)中間六個(gè)套管柱5的深度以防止循環(huán)液漏失，并且 在la、 lb、 lc、 ld、和le深度對六個(gè)柱的每一個(gè)示出套管鞋。
在圖1的實(shí)例中，到稱為"地帶A"、"地帶B"和"地帶C"的區(qū)域中的 巖層的循環(huán)液漏失將被預(yù)期，這是因?yàn)槭┘觼硌h(huán)井的壓力(ECD)大于這三個(gè)具有 低壓裂梯度的地帶中的地層完整性。在由于生產(chǎn)已經(jīng)部分衰竭一一這導(dǎo)致降低的 孔隙流體壓力——的井筒的層段中，打開裂縫的風(fēng)險(xiǎn)被大大地加劇，如在圖I中 衰竭帶A、 B和C所圖解的。在層段或巖層中低的流體或孔隙壓力降低了保持井 眼閉合的應(yīng)力和該巖層中的壓裂梯度。當(dāng)沒有衰竭時(shí)，特別是在大角度定向鉆入的井中，進(jìn)入裂縫的高循環(huán)液漏 失率也可發(fā)生。當(dāng)鉆垂直井時(shí)，完整性傾向于隨著鉆井深度而增加，這是因?yàn)橥?整性被給定點(diǎn)上的地層的重量增加。相反，在大角度定向井中的完整性不會(huì)迅速 地增加，這是因?yàn)檐壍劳ǔＪ切钡?，并且該井沒有穿透入地球更深。在水平井的 極端實(shí)例中，根本沒有增加垂直深度，隨著鉆井進(jìn)行，在完整性方面根本沒有改 變。然而，由于井眼長度增加，循環(huán)壓力繼續(xù)增加。當(dāng)定向井筒達(dá)到某一長度時(shí)， 其循環(huán)壓力可超過地層完整性，并且發(fā)生損失。當(dāng)大角度定向井中的循環(huán)壓力超 過地層完整性時(shí)，繼續(xù)鉆井可能導(dǎo)致不可接受高的循環(huán)液漏失，即使可能沒有遇 到地質(zhì)目標(biāo)。隨著深水油ffl熟化和生產(chǎn)層段中壓力下降，這類損失的經(jīng)濟(jì)影響可
增加。 一般地，深水油m在具有低天然完整性的地層中開采，并且井筒從中心結(jié)
構(gòu)鉆到較大的距離，具有高的循環(huán)壓力。目前，在深水中存在少量衰竭油氣藏， 這是因?yàn)楣I(yè)上僅僅近來開發(fā)了開采這些油田的技術(shù)。然而，從這些儲(chǔ)層進(jìn)一步耗竭流體可進(jìn)一步降低一些地帶中的壓裂梯度。大角度、延伸井中的高循環(huán)壓力 和在深水中常見的低壓裂梯度的結(jié)合可能使開采大礦床(large deposits)是不經(jīng)濟(jì) 的，除非新的鉆井工藝技術(shù)可用。
10013]當(dāng)防ih井筒在低強(qiáng)度巖石區(qū)域枬陷所需的流體密度超過完整性時(shí)，也可發(fā) 生損失。定向井更易于坍陷，因此需要更高的流體密度以成功鉆井。穩(wěn)定井筒所 需要的密度被稱為"穩(wěn)定性泥漿比重"。由于井筒長度，較高流體密度穩(wěn)定性需要 和高循環(huán)壓力的組合在大角度、長下落井(kmg-throw)中引起損失是更可能的。
當(dāng)鉆入地帶時(shí)，如果觀察到損失返出物到裂縫，那么除了安裝昂貴的套管， 兩個(gè)主要的響應(yīng)途徑是可用的l)降低井筒壓力，和2)增加地層的壓裂梯度以超過 井筒壓力。如果井眼壓力(井筒壓力)被降到低于FCS，那么井筒周圍的應(yīng)力將迫使 裂縫閉合，并停止壓裂液濾失。由于種種原因，如果壓力不能被降低，那么井眼 壓力將繼續(xù)使裂縫延伸，并且損失繼續(xù)。因此，增加裂縫閉合應(yīng)力(FCS)是優(yōu)選的 途徑。已知如果與井筒交叉的裂縫形成并延伸入該井筒周圍的巖石，并且該裂縫 中的固體物質(zhì)保持該裂縫張開，那么井筒處的壓裂梯度增加。(F.E. Dupriest, "Fracture Closure Stress (FCS) and Lost Returns Practices," SPE/IADC 92192， Society ofPetroleum Engineers, 2005)。通過形成保持或維持打開的裂縫，進(jìn)行工業(yè)中大多 數(shù)循環(huán)液漏失處理以提高井筒壓裂梯度。加寬裂縫引起井筒的鄰接區(qū)域中的巖石 被壓實(shí)，這引起更大應(yīng)力向后推。因此，裂縫打開壓力(完整性)增加。該應(yīng)力繞井 筒壁前進(jìn)，并且在一定程度上在所有方向上增加打開壓力。通過在井筒內(nèi)或裂縫 本身內(nèi)構(gòu)造壓力，可加寬裂縫。
0016]大多數(shù)增加裂縫閉合應(yīng)力的傳統(tǒng)嘗試是對井筒運(yùn)用不連續(xù)的處理。傳統(tǒng)的 不連續(xù)的處理由停止鉆井，然后將有限體積的、包含防漏劑(LCM)的、被稱為"丸" 的流體泵下井筒以嘗試停止或減緩鉆井液損失組成。 一般而言，LCM材料的尺寸 比傳統(tǒng)鉆井液中固相更大。LCM材料與新形成的裂縫相互作用以防止通過該裂縫 的另外的壓裂液濾失。LCM加寬裂縫，導(dǎo)致在鄰近該裂縫的井筒的區(qū)域中裂縫閉 合應(yīng)力增加。如果處理不成功的，必須使套管穿過該損失地帶，這是昂貴的和耗 時(shí)的。也存在漏失液的附加費(fèi)用。大多數(shù)的歷史處理是當(dāng)損失第一次發(fā)生時(shí)或地層層段(formation interval)完 全暴露和鉆井停止后進(jìn)行的不連續(xù)的操作。因此，當(dāng)鉆井前進(jìn)通過該層段時(shí)濾失 發(fā)生，并且當(dāng)停止鉆井進(jìn)行不連續(xù)的處理時(shí)招致花費(fèi)(costs)。不連續(xù)處理的成功率 已經(jīng)得到提高，但是工業(yè)上缺乏可靠的和實(shí)際的隨鉆井進(jìn)展構(gòu)造應(yīng)力而不中斷鉆 井過程的方法。對于為什么需要連續(xù)過程有多個(gè)原因。不連續(xù)過程通常是有效的，但是它 們在損失已經(jīng)發(fā)生之后使用。因?yàn)槿绻黧w不能循環(huán)回到地表，那么產(chǎn)生的鉆屑 不能從該井除去，所以鉆井必須停止。同樣，在停止和處理損失所需要的非生產(chǎn)時(shí)間期間，鉆井設(shè)備成本花費(fèi)繼續(xù)。在目前的鉆機(jī)速率下，該非生產(chǎn)時(shí)間可總計(jì) 每天數(shù)萬到數(shù)十萬美元。其它影響可能具有甚至更大的利害關(guān)系。當(dāng)損失發(fā)生時(shí)， 井底壓力下降至等于裂縫面(FCS)之間的閉合應(yīng)力。井底壓力的下降l)可引起井眼 坍陷，使得層段必須完全重新鉆，或者2)如果其剛好具有大于降低的井底壓力的 孔隙壓力，那么其可允許另一個(gè)地帶的烴流入井筒。該流入導(dǎo)致危險(xiǎn)和耗時(shí)的井 控操作。構(gòu)造持續(xù)應(yīng)力的方法使損失最小化，這樣其不必停止鉆井，并且也消除 了可促成井眼坍陷的井底壓力下降或井控事件。
|0019]設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的鉆井液以對流體流動(dòng)到巖層的滲透具有一些程度的控制，所述 滲透被稱為"過濾損失"。當(dāng)穿透滲透帶時(shí)，形成基液的水或油開始移動(dòng)進(jìn)入地層的 孔喉，并且大多數(shù)固體被剝除，留下的作為該洞的壁上的濾餅。損失的流體被稱 為濾液。在普通的實(shí)踐中，設(shè)計(jì)鉆井液系統(tǒng)以快速地形成該濾餅，以便在該濾餅 生長至太厚以前密封該表面。密封的目的是降低濾液的損失，并且最小化濾餅厚 度的增長。當(dāng)將大的材料例如LCM加入到鉆井液時(shí)，由于這些較大顆粒的夾帶， 形成的濾餅變得更具滲透性。這導(dǎo)致更厚的濾餅，這增加了鉆桿被卡的可能性。 因此，操作員避免給整個(gè)鉆井液系統(tǒng)增加較大的材料，以避免與厚濾餅相關(guān)的風(fēng) 險(xiǎn)。當(dāng)在過去使用高載荷的LCM時(shí)，其與固有地具有低濾液損失的基液相關(guān)。然 而，在具有低濾液損失特征的鉆井液中使用LCM的這種嘗試已經(jīng)證明在停止裂縫 增長方面很大程度上不成功。已經(jīng)提出用顆粒材料(而不是傳統(tǒng)鉆井液的較小固體細(xì)粒)進(jìn)行循環(huán)液漏失 處理方法的兩個(gè)模型；這兩者都集中在利用特定大小的顆粒與壓裂液濾失控制添 加劑的組合以抑制裂縫增長。在美國專利號5,207,282 ('282專利)中提出一個(gè)模型， 其公丌防漏材料(LPM)的方法，該方法使用顆粒大小的組合以在靠近蔓延裂縫的頂 端處產(chǎn)生橋接來防止裂縫增長。該方法需要應(yīng)用特定濃度的顆粒大小(250-600微米 范圍)以在靠近裂縫末端處形成塞，如在'282專利中所聲明的，這樣導(dǎo)致需要的應(yīng) 力增長。'282專利陳述"臨界尺寸范圍外的少量顆?？梢员蝗菰S，但是功效主要是 由于存在有效量的臨界尺寸范圍內(nèi)的顆粒"。該方法也要求裂縫末端的過濾損失有 限，以便在最大末端產(chǎn)生低壓區(qū)域。在美國專利申請公開號2006/0254826論述第二種提議的模型，其討論了包 括通過在裂縫與井筒交叉處產(chǎn)生和充填至裂縫的開孔來增加井筒周圍壓裂梯度的 "應(yīng)力籠(stress cage)"概念。應(yīng)力籠概念與美國專利號5，207，282的LPM方法相 似，因?yàn)樵揕PM方法也依賴于應(yīng)用具體設(shè)計(jì)的顆粒大小來停止裂縫增長。在該應(yīng) 力籠概念中，使用在相應(yīng)于期望應(yīng)力增長的裂縫寬度處不進(jìn)入裂縫開孔的大顆粒。 也包括全部范圍的較小的顆粒以封阻大顆粒之間的區(qū)域。提議25到2000微米大 小范圍內(nèi)的橋堵材料。因?yàn)榇蟮念w粒不能進(jìn)入該裂縫并且較小的顆粒不能通過大 的顆粒，因此可以說材料迅速地橋接裂縫開口。該系統(tǒng)也被設(shè)計(jì)以具有非常低的 壓裂液濾失量(2 ml/30分鐘以下)，以致極少的攜帶液可以通過顆粒進(jìn)入該裂縫對裂縫加壓。該概念是如果顆粒不能進(jìn)入并且濾液不能通過，那么壓力不能在裂縫 內(nèi)構(gòu)建。井筒內(nèi)的壓力仍將驅(qū)使裂縫打開，但是開孔內(nèi)的橋接阻止了壓力傳播。 固體顆粒橋接維持著增加的寬度和相關(guān)的FCS增加。不管處理類型如何，已經(jīng)表 明井筒中給定裂縫寬度導(dǎo)致的應(yīng)力隨著裂縫長度延伸下降。應(yīng)力籠方法的含意是 必須非常迅速地形成橋接，以便在裂縫延長至必須封阻大寬度的點(diǎn)之前停止裂縫 增長，以便使該方法成功。設(shè)計(jì)的顆?？梢圆粸樽銐驑蚪釉搶挾鹊拇笮?，或者所 需的顆粒大小對循環(huán)通過典型的鉆進(jìn)系統(tǒng)的部件可以不實(shí)用。應(yīng)力籠概念認(rèn)識到， 周圍巖石的滲透性起作用。已經(jīng)假定，如果濾液滲漏通過該橋接的速率超過到暴 露于該裂縫中的滲透的滲漏速率，那么壓力將最終在該裂縫中構(gòu)建，這樣裂縫延 長并且井筒處的應(yīng)力將降低。作為結(jié)果，美國專利申請公開號2006/0254826陳述 來自鉆井泥漿的高溫高壓(HT/HP)壓裂液濾失量應(yīng)該小于2毫升/30分鐘，這大概 是因?yàn)檎J(rèn)為其足夠控制典型的裂縫滲透率。對鉆井時(shí)連續(xù)控制循環(huán)液漏失的方法存在需要，該方法適用于鉆井通過低 和/或高滲透性地帶，所述地帶可以在壓力下衰竭，或者因?yàn)槠渌蚓哂械偷?FCS。優(yōu)選地，該方法僅需要通常用于鉆井作業(yè)的產(chǎn)品。因?yàn)榫聴l件的顯著不確 定因素，所以如果實(shí)際條件與假定的設(shè)計(jì)條件不同，那么該方法需要足夠穩(wěn)健以 獲得成功。必須成功適應(yīng)的不確定因素的實(shí)例是達(dá)到期望應(yīng)力增加所需的裂縫寬 度、裂縫長度、巖石特性、滲透性、孔隙壓力和油田程序執(zhí)行中的可變性。

發(fā)明內(nèi)容
提供鉆井同時(shí)連續(xù)處理循環(huán)液漏失的方法。使用高濾失量鉆井液以及選擇 來在當(dāng)用高濾失量鉆井液鉆井時(shí)形成的裂縫中形成不動(dòng)物質(zhì)(immobile mass)的 顆粒材料。在一些實(shí)施方式中，用高濾失量鉆井液鉆井可伴隨補(bǔ)救處理，以消除 在鉆井期間可能在井眼面上形成的厚濾餅。作為一個(gè)示例性實(shí)施方式，本技術(shù)范圍內(nèi)的方法包括確定地層的井筒壁中 裂縫的設(shè)計(jì)寬度、制備鉆井液和使用鉆井液鉆井筒進(jìn)入地層。鉆井液包括攜帶液 中的初始固體內(nèi)含物。設(shè)計(jì)該鉆井液以便提高初濾失量。隨著其進(jìn)入傳播的裂縫， 提高的初濾失量使鉆井液的固體內(nèi)含物濃縮卜這樣不動(dòng)物質(zhì)被留在裂縫內(nèi)。不動(dòng) 物質(zhì)防止裂縫的進(jìn)一步增長。在一些實(shí)施方式中，鉆井液中的固體具有至少部分 基于確定的裂縫寬度選擇的大小分布。例如，在與井筒交叉處至少50%的固體可 具有在確定的裂縫寬度以下的大小。另外或可選地，本公開內(nèi)容范圍內(nèi)的方法可包括制備具有大約10ml以上 API初濾失量的鉆井液，并且該鉆井液包含在攜帶液中按體積計(jì)至少10%的顆粒 處理材料。高的初濾失量濃縮顆粒處理材料以在鉆井眼時(shí)形成的裂縫中形成不動(dòng) 物質(zhì)。當(dāng)在地層中鉆井時(shí)，在井眼中循環(huán)鉆井液。在一些實(shí)施方式中，可以至少部分基于正被鉆井的地層己知的信息設(shè)計(jì)和/或制備本方法的鉆井液。例如，在確定哪些顆粒、固體、細(xì)粒或其它材料將包含 在鉆井液中以及呈何種濃度和/或大小分布時(shí)，可考慮地層的滲透性和鉆井液的性 質(zhì)。在一些實(shí)施方式中，其中所使用的鉆井液和固體可基于地層特性例如高滲透 性或低滲透性進(jìn)行選擇和/或設(shè)計(jì)。另外或可選地，地層和液體與固體的具體性質(zhì) 可以通過一個(gè)或多個(gè)模型的幫助進(jìn)行分析，以幫助選擇鉆井液成分。


在閱讀下列詳細(xì)描述和在參考附圖后，本方法的上述和其它優(yōu)點(diǎn)可變得明
顯圖1是以米表示的深度對鉆井期間的預(yù)期壓力和壓裂梯度的圖，連同該井 中套管柱的計(jì)劃深度的圖。圖2a是根據(jù)本技術(shù)方面的鉆井方法的示例性流程圖；圖2b是根據(jù)本技術(shù) 方面的另外的鉆井方法的示例性流程圖。圖3是可以使用本技術(shù)的典型鉆井系統(tǒng)和相關(guān)環(huán)境的示意圖。圖4a是井筒周圍垂直裂縫的平面圖；圖4b是充滿顆粒不動(dòng)物質(zhì)的裂縫的
平面圖。圖5是圖解固體百分?jǐn)?shù)和固體密度之間關(guān)系的圖。
圖6是不同鉆井液的初濾失量和濾失量的圖。
圖7是具有不同懸浮劑的流體的濾失量的圖。
圖8是具有不同顆粒大小的流體的濾失量的圖。圖9a是具有不同的顆粒大小和不同的添加劑的鉆井液的濾失量的圖；圖9b 是鉆屑污染的鉆井液的濾失量的圖。圖10a是高濾失量導(dǎo)致的厚濾餅的草圖；圖10b示出濾餅的擴(kuò)眼處理的結(jié) 果。圖11是孔喉直徑和砂巖滲透性的相關(guān)性。
圖12是商業(yè)化顆粒的顆粒大小分布的圖。圖13是在用低充填效率流體操作期間，在給定時(shí)刻裂縫中模擬壓力和流體 體積分?jǐn)?shù)的圖。圖14是在用高充填效率流體操作期間，在給定時(shí)刻裂縫中模擬壓力和流體 體積分?jǐn)?shù)的圖。圖15圖解一定滲透率范圍的兩種不同鉆井液成分的濾失模式特性。
圖16是鉆井期間的預(yù)期壓力和壓裂梯度的圖，連同該井中套管柱的平面深 度圖和實(shí)際深度圖。圖17是示出當(dāng)使用本文公開的方法鉆通地層時(shí)在該地層中形成的裂縫的裂 縫識別測井。
具體實(shí)施例方式在下面的詳細(xì)描述中，本發(fā)叨的具體實(shí)施力式連同其優(yōu)選具體實(shí)施方式
一 起描還。然而，就下面的詳述具體到本技術(shù)的特定實(shí)施方式或特定應(yīng)州來講，這 意圖只是例證性的并且僅僅捉供示例性實(shí)施方式的簡潔描述。因此，本發(fā)明不擬 限于下而描述的具體實(shí)施方式
，而足本發(fā)明包括落在所附權(quán)利要求的真正范圍內(nèi) 的所有可選項(xiàng)、修改和等價(jià)物。轉(zhuǎn)向圖2a，流程圖顯示與用于鉆井眼進(jìn)入地下巖層的本技術(shù)的一個(gè)方面相 關(guān)的數(shù)個(gè)步驟。圖2a中圖解的方法代表本文稱為鉆井應(yīng)力流體(Dri11 Stress Fluid, DSF)鉆井方法110的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方式。通過該描述，圖2a中圖解的歩驟的細(xì) 節(jié)將變得更明顯，并且其在此以概括術(shù)語提出，用于本說明書剩余部分的綜述和 參考。DSF方法110包括方框112，制備具有提高的初濾失量或高初濾失量的鉆 井液；方框114，使用該鉆井液鉆井眼進(jìn)入地層；和方框116，在當(dāng)用鉆井液鉆井 時(shí)形成的裂縫中形成不動(dòng)物質(zhì)。DSF方法110可包括多個(gè)另外的歩驟。作為可以 包括在本公丌的DSF方法中的一個(gè)示例性和補(bǔ)充的步驟，圖2a在方框118圖解該 方法可任選地包括確定裂縫的寬度，例如在井筒壁的交叉處的裂縫的寬度，或者 通過本方法這樣的裂縫將延伸到的期望寬度。另外或可選地，DSF方法110的圖 解步驟可被更全面地定義。例如，圖2a圖解在112制備鉆井液任選地可包括在124 制備鉆井液——其中鉆井液中至少大約百分之五十的固體具有小于確定的裂縫寬 度的大小。作為另一個(gè)實(shí)例，圖2a圖解制備鉆井液可任選地包括在122制備具有 至少大約10毫升的初濾失量和至少大約IO體積百分比的顆粒材料。從本文說明 書的其它部分將理解DSF方法110的其它方面。相似地，圖2b提供本發(fā)明范圍內(nèi)的方法的綜述。在圖2b中，DSF方法llO 以稍微不同的術(shù)語圖解，進(jìn)一步圖解本公開范圍內(nèi)的DSF方法110的變型。另外 地，圖2b圖解DSF方法110，連同本文公開的鉆井和應(yīng)力處理(DST)方法150。盡 管本公開的DSF方法110可以與本文的DST方法150 —起使用，但是這樣的協(xié)作 不是必須的。類似于圖2a，圖2b的本討論擬提供下文更詳細(xì)描述的DSF方法110 和DST方法150的綜述。在方框10中，計(jì)算或估計(jì)地層的最初壓裂梯度。在方框 11中，選擇地層中需要的壓裂梯度。在方框12中，與在地層中產(chǎn)生需要的壓裂梯 度的井眼的交叉處的預(yù)測裂縫寬度通過估計(jì)或計(jì)算確定。在方框13中，制備具有 包括下列特征的鉆井液(l)最大的實(shí)際總固體含量；(2)損失攜帶液以形成不動(dòng)物 質(zhì)的增強(qiáng)的能力；和(3)選擇顆粒大小以增加沿窄裂縫移動(dòng)的阻力。固體的主要功 能是通過形成不動(dòng)物質(zhì)防止裂縫增長。在方框14中，鉆井液被用于在地層中鉆井 眼。另外，DST方法150的示例性組成在圖2b中圖解。當(dāng)使用DSF方法110 擔(dān)心和/或觀察到粘著時(shí)，可以實(shí)施DST方法150。因此，DST方法150包括在利 用鉆井液鉆井期間監(jiān)測鉆柱上的轉(zhuǎn)矩(方框15)?？芍甘撅@著的濾餅增長正在發(fā)生的其它行為也可被監(jiān)測。在方框16，可以確定選擇的轉(zhuǎn)矩是否達(dá)到。如果選擇的轉(zhuǎn) 矩沒有達(dá)到，那么鉆井作業(yè)繼續(xù)(方框I7)，同時(shí)繼續(xù)監(jiān)測轉(zhuǎn)矩(方框15)。如果選擇 的扭矩達(dá)到，那么處理液的DST丸在地層上循環(huán)(方框18)，或者更具體地在待處 理的層段屮的井筒內(nèi)循環(huán)，同時(shí)在跨越待被處理的層段的井眼中旋轉(zhuǎn)和上下移動(dòng) 穩(wěn)定器。優(yōu)選地，DST丸具有6毫升/30分鐘以下的API濾失量。優(yōu)選地，DST 方法150進(jìn)一步包括移動(dòng)鉆柱的下端(方框19)到處理的地層層段之上的歩驟，并且 循環(huán)鉆井液選定的時(shí)間，此后移動(dòng)鉆柱的下端(方框20)到地層下方，同時(shí)監(jiān)測跨越 處理層段的阻力(drag)。繼續(xù)鉆井，同時(shí)檢測轉(zhuǎn)矩(方框21和15)。如果達(dá)到第二選 擇的轉(zhuǎn)矩，那么重復(fù)循環(huán)丸、在井眼中移動(dòng)穩(wěn)定器、移動(dòng)鉆柱下端到地層上方和 到地層下方同時(shí)循環(huán)鉆井液的步驟(方框18、 19和20)。根據(jù)本文說明書的剩余部 分，DST方法150的其它方面將被理解。圖3圖解本發(fā)明可以有利應(yīng)用的典型鉆井系統(tǒng)和相關(guān)環(huán)境。陸基鉆機(jī)25定 位于穿透地下地層27的井筒26上。盡管在圖3中描述垂直的陸基井，然而，得 到本公開益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本發(fā)明也在其它的鉆井應(yīng)用中獲得應(yīng)用， 例如定向鉆井和海上鉆井。鉆柱28懸掛在井筒26內(nèi)，所述井筒26在上端具有套管29，并且在下端無 套管。鉆柱28的下端包括鉆頭30。鉆井液或泥漿31通過泵32泵入鉆柱28的內(nèi) 部，引導(dǎo)鉆井液向下流動(dòng)通過鉆柱28。鉆井液通過鉆頭30中的口離開鉆柱28， 然后向上循環(huán)通過鉆柱外側(cè)和井筒壁之間的環(huán)形空間33，如箭頭所示。鉆井液進(jìn) 行多種功能以促進(jìn)鉆井過程，例如潤滑鉆頭30和運(yùn)輸在鉆井期間由鉆頭產(chǎn)生的巖 屑。巖屑和其它固體在鉆井液內(nèi)混合以產(chǎn)生"濾餅"34，其也進(jìn)行多種功能例如 涂覆井筒壁。鉆柱28進(jìn)一步包括井底組件(BHA)，其一般稱為35。 BHA可包括多種具 有下列能力的組件或裝置，例如測量、加工或存儲(chǔ)信息和與表面通訊。如圖3所 示，BHA35包括鉆頭30、穩(wěn)定器(或定中心器)36——其具有從其徑向延伸的剛性 葉片37和稱為鉆鋌的厚壁管38的下面部分。圖3僅示出一個(gè)穩(wěn)定器36; BHA35 可具有多個(gè)穩(wěn)定器。穩(wěn)定器36包括一個(gè)或多個(gè)徑向延伸的葉片37，其幫助緩和鉆 柱"搖擺"的傾向并且當(dāng)其在井筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)變成分散的。穩(wěn)定器葉片(stabilizer blades) 37也刮擦井筒并且?guī)椭刂茷V餅聚集。參考圖4a，在因?yàn)榫?0中流體壓力大于地層41中的完整性，所以垂直 裂縫42已經(jīng)在地層41中形成的深度處，示出正在鉆通巖層41的井筒40的平面 圖。裂縫42在井筒處具有寬度W、在遠(yuǎn)離井筒的每個(gè)方向的長度L和沿著裂縫到 末端46的裂縫面44。流體漏失沿著裂縫面44出現(xiàn)。如果裂縫中末端處的壓力大 于保持末端閉合的地層41中的巖石應(yīng)力，那么末端46延伸。在沒有本公開方法 的循環(huán)液漏失事件中，鉆井液施加的壓力延伸末端46并引起裂縫長度增長。寬度 仍然相對窄，但是隨著裂縫繼續(xù)增加長度，其將加寬。
圖4b類似于圖4a,只是不動(dòng)物質(zhì)48在裂縫42中形成。在圖4b中，不動(dòng) 物質(zhì)48占據(jù)長度L1M。由于攜帶液濾失(在附圖中沒有示出)，發(fā)生不動(dòng)物質(zhì)48 的形成，所述攜帶液在其損失后被稱為濾液。濾液損失通過兩個(gè)途徑發(fā)生。第一， 跨越部分長度L,m，滲漏入裂縫面44的滲透將發(fā)生。第二，當(dāng)固體變成不動(dòng)的， 濾液可流經(jīng)固體到達(dá)末端46。隨著攜帶液作為濾液損失時(shí)，固體在裂縫中濃縮形 成不動(dòng)物質(zhì)48，其一般在裂縫中與裂縫末端46間隔的一些點(diǎn)處丌始形成，所述間 隔圖解為長度U。在裂縫42中不動(dòng)物質(zhì)48的形成將裂縫分成兩個(gè)區(qū)域l)稱為 L,m的不動(dòng)物質(zhì)區(qū)；和2)稱為Lf的墟液區(qū)。不動(dòng)物質(zhì)區(qū)和濾液區(qū)之間的過渡在本 文被稱為頂點(diǎn)47。當(dāng)通過繼續(xù)過濾攜帶液通過不動(dòng)物質(zhì)48而不動(dòng)物質(zhì)增長時(shí)，優(yōu) 選地，不動(dòng)物質(zhì)在井筒或遠(yuǎn)離裂縫末端46的方向增長。已經(jīng)觀察到，如果不動(dòng)物 質(zhì)區(qū)L,m的長度不增加，來自井筒的整個(gè)泥衆(zhòng)損失被有效地阻止。隨著濾液穿過不 動(dòng)物質(zhì)，并且在濾液區(qū)LF中構(gòu)建的壓力等于該區(qū)域中最小的巖石應(yīng)力時(shí)，末端46 將打開并且可增加長度以減輕壓力增大。然而，超過W區(qū)長度的裂縫寬度將是極 窄的，其為允許流體通過所需要的寬度的量級。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果不允許固體施壓于不動(dòng)物質(zhì)范圍外的裂縫，例如在頂點(diǎn)47 處或頂點(diǎn)47以外，那么不動(dòng)物質(zhì)范圍外的裂縫的寬度沒有明顯增加。在線性彈性 巖石力學(xué)中完全確定的是，裂縫寬度由在裂縫內(nèi)構(gòu)建凈壓力以擠壓相鄰巖石來確 定。DSF的行為是復(fù)雜的，這是因?yàn)樗哂锌瑟?dú)立地在頂點(diǎn)47處作用以施加力的 兩種組分， 一種是液體，另一種是固體。沒有被理論所束縛，目前認(rèn)為頂點(diǎn)47處 的裂縫寬度將由流動(dòng)組分施加的壓力決定。如果只有液體是流動(dòng)的，那么一旦其 寬度適于容納液體流，頂點(diǎn)47處的裂縫寬度將停止增長，該寬度是相當(dāng)窄的。如 果固體是流動(dòng)的，并且能在頂點(diǎn)47處施加力(即，除了在頂點(diǎn)本身處形成的不動(dòng)物 質(zhì)48外)，裂縫頂點(diǎn)47處的寬度將增加，直到其適于接受固體。有限元模型(Finite element modeling)示出對于給定寬度Wl在井筒49處達(dá)到的FCS增加高度依賴于 頂點(diǎn)47處的寬度。如果固體可被制成不動(dòng)的，這樣它們不能施加力以加寬頂點(diǎn)47 處的裂縫，那么FCS大的增加可以在49處完成。DSF被設(shè)計(jì)具有高的濾失量，這 反應(yīng)流體穿過固體而沒有顯著阻力或抵抗力的能力。如果流體沒有給固體施加相 當(dāng)大的力，那么固體被阻止施加足夠的力來加寬頂點(diǎn)L,M47處的裂縫。通過模型 也示出頂點(diǎn)47處非常小的寬度沒有大大地減少井筒49處的應(yīng)力。井筒周圍的應(yīng) 力狀態(tài)主要是跨越該區(qū)域LIM的裂縫的寬度和錐度的結(jié)果，如果頂點(diǎn)47處寬度小 于幾微米，那么應(yīng)力狀態(tài)不會(huì)大大地變化。濾液施壓于頂點(diǎn)47和/或?yàn)V液區(qū)LF以 產(chǎn)生幾微米寬度的能力沒有顯著地減少井筒處應(yīng)力增加，或者能實(shí)現(xiàn)的完整性。 因此，本技術(shù)的實(shí)施尋求迅速地固定固體，并且防止移動(dòng)的固體施壓于末端，然 而不必防止濾液滲透到末端。隨著鉆井的進(jìn)展，如果井眼壓力超過地層完整性，那么在井筒壁開始裂縫。 當(dāng)根據(jù)本DSF方法鉆井時(shí)，鉆井和應(yīng)力流體(DSF)進(jìn)入該裂縫，并且其迅速地?fù)p失其攜帶液進(jìn)入可滲透的裂縫面，使得包含在DSF中的固體變成不動(dòng)的。攜帶液(濾 液)也可通過流過固體到達(dá)末端而損失。當(dāng)攜帶液泄漏時(shí)，形成不動(dòng)物質(zhì)的鉆井液 中的顆粒在裂縫內(nèi)濃縮。不動(dòng)物質(zhì)中的顆粒停止向裂縫末端傳遞壓力。當(dāng)不動(dòng)物 質(zhì)丌始支撐井筒壓力時(shí)，通過增加對固體的反壓力加寬裂縫(盡管一些量的濾液可 繼續(xù)穿過增長的不動(dòng)物質(zhì))。隨著裂縫加寬支撐井眼壓力，不動(dòng)物質(zhì)的厚度和寬度 將增加。如果不動(dòng)物質(zhì)是有效的，阻塞將支撐全部井眼壓力，并且裂縫的寬度(和 相關(guān)的移動(dòng)的物質(zhì))將增加，直到其閉合應(yīng)力也等于該壓力。裂縫將填滿固體，并 且閉合應(yīng)力將永久地截留(tmpped)。因?yàn)樾碌拈]合應(yīng)力將等于井眼壓力，濾失量將 被控制。因?yàn)榱芽p丌孔壓力也等于閉合應(yīng)力，當(dāng)用DSF方法鉆井時(shí)的流體壓力基 本上產(chǎn)生支撐該壓力所需的應(yīng)力。參考圖4b,用基本上脫水的、有效"截留"增加的閉合應(yīng)力的固體從長度 L!M的末端返回至裂縫嘴49填塞裂縫42。在井筒中壓力降低后，該應(yīng)力將固體保 持在適當(dāng)?shù)奈恢?。如果未來的井眼壓力不超過該應(yīng)力，那么顯著的循環(huán)液漏失不 會(huì)發(fā)生。該應(yīng)力以上的井眼壓力應(yīng)該避免以最小化裂縫可進(jìn)一歩加寬的風(fēng)險(xiǎn)，該 風(fēng)險(xiǎn)可引起裂縫中固體繞過或沿裂縫沖掉。最后，必須建造足夠的裂縫寬度，并 通過不動(dòng)物質(zhì)維持(即通過逐漸的壓力增大達(dá)到的足夠的閉合應(yīng)力)，以便閉合應(yīng)力 超過隨后的鉆井作業(yè)產(chǎn)生的井眼壓力，這可大于鉆處理的地層層段或地帶所需要 的閉合應(yīng)力。控制的壓力增大可通過逐漸地增加井眼壓力同時(shí)監(jiān)測對固定裂縫的 影響來完成。另外或可選地，壓力可通過類似于間歇擠水泥(間歇壓擠，hesitation squeeze)的一個(gè)或多個(gè)壓擠構(gòu)建。例如，井可以閉合，并且可以用鉆井用泥漿泵施 加壓力以在鄰近待被加寬的裂縫的井筒中進(jìn)一歩使用DSF加寬裂縫。然后，該裂 縫可以可控地填充固體，以便增加裂縫寬度和應(yīng)力以滿足計(jì)劃的或期望的鉆井作 業(yè)的需要。DSF方法中具有四個(gè)設(shè)計(jì)原則，它們共同地或各自地產(chǎn)生期望的有益結(jié)果 (l)增強(qiáng)濾失率以加速不動(dòng)物質(zhì)的形成；(2)挑選具有大小分布、形狀和/或內(nèi)部滲透 性以達(dá)到低充填效率、流體內(nèi)摩擦和/或高濾失量的顆粒；(3)最大化攜帶液中LCM 的濃度以減少形成不動(dòng)物質(zhì)所需要的漏失；和(4)選擇固體的顆粒大小以增加對顆 粒向下運(yùn)動(dòng)到裂縫的抵抗性，以便濾液流體更可能流過不動(dòng)物質(zhì)至裂縫末端。DSF 方法的一個(gè)區(qū)別特征是其通過形成固體的"不動(dòng)物質(zhì)"實(shí)現(xiàn)裂縫末端隔離，而不 是通過用特定大小的顆粒堵塞。DSF方法實(shí)現(xiàn)了不動(dòng)物質(zhì)的快速形成，并減輕在 用高濾失體系的操作中經(jīng)常固有的鉆桿被卡的風(fēng)險(xiǎn)。由于鉆井液的高初濾失量， 不動(dòng)物質(zhì)迅速地形成。此外，已經(jīng)觀察到，根據(jù)本公丌的DSF鉆井液形成具有極 低剪切強(qiáng)度的濾餅(即低的有效顆粒應(yīng)力)，這減少鉆桿被卡的風(fēng)險(xiǎn)。
DSF方法在裂縫內(nèi)快速地連續(xù)構(gòu)建應(yīng)力和產(chǎn)生不動(dòng)物質(zhì)，以至它不允許全 部泥漿顯著損失發(fā)生。在新暴露的巖石中，連續(xù)建造完整性的方法要求獨(dú)特的設(shè) 計(jì)考慮，其在下面論述。圖2a和 可有助于提供這些設(shè)計(jì)考慮的綜述。正如以上.與圖2a和2b相關(guān)的討論，DSF方法包括制備鉆井液、用鉆井液鉆井眼和在當(dāng) 鉆井時(shí)形成的裂縫中形成不動(dòng)物質(zhì)的步驟，所述不動(dòng)物質(zhì)從鉆井液的顆粒形成。 對于實(shí)踐本發(fā)明，可與這些步驟一起描述的另外歩驟可以在適當(dāng)時(shí)實(shí)施但不是必 需的。圖2b圖解數(shù)個(gè)與DSF方法110相關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)備歩驟。例如，地層層段的最 初壓裂梯度可是在方框10確定(例如通過測量、模擬、估計(jì)等)，并且在方框ll處 選擇需要的壓裂梯度。需要的壓裂梯度可以基于任何類型的因素進(jìn)行選擇，所述 因素包括井筒中其它層段的壓裂梯度。參考圖l，例如，為了鉆地帶A，壓裂梯度 必須從大約8 ppge (磅/加侖當(dāng)量)——該具有減小孔隙壓力的地帶中估計(jì)的壓裂梯 度——增加到大約9.8ppge——當(dāng)量循環(huán)密度。因此，所需的井筒完整性的增加為 1.8ppge。為了擠壓相鄰巖石并實(shí)現(xiàn)完整性增加，必需在將在圖1的地帶A中形成 的裂縫內(nèi)構(gòu)建壓力。已經(jīng)確定最初的壓裂梯度和需要的壓裂梯度后，則可能預(yù)測或以其它方式 確定將產(chǎn)生需要的壓裂梯度的裂縫的寬度。例如，目標(biāo)裂縫寬度可被稱為"設(shè)計(jì) 寬度"?；谶_(dá)到所需要的或選擇的地層應(yīng)力增加的計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)寬度可被限 定為井眼處裂縫的寬度。為了計(jì)算目標(biāo)裂縫寬度，基于巖石力學(xué)原理的數(shù)值模型 可被使用。這樣的模型在工業(yè)上是可得的，并且是數(shù)值模擬領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知 的。用于該模型的選擇地帶的巖石特性和該地帶的其它物理特性可以使用公知的 方法，從該地帶的鉆井記錄和其它資料估計(jì)。如果計(jì)算裂縫寬度，那么可假設(shè)多 個(gè)裂縫長度值，并且計(jì)算預(yù)期的井眼壓力所形成的裂縫寬度。例如，可以假設(shè)0.5 和10ft之間的長度。應(yīng)該選擇設(shè)計(jì)寬度以便在合理的實(shí)際長度范圍內(nèi)處理將成功， 這是因?yàn)殛P(guān)于不動(dòng)物質(zhì)如何迅速形成總是具有不確定性?？蛇x地，設(shè)計(jì)寬度可從 在相似條件下鉆所述選擇地帶的先前經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，或者從在其它的井中放置處理材 料的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)。導(dǎo)致并包括設(shè)計(jì)寬度確定的歩驟可以在DSF方法110中實(shí)施，或 者可被省略，如在圖2a中圖解的。當(dāng)包括時(shí)，確定的設(shè)計(jì)寬度可告知DSF流體的 顆粒材料的選擇。例如，形成不動(dòng)物質(zhì)的顆粒處理材料可至少部分基于確定的裂縫寬度進(jìn)行 選擇。在一些實(shí)施方式中，可以選擇顆粒處理材料以提供如此顆粒大小分布其 具有至少50%的、大小在裂縫的設(shè)計(jì)寬度以下的顆粒。由于可被包括在DSF中的 顆粒構(gòu)造的多樣性和在本方法過程中可能的顆粒形狀變化，本文對顆粒大小的提 及是對裂縫處顆粒有效尺寸的提及。因此，其大小在裂縫寬度以下的顆粒是在裂 縫位置的條件(例如壓力、溫度等)下適合在裂縫內(nèi)的顆粒。與在先的方法一一其尋 求用大顆粒塞住或阻塞裂縫開孔——相反，本方法在裂縫內(nèi)從小于確定的裂縫寬 度的顆粒形成不動(dòng)物質(zhì)。在本方法中，無論計(jì)算或以其它方式考慮確定的裂縫寬度，鉆井液可包括 按體積計(jì)至少大約10%的顆粒處理材料。優(yōu)選地，按體積計(jì)至少大約20%的流體是允許裂縫高初濾失量的顆粒處理材料。鉆井液中總的顆粒材料——被認(rèn)為是鉆 井固體和處理材料——可優(yōu)選地為按體積計(jì)大約30%。當(dāng)小于所需要的裂縫寬度 的顆粒優(yōu)選形成不動(dòng)物質(zhì)時(shí)，可以包括一些量的比所需要的裂縫寬度的顆粒大的 顆粒。例如，更大的顆粒可包括在DSF中以適應(yīng)(accommodate)裂縫寬度確定中的 不確定性。另外或可選地，在目標(biāo)裂縫寬度沒有確定的實(shí)施方式中， 一系列顆粒 大小可被包括以適應(yīng)可能合意的裂縫寬度的范圍。 一個(gè)示例性DSF可在攜帶液包 括按體積計(jì)20%的顆粒處理材料，其中至少50%的粒度范圍小于裂縫(無論確定與 否)的寬度W1 (參見圖4b)。在另一個(gè)實(shí)例中，顆粒材料的體積濃度可以為22%， 其中大約90%的材料小于計(jì)算或估計(jì)的裂縫寬度。可以使用任何種類濃度的組合， 條件是DSF流體中顆粒材料允許高初濾失量。示例性DSF流體包括按體積計(jì)至少 大約10%的顆粒處理材料和/或包括其中至少50%的尺寸小于確定的裂縫寬度的固 體。在選擇在鉆具有低壓裂梯度的地帶(例如圖1的地帶A)期間形成不動(dòng)物質(zhì)的 固體方面，可以選擇具有如此比重的顆粒材料，以便當(dāng)混合到所需要的密度時(shí)總 固體含量按體積計(jì)在20%和45%之間。例如， 一般地，輕質(zhì)DSF流體包含堅(jiān)果殼 (S.G=1.2)，中范圍密度流體包含碳酸鈣和壓裂砂(3.&=2.65)，以及高密度流體包含 粗糙的重晶石(S.G尸4.2)。材料的強(qiáng)度或彈性與方法不相關(guān)。優(yōu)選地，最大化固體 含量以減少必須損失以獲得不動(dòng)物質(zhì)的流體量。較低濃度的固體在具有更大生產(chǎn) 壓差的較高滲透率地帶可以是有效的，在那里濾失率可能更大。較低的滲透率或 較少的生產(chǎn)壓差可得益于使用較高濃度的顆粒材料，以便需要較少的漏失以獲得 不動(dòng)物質(zhì)。優(yōu)選地，使用的固體濃度為可以可靠地循環(huán)和懸浮的最大量。不存在閾值 要求。起始固體濃度越高，形成不動(dòng)物質(zhì)需要的濾失量越少。圖5表明起始固體 濃度相對小的改變可對需要的濾失量具有大的影響。圖5是柱狀圖，其顯示柱50、 51和52,其圖解來自三個(gè)LCM的初濾失量堅(jiān)果殼、石墨和壓裂砂。所有實(shí)例 都是關(guān)于用不同量的LCM 54和重晶石55混合以具有13.7 ppg的密度的流體。在 第一柱狀圖50中，LCM為堅(jiān)果殼，其具有1.2的比重。在第二柱狀圖51中，LCM 是石墨，其具有2.1的比重。前兩個(gè)實(shí)例顯示分別具有大約30%總固體(72.7%水) 和大約40%總固體(62.2%水)的流體設(shè)計(jì)。當(dāng)具有較低固體^^度的流體僅包含10.5% 以上的水時(shí)，其可能需要損失100%以上體積以形成不動(dòng)物質(zhì)。這是因?yàn)闉槭构腆w 變成不動(dòng)的，不必?fù)p失所有的水；唯一必需的是降低含水量至臨界閾值，在該值 固體開始顯示固定性。在圖5中，圖解39%的含水量(顯示為虛線53)作為臨界閾 值。最初的流體含量越接近地開始于該閾值，則需要的體積損失越小。因此，在 該實(shí)例中，石墨是比堅(jiān)果殼更好的LCM。然而，這種優(yōu)選在地層與地層之間不同， 這取決于例如地層的滲透率等之類的因素。圖5中第二和第三柱狀圖51和52示出LCM密度的選定也是關(guān)鍵的，這是因?yàn)檫@決定可被置于流體內(nèi)并還保持泵送性能的LCM的最大濃度。在這種情況下， 最大允許的固體含量假定為按體積計(jì)40%，并且設(shè)計(jì)丸密度為13.7 ppg。如果使用 中等密度的LCM(2.1比重)，那么對于28.5%的體積，屮該材料組成是唯一的可能， 并且剩余的必須是高密度重晶石，或者總固體含量超過40%設(shè)計(jì)閾值。如果使用 高密度材料例如碳酸鈣(2.6比重)，那么對于全部40%固體含量為LCM是可能的。 照這樣，LCM被用作堵漏材料和加重劑。 —般而言，對于低密度鉆井液通過使用低密度LCM最大化固體含量，這是 因?yàn)槔幂^高密度LCM例如碳酸鈣將不允許在LCM本身引起流體密度增長超過 設(shè)計(jì)參數(shù)以前加入大量產(chǎn)物。相反地，在較高密度流體中通過使用高密度LCM， 最大化大小選擇的LCM材料的濃度。該設(shè)計(jì)考慮反應(yīng)了最大化固體含量以減少形 成不動(dòng)物質(zhì)所需的濾失量的目標(biāo)。盡管顆粒材料濃度的選擇和顆粒大小分布的選擇可以為本方法的一部分， 但是成為這些選擇中每一項(xiàng)的根據(jù)的設(shè)計(jì)考慮是鉆井液被制備以具有高API PPA 初濾失量，在一些實(shí)施方式中，跨越多孔介質(zhì)，初濾失量優(yōu)選地大于10ml，其中 該多孔介質(zhì)具有代表損失地帶的滲透率、壓力差和溫度。更優(yōu)選地，初濾失量可 大于15毫升。初濾失量應(yīng)該根據(jù)用于水基壓裂液的API Recommended Practice 13B-1 (2003年12月第三版)或用于油基壓裂液的API Recommended Practice 13B-2 (2005年5月第四版)提出的方法測量。初濾失量是濾餅開始生效以前濾液損失率的 量度。因?yàn)樵贒SF方法中裂縫增長被迅速停止以限制其長度，該測量早期濾失行 為的方法被認(rèn)為最適合于確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其它的方法使用更長時(shí)期試驗(yàn)，例如用 于應(yīng)力籠方法(API Recommended Practice 13B-l)中的30分鐘高溫高壓(HTHP)濾失 檢測。盡管初濾失(spurt)和HTHP試驗(yàn)使用不同的試驗(yàn)方法，但是DSF目標(biāo)初濾 失量大于15毫升的流體通常具有大于50毫升/30分鐘的HTHP損失。值的對比圖 解DSF處理和應(yīng)力籠處理之間的設(shè)計(jì)原理上的基本差異。應(yīng)力籠方法需要小于2 毫升/30分鐘的HTHP濾失量，而DSF方法優(yōu)選通常導(dǎo)致大于50ml/30min的HTHP 濾失量的初濾失量。IO毫升的目標(biāo)API初濾失量在油田應(yīng)用中己示出產(chǎn)生好的結(jié) 果，并且其為用普通基礎(chǔ)攜帶液可以實(shí)現(xiàn)的值。在較高滲透率損失地帶，高得多 的初濾失量也是可能的-然而，大于IO毫升的API初濾失量是可接受的設(shè)計(jì)閾值， 并且優(yōu)選地超過15毫升。圖6圖解對于不同鉆井液的初濾失量和濾失量試驗(yàn)的結(jié)果。第一個(gè)柱狀圖 60顯示用12.0 ppg的具有懸浮于增粘油中的API重晶石的鉆井液進(jìn)行初濾失量試 驗(yàn)的結(jié)果。在該試驗(yàn)中，重晶石細(xì)粒提供形成濾餅的阻塞材料(blocking material). 當(dāng)加入堵漏材料(LCM)時(shí)(柱狀圖61)，因?yàn)闉V餅中包含粗物質(zhì)，初濾失量增加。LCM (400微米石墨)的作用基本上是減少重晶石細(xì)粒的阻塞效率。第三個(gè)柱狀圖(62)顯 示如果從重晶石中除去細(xì)粒(小于30微米的顆粒)并且僅使用LCM，對初濾失量的 影響。盡管使用提高濾失量的LCM 致初濾失量的雙倍增加，但是重晶石細(xì)粒的消除引起初濾失量的十倍增加?；谠摻Y(jié)果，本文公開的方法的一些實(shí)施優(yōu)選地 使用具有大約30微米以上的固體顆粒的鉆井液(B卩，使大多數(shù)細(xì)粒除去)。第四個(gè) 柱狀圖63、第五個(gè)柱狀圖64和第六個(gè)柱狀圖65代表同樣材料在較長時(shí)間段的總 的濾失量(cc/30分鐘)。相關(guān)結(jié)果是相似的。根據(jù)API Recommended Practice 13-B-l 或B-2進(jìn)行所有試驗(yàn)。如果重晶石用于在DSF方法中使用的鉆井液中，那么優(yōu)選在流體相中使用 沒有大大地增粘水或非水流體的懸浮劑。圖7顯不降低的黃原膠濃度(曲線71、 72 和73分別代表6.0、 i.25和0.5磅/桶(ppb))對水基體系的濾失量的影響。通過使水 增粘，懸浮黃原膠，并且較高流體相粘度降低濾失量。曲線74顯示使用15ppb的 綠坡縷石作為懸浮劑的作用。綠坡縷石是天然存在的、在水中不會(huì)大量水合的粘 土。因?yàn)檎惩玲槧铙w聯(lián)鎖，其阻礙材料通過細(xì)的懸浮粘土顆粒沉淀，但是水自由 地流過，所以其對濾失量具有最小的影響。由于這個(gè)緣故，綠坡縷石是DSF方法 中優(yōu)選的懸浮劑。如果使用重晶石，綠坡縷石特別優(yōu)選，其可包含有效地填塞和 提供對已經(jīng)增粘的水流動(dòng)的附加阻力的細(xì)阻塞固體?？梢允褂闷渌木哂蓄愃朴?綠坡縷石特征的懸浮劑，具體而言，能夠懸浮顆粒而同時(shí)沒有稠化流體。
在本文公開的DSF方法中，通過使用材料形成具有窄顆粒大小分布的不動(dòng) 物質(zhì)(LCM)，也可提高濾失量。圖8顯示在具有綠坡縷石作為懸浮劑的12磅/加侖 LCM的鉆井液中不同大小混合材料對濾失量的影響。粗重晶石(曲線81)允許非常 高的濾失量。因?yàn)榇嬖诩?xì)粒，API重晶石(曲線82)允許更少的濾失量。大小范圍在 20/40篩孔的裂縫支撐砂(曲線83)具有均勻分布和低的細(xì)粒含量，并且允許非常高 的濾失量。用兩種API重晶石和較粗物質(zhì)進(jìn)行的試驗(yàn)(曲線84、 85和86)顯示由于 提高的充填效率而造成的顯著低的濾失量。50/50混合物(曲線86)顯示最低的濾失 量，而25〃5或75/25混合物(曲線84和85)顯示較高的濾失量?；谶@些結(jié)果， 優(yōu)選地，本文公開的方法使用具有均勻大小或窄大小分布和最小API重晶石的 LCM。盡管一些實(shí)施方式優(yōu)選地可最小化細(xì)粒濃度(例如小于大約30微米白勺顆粒) 以增加DSF流體形成的不動(dòng)物質(zhì)的初濾失量，但其它的實(shí)施方式可具有閾值下限 或可基本上對細(xì)粒不敏感。作為如此實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)例，適于本文描述的方法 的DSF流體可包括硅藻土顆粒。硅藻土以多種大小分布可得(一般地具有27-40微 米范圍內(nèi)的平均尺寸)，它們中大多數(shù)是具有一般將減少初濾失量的顆粒范圍內(nèi)的 顆粒的粉末。硅藻是微米級動(dòng)物的微觀骨架殘骸，其形狀不規(guī)則，并且具有顯示 滲透性的內(nèi)部微小流動(dòng)途徑。骨架結(jié)構(gòu)包含允許流體穿過顆粒本身的通道。當(dāng)這 微小流動(dòng)途徑被摻入不動(dòng)物質(zhì)(濾餅)中時(shí)，它們沒有降低初濾失量或?yàn)V失量，但是 增強(qiáng)濾餅的傳輸率，并因此增強(qiáng)初濾失量和過濾損失。盡管硅藻土已經(jīng)用于過濾 應(yīng)用，并且在過去用于鉆井作業(yè)，但是它在增加由在裂縫中形成以防止循環(huán)液漏 失的不動(dòng)物質(zhì)所顯示的初濾失量方面的應(yīng)用是違反直覺的。
圖9a和9b圖解示出添加硅藻土到DSF流體對濾失量影響的代表性試驗(yàn)數(shù) 據(jù)。在圖9a中，對不同的樣品DSF流體，繪制隨時(shí)間濾失量，其中每種流體具有 W果'亢作為形成不動(dòng)物質(zhì)的主要顆粒材料。在每種樣品中，DSF流體的總固體濃 度為按體積計(jì)大約30%。另外地，在大約20(TF、在大約1000psi和在具有大約1 達(dá)西滲透率的稱為鋁砂阿洛克塞特盤的模擬地層中進(jìn)行每一試驗(yàn)。線130代表用 具有40微米D50 (平均尺寸)的堅(jiān)果殼制成的DSF流體的濾失量。如所見，與其它 樣品相比，具有這樣小顆粒的DSF流體的濾失量是低的。線132代表由具有400 微米D50的堅(jiān)果殼制成且還包含按體積計(jì)大約4%的模擬鉆屑的DSF流體的濾失 量。如所見，模擬真實(shí)井筒類型條件并包含模擬鉆屑的該DSF流體的濾失量是圖 9a考慮的流體中最低的。繼續(xù)參考圖9a,線134和136代表具有大約400微米D50的堅(jiān)果殼的DSF 流體試樣(線136)和具有顆粒大小分布在大約200和大約600微米之間的堅(jiān)果殼的 DSF流體試樣(線134)隨時(shí)間的濾失量。正如以上討論的和這里顯示的，摻有具有 較窄大小分布的LCM材料的DSF流體(線136)比摻有一定大小范圍顆粒的DSF流 體(線134)提供更大的濾失量。另外地，線134圖解甚至更大尺寸范圍的顆粒比具 有一致小顆粒的DSF流體提供更大的濾失量，如線130圖解的。圖9a也圖解加入 硅藻土到DSF流體的影響。線138繪制由具有大約400微米的D50和包括按體積 計(jì)大約2%硅藻土的堅(jiān)果殼制成的DSF隨時(shí)間的濾失量。為了維持固體總的體積百 分?jǐn)?shù)在大約30%之下，堅(jiān)果殼的量被減少以適應(yīng)用較小顆粒替換較大顆粒的硅藻 七。按照線130、 132、 134和136的建議，用較小顆粒替換較大顆粒將表現(xiàn)出減 少濾失量。然而，如線138所示，摻有硅藻土的DSF流體顯著地增加濾失量。在 試驗(yàn)達(dá)到10分鐘之前，圖9a的線138停止，這是因?yàn)闉V失量是非常高的，以致 它已經(jīng)吹干。線136(400微米)和線132(400微米+模擬鉆屑)之間的對比揭示，試驗(yàn)條件 中DSF流體的操作不可能與在油田作業(yè)中同一DSF流體的操作相同。這里顯示的 實(shí)例揭示天然存在于環(huán)狀空間中的鉆井泥漿中的鉆屑可減少初濾失量和濾失量低 于可以從試驗(yàn)條件所預(yù)期的。因?yàn)樵阢@井作業(yè)期間不可能控制鉆屑的大小分布， 所以選擇LCM顆粒大小分布以減少鉆屑產(chǎn)生的充填效率如果可能也是困難的。圖 9b圖解污染了鉆屑的三個(gè)DSF流體試驗(yàn)的結(jié)果，這些試驗(yàn)也在大約20(TF和1000 psi下使用具有大約1達(dá)西滲透率的模擬地層進(jìn)行。圖9b的線140呈現(xiàn)使用400 微米堅(jiān)果殼和按體積計(jì)大約4%的模擬鉆屑的試驗(yàn)的結(jié)果?？梢钥闯觯瑘D9b的線 140與圖9a的線132相應(yīng)。線142和144圖解當(dāng)將硅藻土以增加的濃度加入到同 一 DSF流體(即400微米堅(jiān)果殼和按體積計(jì)4%鉆屑)中時(shí)的結(jié)果線142為按體積 計(jì)大約2。/。的硅藻土濃度，和線144為按體積計(jì)大約5。/。的硅藻土濃度?？紤]圖9b 中繪制的三條線，可以看出加入硅藻土增加DSF流體樣品的濾失量和初濾失量。 比較圖9a和9b，可以看出由線138和線144代表的試驗(yàn)都吹干，而線144代表的試驗(yàn)(具有400微米堅(jiān)果殼、4 vol。/。模擬鉆屑和5 volQ/。硅藻土)在20分鐘后吹干， 而不是如線138在大約7.5分鐘后吹干。圖9a和％圖解增加初濾失量的設(shè)計(jì)目標(biāo)可以通過使用硅藻土作為DSF鉆 井液中的一個(gè)成分來實(shí)現(xiàn)。硅藻土盡管適用于本發(fā)明，但是僅僅是可包括在DSF 鉆井液中的可滲透顆粒材料的一個(gè)實(shí)例?？梢允褂萌魏慰蓾B透介質(zhì)，例如微米管、 納米管、微米管組合物、納米管組合物等。例如，微米管或納米管可作為分開顆 粒被加入到DSF,或者在加入前或在DSF中，可被聚集在一起以形成微米管或納 米管的組合物。相似地，除了硅藻土或其它的可滲透介質(zhì)，纖維膜的組合物可被 加入到DSF中，或者用來代替硅藻土或其它的可滲透介質(zhì)。 一個(gè)示例性實(shí)施方式 可利用需要納米管或纖維膜更大精確性的其它方法的廢料。當(dāng)包括在DSF中時(shí)， 可滲透介質(zhì)不具有嚴(yán)格的空間要求或設(shè)計(jì)要求，正如對于這些技術(shù)的更傳統(tǒng)用法 其可處于適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｒ虼?，來自微米管制造過程中的碎片、廢料或廢品可被加 入到DSF中。相似地，經(jīng)常制造具有一個(gè)幾何形狀的纖維膜，并且修整該纖維膜 以適合特定的應(yīng)用。修整可相似地在DSF流體中使用。例如，膜材料可被破碎、 粉碎或另外加工以將膜減小為適當(dāng)大小的顆粒。如從示例性硅藻土可見的，可滲 透介質(zhì)的適當(dāng)大小的顆?？尚∮?0微米。另外或可選地，可以挑選可滲透介質(zhì)以 比得上LCM材料的大小。例如，堅(jiān)果殼可以部分地或完全地用具有大約400微米 或確定適合裂縫的適當(dāng)尺寸的顆粒大小的可滲透介質(zhì)代替。盡管廢料可被用于 DSF時(shí)，特定設(shè)計(jì)的可滲透介質(zhì)顆粒也可用于DSF。盡管圖9a和9b提供具有按體積計(jì)2%和按體積計(jì)5°/。硅藻土濃度的DSF鉆 井液性能的代表，但是這些僅僅是可被制備的DSF流體的實(shí)例。取決于特定鉆井 液希望的初濾失量(DSF流體的另一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù))、LCM材料和地層滲透率等， 或多或少可滲透介質(zhì)可被加入到DSF中。當(dāng)包括可滲透介質(zhì)時(shí)，示例性組合物可 包括介于按體積計(jì)大約1%和按體積計(jì)大約30%之間或更多(例如當(dāng)可滲透介質(zhì)也 提供LCM材料時(shí))。除可滲透介質(zhì)提供的增加初濾失量的明顯益處之外，可滲透介質(zhì)的包含減 少了應(yīng)用具有窄顆粒大小分布的LCM材料的需要。而且，使用多種大小顆粒的能 力可允許操作員用同一 DSF鉆井液處理較寬范圍的裂縫。當(dāng)鉆井液中的其它顆粒 產(chǎn)生高充填效率時(shí)，在DSF鉆井液中包括可滲透介質(zhì)可提供需要的至少10毫升初 濾失量的鉆井液。甚至當(dāng)有效地充填裂縫時(shí)，可滲透介質(zhì)促進(jìn)高初濾失量，這使 移動(dòng)的物質(zhì)能迅速地形成，如上所述?，F(xiàn)在返回圖2a中圖解的DSF方法110的綜述，在制備DSF鉆井液后，當(dāng) 鉆井地層時(shí)，鉆井液在井眼中循環(huán)。盡管DSF流體在鉆井期間在井眼中，但是形 成的任何裂縫通過在該裂縫中形成的不動(dòng)物質(zhì)得到有效地控制，如上所述。
本DSF方法的試驗(yàn)實(shí)施方式揭示在用DSF流體鉆井期間形成的濾餅顯示出 低的剪切強(qiáng)度，這最小化了鉆桿被卡的風(fēng)險(xiǎn)和其它相關(guān)的擔(dān)心。然而，在本方法的一些實(shí)施方式中，地層的滲透率和/或DSF流體的特性可使操作員擔(dān)心形成濾餅的厚度和/或剪切強(qiáng)度。在這樣的實(shí)施方式中，上述DST處理150可伴隨本文描述的DSF方法。DST處理150包括監(jiān)測鉆柱的轉(zhuǎn)矩和當(dāng)轉(zhuǎn)矩接近一些閾值時(shí)運(yùn)用補(bǔ)救處理。DST處理150的另外的原理在圖2b示出和/或如下所述。
本公開范圍內(nèi)的DST處理利用井底組件(BHA)，其在鉆頭上方具有至少一個(gè)穩(wěn)定器，以便擴(kuò)井眼。優(yōu)選地，DST處理使用兩個(gè)或三個(gè)穩(wěn)定器或足夠的穩(wěn)定器以防止鉆鋌與井眼壁接觸-穩(wěn)定器制約鉆井和密封處理(DST處理)期間的濾餅。當(dāng)穩(wěn)定器旋轉(zhuǎn)時(shí)，濾餅和許多最初的固體裝載基礎(chǔ)濾餅被剝離。圖10a顯示鉆屑92、重晶石94和過濾控制材料(微粒)96形成的厚濾餅。每一次，通過轉(zhuǎn)動(dòng)葉片再次暴露基礎(chǔ)濾餅，來自濾餅中更接近開孔放置的泥漿的顆粒有機(jī)會(huì)被俘獲。近處放置的顆粒由跨越濾餅的壓力差更堅(jiān)固地保持，而較大的顆粒更可能通過穩(wěn)定器或流過的流體被剪切離丌。穩(wěn)定器葉片的每個(gè)旋轉(zhuǎn)允許該"細(xì)粒選擇"過程重復(fù)。最后，濾餅面被阻隔下至1到5微米范圍，在該范圍過濾控制材料可被有效地俘獲，如在圖10b中所示。在這一點(diǎn)上，濾餅將是薄的，因?yàn)槠浔还尾林练€(wěn)定器直徑，并且其保持相對薄，這是因?yàn)橥ㄟ^過濾控制材料96其被有效地密封。
DST處理方法利用在處理期間泵送入井筒的DST丸。適當(dāng)?shù)腄ST丸在估計(jì)的井底溫度下可具有小于6毫升/30分鐘的API HTHP濾失量(如通過上文引用的API試驗(yàn)測量的)。優(yōu)選地，該丸包含最少10 ppb的"阻塞固體"，優(yōu)選地，選擇阻塞固體具有估計(jì)等于估計(jì)的孔喉大小除以2.5的平均粒度直徑(D50)。應(yīng)該使用該阻塞固體的濃度，而無論是否需要達(dá)到6毫升/30分鐘的API HTHP閾值以確保DST丸在給定滲透率是有效的。該丸大小通常為30-50 bbls。因?yàn)楫?dāng)井筒中濾餅太厚或者另外質(zhì)量差時(shí)運(yùn)用DST處理，所以DST丸被設(shè)計(jì)以非常有效地替換差質(zhì)量濾餅一一因?yàn)槠浔粍內(nèi)ヒ孕纬煞浅８哔|(zhì)量的濾餅，如在圖10b中所示。該方法尋求用在厚度方面不會(huì)再次增長的薄的、低滲透性濾餅替換這種差質(zhì)量(厚和/或滲漏的)濾餅。替換濾餅的形態(tài)與任何濾餅具有的形態(tài)相同，但是其控制濾失量的特性增強(qiáng)。在丸設(shè)計(jì)中確定具體的過濾閾值和阻塞固體的建議基于有效濾餅的形態(tài)。濾餅由兩個(gè)主要特征(阻塞控制和過濾控制)構(gòu)成，并且每個(gè)必須在有效的流體中是有效的。阻塞控制通過沉積于暴露在井眼表面的孔喉中阻塞固體層提供。通過阻塞孔喉開-孔，這些固體防止其它的固體進(jìn)入。在該處理設(shè)計(jì)中，地帶的巖石中最可能的孔喉尺寸可以從滲透率、孔隙度和喉道大小之間的相關(guān)性估計(jì)，例如Pittman相關(guān)性(E. D. Pittman, "Relationship -of Porosity and Permeability to VariousParameters Derived from Mercury Injection-Capillary Pressure Curves for Sandstone,"AAPG Bull. 76. No 2, p. 191 , 1992)。砂巖的Pittoan相關(guān)性的實(shí)例在圖11中示出。盡管較小顆粒可最終是有效的，但是理想的阻塞顆粒可以采用孔喉直徑除以2.5或平均設(shè)計(jì)顆粒=孔喉/2.5。在所示實(shí)例中，對于1達(dá)西砂巖，計(jì)算標(biāo)稱孔喉大小為45微米。該2.5規(guī)則建議理想阻塞顆粒應(yīng)該為45/2.5=18微米。
所有的商業(yè)上可獲得的阻塞顆粒的產(chǎn)品用一定大小分布的顆粒制造。因此， 用戶必須確定具有跨越要求值的大小范圍的產(chǎn)品。圖12示出四個(gè)產(chǎn)品的大小分布 曲線。在需要18微米材料的實(shí)例應(yīng)用中，使用的產(chǎn)品是Bamcarb25，其具有大約 25微米的D50大小，并且其60%的顆粒大于需要的18微米。水基丸可以用20-30 ppb的該產(chǎn)品加足夠的重晶石構(gòu)造以達(dá)到需要的流體密度。對含水和無水流體，阻塞固體設(shè)計(jì)是相似的。然而，過濾材料設(shè)計(jì)可以不 同。在無水流體中，內(nèi)部水相可起過濾控制的功能。小的水滴用提供高表面張力 的表面活性劑形成，并且整個(gè)小滴抵抗通過小空間例如濾餅中孔隙空間或孔喉的 擠出。在含水系統(tǒng)中，存在多種產(chǎn)品一一可用于降低通過阻塞固體的濾液流的離 子和非離子產(chǎn)品，并且選擇將取決于情況的性質(zhì)。阻塞和過濾控制產(chǎn)品類型在DST 方法中沒有規(guī)定，并且可根據(jù)泥漿類型和有效性變化。DST丸的設(shè)計(jì)目標(biāo)被規(guī)定， 其要使用實(shí)現(xiàn)小于6毫升/30分鐘的API HTHP濾失量的產(chǎn)品組合。
總而言之，設(shè)計(jì)在鉆井和密封處理方法中使用的丸以解決實(shí)現(xiàn)低濾失量、 高質(zhì)量濾餅的快速沉積所需要的阻塞和過濾控制。該丸具有下列特征
1) 阻塞固體，基于估計(jì)的最大孔喉尺寸選擇，并在20ppb以上的濃度下使用；
2) 重晶石固體，達(dá)到需要的預(yù)定密度所需；
3) 選擇過濾控制材料以達(dá)到小于6毫升/30分鐘的API HTHP濾失量。滿足上述特 征的適于具體應(yīng)用的阻塞固體的類型和過濾控制材料的類型可以由本領(lǐng)域技術(shù)人 員基于本公開的教導(dǎo)進(jìn)行選擇。在鉆井期間，隨著DST丸被制備和鉆柱的轉(zhuǎn)矩被監(jiān)測，DST處理進(jìn)一步包 括當(dāng)監(jiān)測的轉(zhuǎn)矩達(dá)到確定指明需要DST處理的選擇轉(zhuǎn)矩時(shí)，停止鉆井作業(yè)。在那 點(diǎn)，鉆井可被停止，并且DST丸以緩慢的速度循環(huán)通過新暴露的地層，同時(shí)用穩(wěn) 定器上下移動(dòng)并擴(kuò)眼該層段。穩(wěn)定器調(diào)整的層段將等于鉆頭與頂端穩(wěn)定器之間的 距離加上下移動(dòng)時(shí)的垂直位移。在一些實(shí)施方式中，可能需要根據(jù)DST處理方法 調(diào)整所有的可滲透層段?？蛇x地，僅處理顯示不希望的高轉(zhuǎn)矩的選擇層段。優(yōu)選 地，DST方法可使用DST丸體積和慢泵速率的組合以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)眼時(shí)暴露于丸10分 鐘以上。在已經(jīng)運(yùn)用DST丸，并且旋轉(zhuǎn)和上下移動(dòng)穩(wěn)定器適當(dāng)?shù)囊欢蝆t間例如10 分鐘后，通過選擇上面新調(diào)整的層段并緩慢旋轉(zhuǎn)預(yù)定時(shí)間例如大約5分鐘，繼續(xù) DST處理。然后可停止旋轉(zhuǎn)，并且鉆頭回到底部。如果當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)鉆頭至底部時(shí)阻力 太大，那么可以重復(fù)DST處理方法。如果不是這樣，可用DSF流體繼續(xù)鉆井，如 上所述。與前面討論的LPM和應(yīng)力籠方法不同，本文公開的DSF方法被設(shè)計(jì)以具 有極高的濾失量，特別是高的初濾失量。設(shè)計(jì)具有在裂縫中形成不動(dòng)物質(zhì)的顆粒 的DSF流體。在一些實(shí)施方式中，顆粒抵抗沿著裂縫的移動(dòng)，例如通過與裂縫的 面相互作用，以便攜帶液脫離固體，所述固體在開孔和沿著裂縫的長度被阻住。在這樣的實(shí)施方式中，固體的大小分布基于估計(jì)或計(jì)算的裂縫寬度，以便產(chǎn)生顆粒阻力和沿著裂縫向下(或通過裂縫)位移的阻力。在其它實(shí)施方式中，如上所述，裂縫寬度的確定是不重要的，只要初濾失量保持高。當(dāng)攜帶液流過固體到達(dá)末端或通過暴露的裂縫面時(shí)，由于損失攜帶液，固體變成不動(dòng)的并形成橋接，所以即使在不動(dòng)物質(zhì)形成后澄清流體可繼續(xù)過濾經(jīng)過不動(dòng)物質(zhì)一段時(shí)間，固體也不能繼續(xù)擴(kuò)展到末端。為了更有效，在井筒數(shù)英寸內(nèi)形成不動(dòng)物質(zhì)。該物質(zhì)外，由于連續(xù)的濾液損失，壓力在末端構(gòu)造，并且當(dāng)壓力達(dá)到保持末端閉合的巖石應(yīng)力時(shí)，裂縫打開并延伸。然而，當(dāng)其延伸時(shí)，從不動(dòng)物質(zhì)末端向前其保持極窄。然后裂縫具有兩個(gè)單獨(dú)的幾何形狀，如在圖4b中所示。前一個(gè)數(shù)英寸由固體支撐，而其余的非常窄。短的支撐長度的幾何形狀極大地決定井筒處的應(yīng)力增長，而不是已經(jīng)基本上沒有寬度的裂縫的剩余長度決定井筒處的應(yīng)力增長。該結(jié)論從不同的裂縫幾何形狀周圍應(yīng)力的有限元模型得到。下面包括的油田數(shù)據(jù)表明DSF在具有0.1毫達(dá)西以下滲透率的巖石中適合。濾液壓力可能達(dá)到末端和使末端延伸，可是該方法也適合。油田數(shù)據(jù)表明高和低濾失系統(tǒng)都可以是有效的。傳統(tǒng)的低濾失量系統(tǒng)通過形成隨著其加寬裂縫而產(chǎn)生應(yīng)力的特定大小顆粒的橋接構(gòu)建應(yīng)力。然而，如果該橋接是無效的并且活動(dòng)的，那么含固體的液體壓迫裂縫末端，這導(dǎo)致裂縫寬度和井筒處地層應(yīng)力的下降。在高濾失量的DSF方法中，成功更少地依賴于裂縫寬度和顆粒大小的詳細(xì)了解。在DSF方法中，固體移動(dòng)由攜帶液損失而停止，這導(dǎo)致固體變成不動(dòng)的。允許該損失自由地發(fā)生在滲透帶(主要地通過裂縫面進(jìn)入地層)，并且如果地層具有低滲透率，那么如果通過用澄清的流體延伸裂縫末端而發(fā)生損失，DSF方法仍然是有益的。DSF方法有望是更通用的，并且需要較少的具體地層數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)有益的結(jié)果。如上述論述所建議的，本發(fā)明流體、系統(tǒng)和方法可用于在多種油田條件下控制和/或限制循環(huán)液漏失，這包括在穿過具有不同性質(zhì)地層的鉆井作業(yè)期間。更具體地說，可配置本公開范圍內(nèi)的鉆井液以提供需要的初濾失量和攜帶液濾失量以產(chǎn)生不動(dòng)物質(zhì)，無論地層是強(qiáng)滲透的或弱滲透的。如上面在不同位置所建議的，由于顆粒與裂縫面的相互作用以及彼此之間的相互作用，隨著攜帶液損失到地層——通過裂縫面或通過不動(dòng)物質(zhì)到裂縫的末端，不動(dòng)物質(zhì)將在裂縫中形成。在一些實(shí)施方式中，攜帶液濾失的這兩種模式可分別被稱為裂縫面漏失和末端漏失。在一些實(shí)施方式中，了解或估計(jì)濾失的相對的模式可幫助設(shè)計(jì)鉆井液。例如，如果已知或預(yù)測地層裂縫面是非?？蓾B透的，那么不必優(yōu)化顆粒分布以增強(qiáng)通過不動(dòng)物質(zhì)到末端的漏失。作為一個(gè)介紹性實(shí)例，用于制備鉆井液的顆粒的設(shè)計(jì)和選擇可能是昂貴的，或者另外使制備和/或選擇適當(dāng)?shù)你@井液復(fù)雜。在裂縫面漏失是攜帶液濾失的主要模式(和相應(yīng)的顆粒脫水和固定)的情況中，選擇顆粒以增強(qiáng)通過不動(dòng)物質(zhì)到末端的濾失量可能是較不重要的。更精確地說，更寬范圍的鉆井液可能適用于提供本公丌的不動(dòng)物質(zhì)。本公開的一些實(shí)施方式可包括設(shè)計(jì)限制到裂縫的循環(huán)液漏失的鉆井液，例如可能在鉆井作業(yè).期間發(fā)生的。更具體地說，提供設(shè)計(jì)適合用于本文描述方法的鉆井液的方法。在一些實(shí)施方式中，設(shè)計(jì)適當(dāng)鉆井液的方法可包括利用具體用于給定井、給定地層、給定油ffl等的模型和數(shù)據(jù)的模擬歩驟。在其它實(shí)施方式屮，設(shè)計(jì)鉆井液的方法可僅僅參考通過提供一定范圍可能方案的在先迭代模擬產(chǎn)生的表、圖或相關(guān)性。此外，在一些實(shí)施方式中，設(shè)計(jì)適當(dāng)鉆井液的方法可包括基于多種因素模擬或以其它方式預(yù)測裂縫中壓降和/或流體流動(dòng)。在其它實(shí)施方式中，設(shè)計(jì)鉆井液的方法可包括確定用于鉆井液中的顆粒和固體的目標(biāo)充填效率。
本DSF流體的LCM顆粒及其它固體可以以多種方式與地層相互作用并且彼此相五作用。此外，顆粒的行為可依賴于多種因素，它們中僅一些可處于操作員的控制中。例如，井筒正在鉆井的地層的滲透率將影響DSF流體形成不動(dòng)物質(zhì)的能力。在地層滲透率沿著井筒長度或沿著裂縫長度變化的情況中，或者在地層的固有滲透率通過鉆井作業(yè)改變的情況中，地層的滲透率可被稱為該裂縫面處的地層的有效滲透率。相似地，地層壓裂的方式，例如裂縫的最初寬度和/或裂縫的彎曲可影響固體聚集、積聚或其它方式減緩以引起不動(dòng)物質(zhì)形成的能力。另外或可選地，井筒本身的性質(zhì)對固體形成不動(dòng)物質(zhì)能力可具有影響，例如在該裂縫深度的井簡壓力。鉆井液中LCM顆粒和其它固體的行為，以及因此它們形成上述不動(dòng)物質(zhì)的能力也可依賴于與攜帶液相關(guān)的性質(zhì)。例如，攜帶液的粘度可影響攜帶液過濾經(jīng)過形成的不動(dòng)物質(zhì)的能力而沒有對顆粒本身施加過多的力。仍另外地，鉆井液作為如上所述DSF流體發(fā)揮作用的能力也可部分地依賴于與LCM顆粒和其它固體相關(guān)的性質(zhì)。例如，直徑或有效直徑(例如當(dāng)顆粒不是球狀)可影響顆粒在裂縫面阻滯的能力，如上所述。另外或可選地，顆粒大小的分布可影響攜帶液泄漏或過濾經(jīng)過形成的不動(dòng)物質(zhì)的能力。在一些實(shí)施方式中，顆粒大小的分布可影響固體在裂縫中的充填效率。在其它實(shí)施方式中，顆粒大小的錯(cuò)誤分布不可能具有用于引起不動(dòng)物質(zhì)形成的適當(dāng)?shù)墓腆w。另外或可選地，顆粒大小分布和/或有效粒子直徑可以其它方式影響固體間相互作用，例如通過改變固體之間的摩擦相互作用。
由于可影響本DSF流體性能的因素眾多、復(fù)雜以及相互關(guān)聯(lián)，這些相互作用和相互關(guān)聯(lián)很難通過經(jīng)驗(yàn)法則或反復(fù)試驗(yàn)弄清楚，特別是鑒于與鉆井和經(jīng)歷本發(fā)明流體和方法意圖避免的循環(huán)液漏失相關(guān)的成本。然而根據(jù)本公丌，這些關(guān)聯(lián)和相互作用可以被模擬以幫助獲得DSF流體的設(shè)計(jì)決定。在一些實(shí)施方式中，可以基于一個(gè)或多個(gè)上述因素構(gòu)建模型以預(yù)測裂縫(即，跨越不動(dòng)物質(zhì))中的壓降。例如，對于給定時(shí)刻、給定粒徑、充填效率、井筒壓力、攜帶液粘度和地層滲透率，可構(gòu)建模型以預(yù)測沿著裂縫長度的不同位置處的裂縫中的壓力。圖13圖解具有低充填效率的制備鉆井液在裂縫形成之后在給定時(shí)刻的一個(gè)示例性繪圖160。圖14圖解沿著裂縫長度的裂縫中的壓力的另一示例 性圖165，這是關(guān)于所有其它要素保持不變的高充填效率鉆井液。在圖13和14中， l出線162代表在給定時(shí)刻裂縫中的壓力，曲線164代表在給定時(shí)刻裂縫中流體的 體積分?jǐn)?shù)。通過在圖3和圖14之間比較，可以看出圖13的低充填限制提供跨越 不動(dòng)物質(zhì)的更大壓力梯度，并允許通過不動(dòng)物質(zhì)的更大的流體流動(dòng)。經(jīng)過不動(dòng)物 質(zhì)的更大的流體流動(dòng)允許固體沉淀成塊的速率更快。相反，該模型圖解導(dǎo)致高充 填效率的DSF流體對通過不動(dòng)物質(zhì)的流體流動(dòng)產(chǎn)生高摩擦阻力，導(dǎo)致顆粒緩慢增 長形成不動(dòng)物質(zhì)，以及導(dǎo)致在不動(dòng)物質(zhì)上相應(yīng)地高的應(yīng)力差。
在鉆井作業(yè)期間應(yīng)用這樣模型以確定或預(yù)測裂縫中的壓差模式可允許設(shè)計(jì) 者建模多種固體、流體和固體/流體組合的應(yīng)用以確定設(shè)計(jì)的鉆井液組成。該設(shè)計(jì) 的鉆井液組成可盡可能詳細(xì)地提供固體的精確大小、形狀、大小分布?？蛇x地或 另外地，設(shè)計(jì)的鉆井液可包括這樣的指示，例如可滲透的LCM顆粒是否應(yīng)該使用 和/或可使用的LCM顆粒和增重劑的比例。盡管提供高充填效率的鉆井液和提供低充填效率的鉆井液在裂縫中導(dǎo)致不 同的壓力分布，但是每一個(gè)都可具有適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。例如，導(dǎo)致低充填效率的流體 在具有低滲透率的地層中是優(yōu)選的，在那里漏失到地層的攜帶液被限制，并且大 多數(shù)必需的漏失必須通過不動(dòng)物質(zhì)到達(dá)末端。這樣的低充填效率也可在其中要求 高流體速度通過不動(dòng)物質(zhì)的情況中時(shí)是優(yōu)選的，例如當(dāng)需要更大體積的固體累積 時(shí)。另外或可選地，在難以實(shí)現(xiàn)攜帶液漏失的情況中，可能必需設(shè)計(jì)高充填效率。 例如，無水的鉆井液傾向于具有固有的低濾失量。因此，在NAF中，希望幾乎不 需要漏失而實(shí)現(xiàn)固定。當(dāng)充填效率增加時(shí)，需要較少漏失，并且不動(dòng)物質(zhì)更迅速 并更靠近井筒形成。這使應(yīng)力朝著裂縫的井筒末端移動(dòng)，并且引起應(yīng)力由靠近孔 的材料的較短橋接來支撐。盡管在無水流體中由于其低濾失特征，這可能是必需 的，但是短橋接可能更難形成和/或保持不動(dòng)物質(zhì)在裂縫中。不動(dòng)物質(zhì)的強(qiáng)度、其 形成的容易性和在不同井筒操作中保持其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的能力將依賴于多個(gè)因素， 例如地層的滲透率、顆粒大小、固體充填效率和本文論述的其它因素。因此，流 體設(shè)計(jì)可基于對給定一組條件的最有效方法的確定，所述條件包括控制循環(huán)液漏 失的直接目標(biāo)和與烴生產(chǎn)相關(guān)的井設(shè)計(jì)共有的其它目標(biāo)。如上所述，本發(fā)明范圍內(nèi)的鉆井液中的一些LCM顆粒或其它固體可以是可 滲透的，例如包括硅藻土或天然或人造的可滲透的其它材料。圖13和14代表的 模型可以以任何適當(dāng)方式改變，以考慮鉆井液中一些或所有固體的滲透率。例如， 固體滲透因素可被并入該模型。另外或可選地，固體的滲透率可以考慮為固體充 填效率計(jì)算或模擬的因素。在一些實(shí)施方式中，在DSF流體中可滲透固體的應(yīng)用 可產(chǎn)生具有高充填效率流體的一些益處和低充填效率流體的一些益處的流體。設(shè)計(jì)用于本公開系統(tǒng)和方法的鉆井液的一些方法可包括在計(jì)劃的鉆井作業(yè) 期間——其中形成裂縫(或模擬形成)，選擇鉆井液和模擬結(jié)合的流體和固體流動(dòng)。如本文討論的鉆井液包括攜帶液和固體，其中固體具有有效粒徑。在一些實(shí)施方 式中，模擬可被改變以預(yù)測裂縫內(nèi)的壓降。該模擬可考慮多個(gè)因素例如固體的充 填效率、固體有效粒徑、固體的滲透率、被鉆井筒的地層的有效基巖滲透率、攜 帶液的一個(gè)或多個(gè)流體特性、鉆井作業(yè)期間預(yù)期的并筒壓力和固體間相互作用性 質(zhì)。該模型也可考慮其它的因素，直到并包括裂縫中各種液體和固體之間相互作 用的完全物理耦合(full- physics coupling)。模擬可預(yù)測裂縫中的壓降，其為裂縫形成后時(shí)間的函數(shù)和/或?yàn)榕c裂縫末端 距離的函數(shù)。模型可被進(jìn)一歩構(gòu)建以預(yù)測或確定裂縫中流體的體積分?jǐn)?shù)，其為時(shí) 問函數(shù)和/或與末端距離的函數(shù)。在一些實(shí)施方式中，模型可被進(jìn)一歩構(gòu)建以表征 導(dǎo)致壓降的濾失量，其為通過裂縫面漏失或通過末端漏失損失的流體的一部分。
重復(fù)選擇鉆井液組成和模擬鉆井液流動(dòng)的歩驟，同時(shí)隨著每一次重復(fù)改變 鉆井液的一個(gè)或多個(gè)方面。鉆井液組成被迭代模擬，直到目標(biāo)裂縫壓降通過模擬 被預(yù)測，在此時(shí)確定設(shè)計(jì)的鉆井液組成。在一些實(shí)施方式中，鉆井液組成的重復(fù) 選擇可通過在先模擬步驟的結(jié)果告知。例如，在先模擬可建議高或低充填效率將 更可能導(dǎo)致目標(biāo)壓降。另外或可選地，在先模擬可建議固體的不同顆粒大小分布 和/或不同滲透率將優(yōu)選。鉆井液組成的其它方面可隨著每一次迭代而改變。仍然 另外或可選地，針對每一次另外的重復(fù)，可以參考在先預(yù)測的壓降并參考濾失模 式的特征，選擇鉆井液組成。在本方法的一些實(shí)施方式中，鉆井液可至少部分地基于目標(biāo)充填效率設(shè)計(jì)。 目標(biāo)充填效率可至少部分地基于選自下列的一個(gè)或多個(gè)因素確定l)進(jìn)行鉆井作業(yè) 的地層的有效滲透率；2)固體的有效粒徑；3)裂縫的設(shè)計(jì)裂縫寬度；4)固體的滲透 率；5)攜帶液的一個(gè)或多個(gè)流體特性；6)在鉆井作業(yè)期間預(yù)期的井筒壓力；和7) 固體問相互作用性質(zhì)。目標(biāo)充填效率可通過模擬特定的井位或特定的地層而確定。 另外或可選地，目標(biāo)充填效率可通過參考表、圖表、圖、相關(guān)性、響應(yīng)面或可用 于總結(jié)或另外產(chǎn)生更容易獲得的數(shù)據(jù)類型一_其通常僅通過模擬可獲得一一的其 它工具進(jìn)行確定。例如，壓降曲線的集合可考慮多種的可能的油田條件制成。對 于給定井的給定鉆井液設(shè)計(jì)，可參考該集合以幫助確定目標(biāo)充填效率。
在確定目標(biāo)充填效率后，鉆井液設(shè)計(jì)可通過鑒定攜帶液攜帶的固體的一個(gè) 或多個(gè)特征繼續(xù)，以提供目標(biāo)充填效率。例如，鑒定的特征可包括l)顆粒大小的 分布；2)有效粒徑；3)攜帶液中固體的體積分?jǐn)?shù)；4)固體的滲透率；和5)固體的表 面性質(zhì)。在一些實(shí)施方式中，攜帶液也可連同固體被考慮以設(shè)計(jì)具有目標(biāo)充填效 率的鉆井液。設(shè)計(jì)鉆井液的方法可連同鉆井眼的方法一起應(yīng)用。如該公開全文建議的， 本公丌的鉆井液可用于在地下巖層中鉆井眼，特別是預(yù)期裂縫在鉆井作業(yè)期間形 成的情況下。在設(shè)計(jì)鉆井液的本方法的一些實(shí)施方式中，井眼鉆入的地層可與伴 隨的地層性質(zhì)一起鑒定。地層性質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)方面可由本設(shè)計(jì)方法考慮，以確定目標(biāo)充填效率。另外地，本設(shè)計(jì)方法可繼續(xù)包括提供包含攜帶液和顆粒的鉆井液的步驟， 其中鉆井液具有在設(shè)計(jì)歩驟中鑒定的一個(gè)或多個(gè)特征。因此，可使用設(shè)計(jì)和提供 的鉆井液使井眼鉆入地層中。在一些實(shí)施方式中，本方法可進(jìn)一歩包括從井眼生 產(chǎn)烴。如上述論述所建議的，本文公丌的方法和系統(tǒng)的一些實(shí)施方式可包括至少 部分地基于不動(dòng)物質(zhì)形成時(shí)預(yù)期的濾失模式，設(shè)計(jì)鉆井液。流體的設(shè)計(jì)可根據(jù)主 要的濾失模式是通過裂縫面漏失還是通過末端漏失而改變?；诠腆w、攜帶液和 地層之間相互作用的上述模型可被用來表征選擇的建議鉆井液的濾失量。該模型 可考慮可影響裂縫中相互作用的任何類型的因素，例如上面描述的那些。這樣的 模擬可被用來準(zhǔn)備關(guān)于濾失模式之間關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，例如相對于總濾失量的裂縫面 漏失和對給定建議鉆井液的地層的具體滲透率?？蓱?yīng)用相同的建議鉆井液和改變 地層滲透率，重復(fù)該方法，以產(chǎn)生圖解多種地層滲透率中給定鉆井液濾失模式的 曲線，例如圖15中示出的曲線175中任一條所圖解的。圖15中的繪圖170圖解 通過裂縫面漏失損失的攜帶液部分作為總損失流體(濾失)的百分比一 一其沿著垂 直軸繪制，對水平軸并向右增加繪制的地層滲透率。在一些實(shí)施方式中，該方法 可被重復(fù)至少兩次，以提供不同地層條件下性能的比較?？紤]至少兩種建議鉆井液，選擇建議鉆井液、模擬結(jié)合的流體流和固體流 以及改變有效的基巖滲透率的步驟可被重復(fù)。如在圖15中圖解的，多個(gè)鉆井液曲 線175的繪圖170允許使用者迅速地確定一定范圍滲透率的多種建議鉆井液的濾 失模式。此外，與經(jīng)由在通過這些步驟準(zhǔn)備的曲線之間并沿這些曲線內(nèi)插而模擬 的相比，甚至更多數(shù)量的鉆井液可在實(shí)踐中設(shè)計(jì)。然后，對于具體應(yīng)用的鉆井液 可通過鑒定井眼鉆入的地層而設(shè)計(jì)。在鑒定地層并確定地層滲透率后，濾失特征 數(shù)據(jù)可被考慮以確定最適合于具體鉆井作業(yè)的鉆井液性質(zhì)。因此鉆井?dāng)y帶液和鉆 屑可被選擇用于鉆井作業(yè)。在一些實(shí)施方式中，濾失模式數(shù)據(jù)可以以視圖存在，例如在圖15中示出的。 然而，應(yīng)該理解，該數(shù)據(jù)可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞酱嬖?，用于鉆井液設(shè)計(jì)者參考。
盡管可以實(shí)施設(shè)計(jì)鉆井液的方法，以鑒定具體的攜帶液和固體性質(zhì)以及適 用于具體操作的組合，但是其它的實(shí)施可被構(gòu)建以提供對流體設(shè)計(jì)方法的幫助。 例如，圖15的曲線可基于粒徑、充填效率、裂縫寬度和地層滲透率而確定或預(yù)測， 而沒有考慮顆粒滲透率、摩擦相互作用、攜帶液的粘度等。盡管這樣的確定或表 征可能沒有完全地限定待被使用的鉆井液，但是其仍然可幫助表征濾失模式。已 知濾失模式，例如在圖15的圖中圖解的，可允許設(shè)計(jì)者確定鉆井液需要被設(shè)計(jì)的 程度。例如，如果表征確定大部分濾失是通過裂縫面，那么仔細(xì)設(shè)計(jì)形成不動(dòng)物 質(zhì)的鉆井固體將不是那么重要的。例如，包含可滲透固體可能不是必需的。然而， 如果表征圖解大多數(shù)濾失是通過不動(dòng)物質(zhì)到末端，那么設(shè)計(jì)者將了解，攜帶液和固體應(yīng)該仔細(xì)地設(shè)計(jì)和選擇以確保通過不動(dòng)物質(zhì)的充分高的滲透性。例如，設(shè)計(jì) 者可規(guī)定某些水平的固體滲透率和/或某些顆粒大小分布。如上所述，增加固體滲 透率和/或使顆粒大小分布變窄將提高不動(dòng)物質(zhì)的滲透性。圖15包括上面的陰影區(qū)172和下面的陰影區(qū)174，其示意性代表設(shè)計(jì)閾值。 例如，如果對于選擇的鉆并液和地層滲透率，鉆井液損失(濾失)表征曲線175擴(kuò)展 到上面的陰影區(qū)172，那么設(shè)計(jì)者可知道，建議鉆井液將容易地獲得不動(dòng)物質(zhì)，并 因此將不需要仔細(xì)的顆粒大小分布和/或可滲透固體的幫助。相似地，如果地層滲 透率和建議鉆井液的已選組合顯示濾失表征曲線仍然在下面的陰影區(qū)174中，那
么設(shè)計(jì)者可知道不動(dòng)物質(zhì)將更難形成和/或保持。圖170有助于直觀表示例如陰影 區(qū)以進(jìn)一歩幫助設(shè)計(jì)者。呈現(xiàn)濾失表征的其它形式可更有助于呈現(xiàn)這些設(shè)計(jì)閾值 的其它形式。該設(shè)計(jì)閾值可通過模擬確立，并通過油田試驗(yàn)改進(jìn)。
盡管設(shè)計(jì)閾值在本流體設(shè)計(jì)方法的一些實(shí)施方式中可以是有益的，但是它 們并不必在每個(gè)實(shí)施方式中產(chǎn)生和/或參考。例如，以及如上討論的，除形成本文 所述的不動(dòng)物質(zhì)相對容易之外，鉆井液的設(shè)計(jì)可考慮多種因素。在一些實(shí)施方式 中，設(shè)計(jì)者可優(yōu)選允許設(shè)計(jì)者在選擇攜帶液和鉆井固體中更擅長判斷和判別的表 征。例如，具體油田作業(yè)可具有有限的攜帶液和鉆井固體的選擇，設(shè)計(jì)者可以從 這些有限的選擇中選擇以提供該表征建議的性質(zhì)。另外或可選地，本文描述的表 征和其它模擬可基于比計(jì)算和/或模擬原因的所有相關(guān)因素或參數(shù)少的因素或參 數(shù)。
實(shí)施例1本文公開的方法在八口井(四口高滲透性井和四口低滲透性井)中試驗(yàn)。圖 16示出一口高滲透性井的主要數(shù)據(jù)的圖，所述井代表了八口試驗(yàn)井的四口。這四 口井顯示高滲透性的性能。(相同數(shù)據(jù)在圖1中示出)。穿透三個(gè)嚴(yán)重衰竭的儲(chǔ)層， 其被稱為地帶A、地帶B和地帶C。滲透率范圍為500- 1000毫達(dá)西，并且正壓超 過2000psi。循環(huán)壓力極大地超過三個(gè)地層(地帶)估計(jì)的完整性。全部四口井，觀 察到一個(gè)少量濾失事件，但是該井充滿高于完整性和連續(xù)鉆井的靜態(tài)泥漿比重1 ppg。井的套管程序的方案(在圖16—的右邊示出，并且標(biāo)記121 "方案w/q DSF方
法"")用于正好在這些地帶的每一個(gè)的上方和下方下套管。然而，使用本文公開的 方法，實(shí)際的套管程序(圖16中方案的左側(cè)示出的，并且標(biāo)記120"實(shí)際的")避免 兩個(gè)套管柱。在最嚴(yán)格試驗(yàn)中，本文公開的方法連續(xù)地構(gòu)建應(yīng)力，而沒有明顯的 濾失量，其中循環(huán)壓力超過2.5 ppg，這在鉆井地帶的最初完整性之上。使用鉆井 和密封處理，沒有觀察到高轉(zhuǎn)矩、阻力和鉆桿被卡。
實(shí)施例2在四口井中大約700 ft的衰竭的低滲透性砂巖的 段(具有0.1毫達(dá)西以下的滲透率)被鉆。井眼壓力超過完整性l-2ppg。在鉆前兩個(gè)井的每一個(gè)的期間，少 量濾失事件短暫地發(fā)生，但是井眼充滿，并且立刻重建循環(huán)。進(jìn)行小的調(diào)整，并 目.在第三或第四口井中沒有濾失發(fā)生。在每種情況下，DSF保持井眼壓力高于1 ppg，這在衰竭壓裂梯度之上。超過95%的衰竭層段鉆井沒有濾失。
這四口試驗(yàn)井鉆過非常低滲透率地層，在那里認(rèn)為條件最不利于DSF方法 成功，但是濾失是最小的。為了表明在該低滲透性地帶中裂縫產(chǎn)生并且保持增加 應(yīng)力，裂縫識別測井在鉆井中的兩口上進(jìn)行。圖17示出一口井測井的截面。裂縫 180貫穿低滲透率地層，并且表明在鉆井期間地層的完整性被超過。700ft的總層 段中，350英尺裂縫。因?yàn)樵诘孛嫔蠜]有檢測到顯著的濾失量，所以在損失變?yōu)轱@ 著的之前，裂縫增長被停止。盡管本公開已經(jīng)詳細(xì)地描述，但是應(yīng)該理解可以對其進(jìn)行多種變化、代替 和改變，而沒有背離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.在地下巖層中鉆井眼的方法，所述方法包括確定地層中井筒的井筒壁中的裂縫寬度；制備鉆井液，所述鉆井液包含攜帶液中按體積計(jì)至少大約10％的初始固體內(nèi)含物，其中選擇所述固體內(nèi)含物和所述攜帶液，以便攜帶液初濾失量被提高，在所述裂縫中所述鉆井液的固體內(nèi)含物濃縮為不動(dòng)物質(zhì)；其中所述固體具有至少部分基于確定的裂縫寬度而選擇的大小分布；并且其中至少50％的所述固體具有所述確定的裂縫寬度以下的大??；和使用所述鉆井液將所述井筒鉆入所述地層中。
2. 權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定的裂縫寬度是估計(jì)的將在計(jì)劃鉆井作業(yè)期間形成的裂縫的寬度。
3. 權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一些所述固體具有被選擇以適合在所述裂縫內(nèi)并且與至少一個(gè)裂縫面相互作用以防止在所述裂縫中移動(dòng)的大小。
4. 權(quán)利要求1所述的方法，其中所述不動(dòng)物質(zhì)在所述裂縫中形成而不中斷鉆所述井筒。
5. 權(quán)利要求1所述的方法，其中施加在所述不動(dòng)物質(zhì)上的壓力加寬所述不動(dòng)物質(zhì)井筒側(cè)的裂縫，增加鄰近所述裂縫的地層裂縫閉合應(yīng)力。
6. 權(quán)利要求5所述的方法，其中所述裂縫閉合應(yīng)力增加而沒有中斷鉆所述井筒。
7. 在地下巖層中鉆井眼的方法，其包括(a) 制備鉆井液，所述鉆井液具有的API初濾失量在大約10ml以上并且包含在攜帶液中的按體積計(jì)至少10%的顆粒處理材料，其中所述顆粒處理材料響應(yīng)于高攜帶液濾失而濃縮，從而在鉆井眼時(shí)形成的裂縫中形成不動(dòng)物質(zhì)；和(b) 當(dāng)在地層中鉆井時(shí)在所述井眼中循環(huán)所述鉆井液。
8. 權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括從所述井眼生產(chǎn)烴。
9. 權(quán)利要求7所述的方法，其中所述鉆井液的所述API初濾失量在15 ml以上。
10. 權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括在所述井眼中的所述裂縫處施加至少與第一壓裂梯度一樣大的壓力梯度。
11. 權(quán)利要求IO所述的方法，其中所述地層包括至少一個(gè)具有地層完整性的區(qū)域， 其屮所述第一壓裂梯度相應(yīng)于所述裂縫的鄰近區(qū)域中的地層完整性，并且其中在 所述裂縫處施加至少與所述第一壓裂梯度一樣大的壓力梯度加寬所述裂縫，增加 鄰近所述裂縫的裂縫閉合應(yīng)力。
12. 權(quán)利要求11所述的方法，其中所述井眼中的所述壓力梯度被增加到至少與第 二壓裂梯度一樣大的壓力梯度，所述第二壓裂梯度相應(yīng)于在與所述裂縫間隔的區(qū) 域中地層的確定的地層完整性。
13. 權(quán)利要求IO所述的方法，進(jìn)一歩包括在地表施加壓力，以便在所述井眼中施加增加的壓力梯度。
14. 權(quán)利要求IO所述的方法，進(jìn)一歩包括在所述裂縫下方用具有選擇來施加期望 J玉裂梯度的當(dāng)量循環(huán)密度的流體繼續(xù)鉆井。
15.權(quán)利要求7所述的方法，其中根據(jù)大小分布選擇所述顆粒處理材料，以最大化 在所述不動(dòng)物質(zhì)形成時(shí)通過所述不動(dòng)物質(zhì)的攜帶液的初濾失量。
16. 權(quán)利要求7所述的方法，其中根據(jù)密度選擇所述顆粒處理材料，以形成對于給 定的期望流體密度具有按體積計(jì)最大總百分比固體的鉆井液。
17. 權(quán)利要求7所述的方法，其中所述顆粒處理材料包括重晶石顆粒，并且其中選 擇所述重晶石顆粒以具有大約30微米以上的顆粒大小。
18. 權(quán)利要求7所述的方法，其中所述顆粒處理材料包括可滲透介質(zhì)。
19. 權(quán)利要求18所述的方法，其中所述可滲透介質(zhì)包括硅藻土、微米管、納米管、 微米管組合物、納米管組合物和纖維膜組合物的至少一個(gè)。
20. 權(quán)利要求7所述的方法，其中所述鉆井液包含作為懸浮劑的綠坡縷石。
21. 權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括在所述地層中鉆井期間監(jiān)測轉(zhuǎn)矩。
22. 權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括將井底組件(BHA)置于所述井眼中，所 述井底組件在鉆頭上方具有至少一個(gè)穩(wěn)定器；混合API濾失量在大約6 ml/30 min 以下的鉆井液的鉆井和密封(D&S)丸；以及當(dāng)轉(zhuǎn)矩監(jiān)測顯示所述井底組件上的轉(zhuǎn)矩大于預(yù)定可接受的轉(zhuǎn)矩時(shí)，在所述井眼中循環(huán)所述丸同時(shí)旋轉(zhuǎn)所述至少一個(gè)穩(wěn)定 器。
23. 權(quán)利要求22所述的方法，其中所述D&S丸包含阻塞固體，選擇所述阻塞固體 以具有阻塞所述地層的孔喉的平均顆粒大小。
24. 權(quán)利要求22所述的方法，其中所述D&S丸包含阻塞固休，加入所述阻塞固體 至濃度為20磅/桶(ppb)以上。
25. 與從地下巖層生產(chǎn)烴相關(guān)的方法，所述方法包括制備鉆井液，所述鉆井液包含攜帶液中按體積計(jì)至少大約10%的初始固體內(nèi)含物， 其中所述固體內(nèi)含物基本上由大約30微米以上的基本上不可滲透的顆粒和任 何大小的可滲透顆粒組成，并且其中至少大約50%的固體的大小在預(yù)期在鉆 井作業(yè)期間形成的裂縫的設(shè)計(jì)寬度以下；和在地層中鉆井眼，同時(shí)在所述井眼中循環(huán)所述鉆井液。
26. 權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一歩包括從所述井眼生產(chǎn)烴。
27. 與從地下巖層生產(chǎn)烴相關(guān)的方法，所述方法包括制備鉆井液，所述鉆井液包含攜帶液中按體積計(jì)至少大約10%的初始固體內(nèi)含物；從所述鉆井液除去至少基本上所有大小小于30微米的非內(nèi)部可滲透的顆粒；和當(dāng)鉆井時(shí)，在井眼中循環(huán)所述鉆井液。
28. 權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括從所述井眼生產(chǎn)烴。
29. 用于在地下巖層中鉆井眼以生產(chǎn)烴的鉆井液，所述鉆井液包括 攜帶液；和固體，所述固體在所述攜帶液中的量是按體積計(jì)至少10%;其中至少大約50%的 所述固體的大小在預(yù)期在鉆井作業(yè)期間形成的裂縫的設(shè)計(jì)寬度以下；并且其中 至少部分地基于所述裂縫的所述設(shè)計(jì)寬度選擇具有大小分布的所述固體。
30. 權(quán)利要求29所述的鉆井液，其中所述固體包括可滲透顆粒。
31. 權(quán)利要求29所述的鉆井液，其中所述固體基本上不包括小于30微米的不可滲 透的顆粒。
32. 權(quán)利要求29所述的鉆井液，其中選擇所述攜帶液和所述固體，以提供API初濾失量在大約10 ml以上的鉆井液。
33. 權(quán)利要求29所述的鉆井液，其中根據(jù)大小分布選擇所述固體，以最大化在不 動(dòng)物質(zhì)在所述裂縫中形成時(shí)通過所述不動(dòng)物質(zhì)的攜帶液的初濾失量。
34. 權(quán)利要求29所述的鉆井液，其中根據(jù)密度選擇所述固體，以形成對于給定的 期望流體密度具有按體積計(jì)最大總百分比固體的鉆井液。
35. 設(shè)計(jì)鉆井液以限制在鉆井期間循環(huán)液漏失到裂縫的方法，所述方法包括a) 選擇鈷井液，所述鉆井液包含攜帶液和固體，其中所述固體具有有效粒徑和充 填效率；b) 模擬if劃的鉆井作業(yè)期間的組合的流體流和固體流，其中所述模擬被構(gòu)建以預(yù) 測在鈷井筒期間模擬和預(yù)計(jì)形成的裂縫中的壓降，其為下述中一個(gè)或多個(gè)的函數(shù)l)所述固體的充填效率；2)所述固體的有效粒徑；3)被鉆井筒的地層的有效 基巖滲透率；4)所述攜帶液的一個(gè)或多個(gè)流體特性；5)鉆井作業(yè)期間預(yù)期的井 筒壓力；和6)固體間相互作用性質(zhì)；和c) 重復(fù)(a)和(b)，在每次重復(fù)中改變所述鉆井液的一個(gè)或多個(gè)方面，直到該模型預(yù)測出目標(biāo)裂縫壓降以確定設(shè)計(jì)的鉆井液組成。
36. 權(quán)利要求35所述的方法，其中所述模擬預(yù)測所述裂縫中的所述壓降，所述壓 降為所述裂縫形成后的時(shí)間和與所模擬裂縫末端的距離的函數(shù)。
37. 權(quán)利要求35所述的方法，其中所述模擬進(jìn)一步預(yù)測所述模擬的裂縫中的流體 體積分?jǐn)?shù)，所述流體體積分?jǐn)?shù)為在所述裂縫形成后的時(shí)間和與所模擬裂縫末端的 距離的函數(shù)。
38. 權(quán)利要求35所述的方法，其中所述模型被進(jìn)一步構(gòu)建以表征導(dǎo)致壓降的濾失 量，該濾失量為通過裂縫面漏失或通過末端漏失損失的流體的一部分。
39. 權(quán)利要求35所述的方法，其中重復(fù)(a)和(b)改變所述鉆井液的一個(gè)或多個(gè)方面 至少部分基于濾失模式表征和預(yù)測的壓降。
40. 設(shè)計(jì)鉆井液以限制在鉆并期間循環(huán)液漏失到裂縫的方法，所述方法包括 至少部分基于選自下列的一個(gè)或多個(gè)因素，確定攜帶液攜帶進(jìn)入裂縫中的固體的目標(biāo)充填效率l)進(jìn)行鉆井作業(yè)的地層的有效滲透率；2)所述固體的有效粒徑; 3)所述裂縫的設(shè)計(jì)裂縫寬度；4)所述固體的滲透率；5)所述攜帶液的一個(gè)或多 個(gè)流體特性；6)在鉆井作業(yè)期間預(yù)期的井筒壓力；和7)固體間相互作用性質(zhì);禾口鑒定所述攜帶液攜帶的固體的一個(gè)或多個(gè)特征以提供所述目標(biāo)充填效率，其中所 述一個(gè)或多個(gè)鑒定特征選自l)顆粒大小的分布；2)有效粒徑；3)所述攜帶液 中固體的體積分?jǐn)?shù)；4)所述固體的滲透率；和5)所述固體的表面性質(zhì)。
41. 在地下巖層屮鉆井眼以生產(chǎn)烴的方法，所述方法包括 鑒定在鉆井作業(yè)期間鉆入井眼的地層的地層性質(zhì)；至少部分基于選自下列的一個(gè)或多個(gè)因素，確定攜帶液攜帶進(jìn)入裂縫中的固體的 目標(biāo)充填效率l)地層的有效滲透率；2)所述固體的有效粒徑；3)所述裂縫的 設(shè)計(jì)裂縫寬度；4)所述固體的滲透率；5)所述攜帶液的一個(gè)或多個(gè)流體特性； 6)在鉆井作業(yè)期間預(yù)期的井筒壓力；和7)固體間相互作用性質(zhì)； 鑒定包括所述攜帶液攜帶的固體的鉆井液的一個(gè)或多個(gè)特征以提供所述目標(biāo)充填 效率，其中所述一個(gè)或多個(gè)鑒定特征選自l)顆粒大小的分布；2)有效粒徑； 3)所述攜帶液中固體的體積分?jǐn)?shù)；4)所述固體的滲透率；和5)所述固體的表面 性質(zhì)；提供包含所述攜帶液和所述固體的鉆井液，其中所述鉆井液具有所述鑒定特征中 的至少一個(gè)；禾口用所述鉆井液將所述井眼鉆進(jìn)所述地層中。
42. 從地下巖層產(chǎn)生烴的方法，所述方法包括 鑒定在鉆井作業(yè)期間鉆入井眼的地層的地層性質(zhì)；至少部分基于選自下列的一個(gè)或多個(gè)因素，確定攜帶液攜帶進(jìn)入裂縫中的固體的目標(biāo)充填效率l)地層的有效滲透率；2)所述固體的有效粒徑；3)所述裂縫的 設(shè)計(jì)裂縫寬度；4)所述固體的滲透率；5)所述攜帶液的一個(gè)或多個(gè)流體特性； 6)在鉆井作業(yè)期間預(yù)期的井筒壓力；和7)固體間相互作用性質(zhì)； 鑒定包括所述攜帶液攜帶的固體的鉆井液的一個(gè)或多個(gè)特征以提供所述目標(biāo)充填 效率，其中所述一個(gè)或多個(gè)鑒定特征選自l)顆粒大小的分布；2)有效粒徑； 3)所述攜帶液中固體的體積分?jǐn)?shù)；4)所述固體的滲透率；和5)所述固體的表面 性質(zhì)；提供包含所述攜帶液和所述固體的鉆井液，其中所述鉆井液具有所述鑒定特征中 的至少一個(gè)；用所述鉆井液將所述井眼鉆進(jìn)所述地層中； 從所述井眼生產(chǎn)烴。
43. 設(shè)計(jì)鉆井液以限制在鉆井期間循環(huán)液漏失到裂縫的方法，所述方法包括a)選擇模擬的鉆井液，所述模擬的鉆井液包括模擬的攜帶液和模擬的固體，其中所述模擬的固體具有有效粒徑；b)模擬計(jì)劃的鉆井作業(yè)期間的組合的流體流和固體流，其中該模型被構(gòu)建以表征 到所述裂縫的濾失量，該濾失量為通過裂縫面漏失或通過末端漏失損失的流體的 一部分，其中所述表征至少部分基于下述中一個(gè)或多個(gè)l)有效基巖滲透率；2) 模擬固體的有效粒徑；3)設(shè)計(jì)裂縫寬度；4)所述裂縫中所述模擬固體的充填效率； 5)所述攜帶液的一個(gè)或多個(gè)流體特性；和6)鉆井作業(yè)期間預(yù)期的井筒壓力；和7) 固體間相互作用性質(zhì)；C)重復(fù)(a)和(b),改變所述有效基巖滲透率，同時(shí)保持恒定的模擬鉆井液組成，以 確定在具有至少兩種不同滲透率的裂縫中給定模擬鉆井液的漏失特征；d) 重復(fù)(a)-(c)，改變所述模擬的鉆井液組成，以確定在具有至少兩種不同滲透率的裂縫中至少兩種模擬的鉆井液組成的漏失特征；和e) 鑒定將被鉆井眼的地層，其中所述地層具有地層滲透率；和f) 選擇鉆井?dāng)y帶液和鉆井固體以用于鉆入所述地層中，其中所述鉆井?dāng)y帶液和所 述鉆井固體的至少一種至少部分地基于在具有至少兩種不同滲透率的裂縫中至少 兩種模擬的鉆井液組成的模擬漏失特征進(jìn)行選擇。
44. 在地下巖層鉆井眼的方法，該地層具有最初壓裂梯度，所述方法包括 確定所述地層的所述最初壓裂梯度； 選擇所述地層中期望的壓裂梯度確定所述井眼處裂縫寬度，以在所述地層中產(chǎn)生所述期望的壓裂梯度； 制備在所述地層中具有預(yù)測濾失量和在攜帶液的流體中具有初始固體內(nèi)含物的鉆 井液，選擇所述固體特征和攜帶液設(shè)計(jì)，以便增強(qiáng)攜帶液濾失以增加所述攜 帶液中的固體內(nèi)含物，以便在所述裂縫中由所述攜帶液中的固體內(nèi)含物形成 不動(dòng)物質(zhì)其中所述固體具有至少部分基于確定的裂縫寬度選擇的大小分布， 以便產(chǎn)生顆粒阻力和沿所述裂縫向下位移的阻力；和 使用所述鉆井液將所述井眼鉆進(jìn)所述地層中。
45. 權(quán)利要求44所述的方法，進(jìn)一步包括測量鉆所述井眼期間的轉(zhuǎn)矩，混合丸和 將所述丸跨過所述地層放置，以減少向所述地層的濾失量，和在放置所述丸后， 移動(dòng)穩(wěn)定器跨過所述地層。
46. 權(quán)利要求44所述的方法，其中所述期望的壓裂梯度連續(xù)增加，而沒有中斷鉆 所述井眼。
47. 在地下巖層鉆井眼的方法，包括(a) 選擇所述井眼處地層的第一期望井筒壓裂梯度；(b) 確定所述井眼處引起從最初壓裂梯度增加到所述第一期望井筒壓裂梯度的水力壓裂預(yù)測寬度；(c) 制備API初濾失量在大約10 ml/30 min以上并且包含按體積計(jì)至少10%顆粒處 理材料的鉆井液，其中至少50%的顆粒物質(zhì)的大小在所述水力壓裂預(yù)測寬度以下； 和(d) 當(dāng)在所述地層中鉆井時(shí)，在所述井筒中循環(huán)所述鉆井液。
48. 權(quán)利要求47所述的方法，其中所述鉆井液的API初濾失量在15 ml以上。
49. 權(quán)利要求47所述的方法，進(jìn)一歩包括在所述地層在所述鉆井液中施加至少與 第二期望壓裂梯度一樣大的流體壓力梯度。
50. 權(quán)利要求47所述的方法，進(jìn)一歩包括中斷在所述井筒中循環(huán)所述鉆井液，和 在地表施加壓力以便在所述地層在所述鉆井液中施加流體壓力梯度，所述流體壓 力梯度至少與第二期望壓裂梯度一樣大。
51. 權(quán)利要求49所述的方法，進(jìn)一步包括在所述地層下方用具有施加所述第二期 望壓裂梯度的當(dāng)量循環(huán)密度的流體繼續(xù)鉆井。
52. 權(quán)利要求47所述的方法，其中至少部分基于大小分布選擇所述顆粒處理材料， 以使攜帶液最大流過所述不動(dòng)物質(zhì)。
53. 權(quán)利要求47所述的方法，其中至少部分基于密度選擇所述顆粒處理材料，以 形成對于期望的流體密度按體積計(jì)最大總百分比固體的鉆井液。
54. 權(quán)利要求47所述的方法，其中所述顆粒處理材料包括重晶石顆粒，并且選擇 所述重晶石顆粒以具有大約30微米以上的顆粒大小。
55. 權(quán)利要求47所述的方法，其中所述鉆井液包含作為懸浮劑的綠坡縷石。
56. 權(quán)利要求47所述的方法，進(jìn)一步包括在所述地層中鉆井期間監(jiān)測轉(zhuǎn)矩。
57. 權(quán)利要求47所述的方法，進(jìn)一步包括將井底組件(BHA)置于所述井中，所述 井底組件在鉆頭上方具有至少一個(gè)穩(wěn)定器；混合API濾失量在大約6 ml/30 min以 下的鉆井液的鉆井和密封(D&S)丸；和在所述地層上循環(huán)所述丸同時(shí)在所述地層上 旋轉(zhuǎn)所述至少一個(gè)穩(wěn)定器。
58. 權(quán)利要求57所述的方法，其中所述D&S丸在所述地層上循環(huán)至少大約10分鐘的時(shí)間。
59. 權(quán)利要求57所述的方法，其中所述D&S丸包含阻塞固體，選擇所述阻塞固體 以具有阻塞所述地層的孔喉的平均顆粒大小。
60. 權(quán)利要求57所述的方法，其中所述D&S丸包含阻塞固體，加入所述阻塞固體 至濃度為20磅/桶(ppb)以上。
61. 權(quán)利要求47所述的方法，其中使用有限元模型計(jì)算在所述井筒處所述水力壓 裂預(yù)測寬度，以預(yù)測巖石變形和應(yīng)力。
62. 在地下巖層鉆井眼的方法，所述地下巖層具有水力壓裂，所述方法包括(a) 制備鉆井液，所述鉆井液的API初濾失量在大約10ml以上并且包含按體積計(jì) 節(jié)少10%顆粒處理材料，其中至少50%的顆粒物質(zhì)的大小在所述水力壓裂的設(shè)計(jì) 寬度以下；(b) 制備鉆柱，所述鉆柱具有至少一個(gè)穩(wěn)定器和下端；(c) 用所述鉆柱鉆所述井眼，并且當(dāng)鉆井時(shí)在所述井眼中循環(huán)所述鉆井液；(d) 監(jiān)測用所述鉆柱鉆井期間的轉(zhuǎn)矩；和(e) 當(dāng)達(dá)到選擇的轉(zhuǎn)矩時(shí)，在所述地層上循環(huán)丸同時(shí)在所述井眼中移動(dòng)所述穩(wěn)定 器，所述丸具有6ml/30min以下的API濾失量。
63. 權(quán)利要求62所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟(f) 將所述鉆柱的所述下端移動(dòng)到所述地下巖層上方，并循環(huán)所述鉆井液選擇的時(shí) 間；(g) 移動(dòng)所述鉆柱的所述下端到所述地層下方；(h) 監(jiān)測第二轉(zhuǎn)矩；禾卩(i) 繼續(xù)鉆井或重復(fù)步驟(d)到(h)，這取決于所述第二轉(zhuǎn)矩。
64. 權(quán)利要求62所述的方法，其中所述丸包含至少每桶IO磅的阻塞固體。
65. 權(quán)利要求64所述的方法，其中基于估計(jì)的所述地下巖層的孔喉大小選擇所述 阻塞固體。
全文摘要
提供鉆井方法和當(dāng)鉆井時(shí)連續(xù)處理循環(huán)液漏失的方法。使用高濾失量鉆井液，以及在水力壓裂中形成不動(dòng)物質(zhì)以防止水力壓裂增長的顆粒材料。該顆粒材料可基于水力壓裂的預(yù)測尺寸、基于最小化細(xì)粒的顆粒大小、基于對選定的流體密度獲得高固體含量的比重和/或基于獲得高初濾失量的顆粒的滲透性進(jìn)行選擇。
文檔編號C09K8/02GK101688109SQ200880022160
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月26日
發(fā)明者C·R·阿法勒, F·E·迪普里斯特, M·V·史密斯, S·C·蔡林格 申請人:埃克森美孚上游研究公司