钻井液侵入的数值模拟与实验研究

【摘要】本研究通过物理模拟来验证数值模拟，证实在钻井液动态侵入条件下，地层电阻率与地层参数、流体性质以及测井时间有关；储层物性越好受到泥浆固相颗粒的污染越严重，滤液侵入越浅；储层含水饱和度越高，滤液侵入速度越快。通过对钻井液侵入数值模拟和物理模拟的结合研究，开展钻井液侵入对储层电阻率测井响应变化规律的探索。

【关键词】钻井液 侵入时间 电阻率变化 侵入地层

钻井过程中，泥浆滤液在压力差的作用下将向渗透性和孔隙性地层中侵入，将改变原状地层的电阻率。研究钻井液的侵入过程，可以评价储层流体的移动情况，求解地层物性参数、确定地层饱和度、电阻率的分布，为测井分析技术提供计算和解释依据。

然而，由于储层的各向异性以及泥浆微粒对储层孔隙的堵塞使得电阻率在径向分布十分复杂。侵入过程的传统研究方法是基于活塞式驱替，即阶跃模型。然而，实际的侵入过程要复杂得多，饱和度、电阻率等地层参数在侵入过程中的变化并非像阶跃模型所描述的那样发生突变，而应该是一个渐变的过程。因此，进行钻井全过程钻井液侵入岩芯模拟实验研究尤为重要。本文通过对钻井液侵入的数值模拟和物理模拟，可直接评价污染油气层的深度和程度，对油、气、水层的测井解释和评价具有重要的意义。

1 数值模拟

1.1 油水两相渗流方程

先以油水两相渗流为例介绍隐式压力显式饱和度方法。在油田注水开发保持压力开采的过程中，如无游离气析出，则原油饱和压力将基本保持原始饱和度压力的数值，以至可以认为饱和压力是一个常数，从而可以不考虑饱和压力对原油性质的影响。建立的模型就是基于达西渗流这样的基础上。首先介绍二维两相渗流方程，求出压力。

这里wC表示水的矿化度。

上述方程（1）、（2）和（3）分别代表钻井液侵入储层的两个过程，即驱替过程和混合过程。那么模型的求解首先是由油水两相渗流方程压力方程（1）、（2）解出岩芯各点的压力和岩芯各点的含水饱和度，接着把岩芯各点的压力和含水饱和度带入扩散方程（3）求出岩芯各点的水矿化度。利用经验公式求出各点的地层水电阻率，最后把各个参数代入阿尔奇公式得出岩心各点的电阻率。

2 数值模拟和实验结果对比

图1和图2中的r代表岩芯从左到右的各个节点，纵坐标是电阻变化率，横坐标代表侵入时间。从中可以看出，模拟的结果和实验的结果有很好的一致性；岩芯左端（驱替端）电阻先开始变化，而且比较早地处于平衡状态；岩芯右端的节点在侵入一段时间后电阻才开始变化，而且平衡所用时间很长。由此可以看出，侵入后储层冲洗带、过渡带、原状地层的电阻率不是突变，而是渐变的过程，并且与钻井液性质、地层物性、侵入时间有关。

3 结论

本研究结合物理模拟和数值模拟得出以下4点结论：

（1）在钻井过程中，对于高孔储层，颗粒通过表面沉淀等，很快会在井壁形成内、外泥饼，而泥饼的渗透率远小于储层的渗透率，这样减小了侵入的影响，所以在相同条件下高孔储层的侵入距离比较浅。低孔储层的侵入距离比较远，污染比较严重。

（2）储层初始含水饱和度越高，侵入速度越快，相同时间内，侵入越深。

参考文献

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