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申请/专利权人：中国石油大学(华东)

摘要：本发明公开了一种基于位错理论和双孔隙介质模型提高钻井液裂缝堵漏率的方法，包括，即将裂缝视为基质中的不连续面，裂缝扩展视为断裂面上质点的平移，裂缝扩展的临界压力即为应力强度因子，控制裂缝尖端附近的应力场和位移场，从而影响裂缝扩展规律；同时，引入双孔隙介质流动模型，发育裂缝的地层可视为双孔隙介质，两种介质分别为地层基质和裂缝中填充的封堵材料，流体从裂缝漏失到基质中，流动过程中，裂缝内的流体压力处于变化状态，远离裂缝的地层基质没有与裂缝发生流体转移。通过计算得出的漏失裂缝宽度及漏失压力，能够为钻井堵漏作业中的堵漏材料设计和方法选择提供判断依据，提高作业效率和成功率，节约施工成本。

主权项：1.一种基于位错理论和双孔隙介质模型提高钻井液裂缝堵漏率的方法，其特征在于：包括，建立井筒及其临近裂缝的力学模型：井筒压力Pw高于破裂压力，则会在井筒附近产生两条轴对称的诱导裂缝，沿裂缝的净压力是完整井筒周围的切向应力分量和沿破碎井筒裂缝表面分布的应力的叠加，表达式如下式： 其中，σθθ表示井筒切向应力，σH和σh分别为最大水平应力和最小水平应力，θ表示裂缝与最大水平应力的夹角，R为井筒半径，r为距井筒中心的距离，pw为井筒内压力；当存在两条轴对称裂缝时，根据复函数的势，断裂面应力分布如下式： 其中，表示断裂面的应力分布，R为井筒半径，b为裂缝尖端位置，fξ为确定裂缝宽度分布和裂缝尖端应力强度因子的位错分布函数，ξ为各位错尖端的位置，x为应力场的位置；裂缝口最大开度的补充条件，如下式：fR＝04沿断裂面的牵引力可以表示为，如下式： 其中，E'为平面应变弹性模量，E'＝2G1-v，v为泊松比，G为剪切模量，表示断裂面的应力分布，σθθ表示井筒切向应力，pf为裂缝内流体压力；根据切比雪夫多项式的性质，由式2、式3、式4和式5，将积分区间从[a、b]变换为[-1、1]，构造方程组如下： 归一化处理： 式中，表示断裂面的应力分布，R为井筒半径，b为裂缝尖端位置，m为常数，ξ为各位错尖端的位置，tk为ξ的归一化处理之后的值，x为计算出的应力场的位置，yr为x经过归一化处理之后的值，通过同时求解式6、式7和式8，可以得到分布函数ftk；使用基于位错理论的半解析模型将裂缝宽度表示为： 式中，R为井筒半径，ftk为位错分布函数，v为泊松比，b为裂缝尖端位置，m为常数，tk为位错尖端位置ξ经过归一化处理之后的值，W表示裂缝宽度；应力强度因子表示为： 式中，R为井筒半径，m为常数，E'为平面应变弹性模量，ftk为位错分布函数，tk为位错尖端位置ξ经过归一化处理之后的值，b为裂缝尖端位置，KI表示裂缝应力强度因子；确定输入参数的参数集，包括，基质孔隙度φm、基质孔隙压力pm、流体粘度μ、流体体积模量Kw、流体体积压缩系数Cbf、基质渗透率Km、滤失系数ω、堵漏材料渗透率kf、基质弹性模量Km、堵漏材料孔隙度φf、初始孔隙压力p0、裂缝长度L，井筒压力pw和时间t；输入参数集中的参数，构建双孔隙介质模型，包括，通过商业有限元软件COMSOLMultiphysics，输入参数，构建双孔隙介质模型，添加流动控制方程，设置边界条件，进行网格划分设置，配置求解模式，进行求解计算，得到裂缝内流体压力pf分布数据；通过对井筒及其临近裂缝的力学模型进行编写程序代码，将得到的pf分布数据导入，运行程序，计算得到裂缝宽度、裂缝强度因子；通过修改井筒压力参数，得到不同井筒压力pw下的裂缝强度因子KI；将所得KI和pw数据导入，绘制KI与pw的关系图，导入目标地层的韧性系数KIC常数，KIC与KI交点所对应的pw值即为目标地层在该韧性系数下的漏失压力；通过钻井过程中裂缝宽度和漏失压力的计算和即时预测，提高裂缝性漏失的一次堵漏成功率。

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