范宜仁，巫振觀，吳飛，吳俊晨，王磊

（1. 中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580；2. 海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071；3. 中國(guó)石油大學(xué)（華東）CNPC測(cè)井重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266580；4. 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司，江蘇蘇州 215163）

地層模塊尺度鉆井液侵入模擬與儲(chǔ)集層電阻率剖面特征

范宜仁1,2,3，巫振觀1,2,3，吳飛4，吳俊晨1,2,3，王磊1,2,3

（1. 中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580；2. 海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071；3. 中國(guó)石油大學(xué)（華東）CNPC測(cè)井重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266580；4. 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司，江蘇蘇州 215163）

針對(duì)鉆井液動(dòng)態(tài)侵入，基于鉆井液侵入數(shù)值模擬，確定實(shí)驗(yàn)室模型參數(shù)，研制鉆井液侵入物理模擬系統(tǒng)，模擬原狀地層條件下鉆井液侵入規(guī)律。首先開(kāi)展了砂巖地層鉆井液侵入實(shí)驗(yàn)，測(cè)量巖石模塊徑向電阻率變化，獲取不同侵入時(shí)刻泥餅，并提出了泥餅孔隙度和滲透率隨侵入時(shí)間變化模型；然后將物理模擬與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比標(biāo)定，開(kāi)展地層條件下鉆井液侵入規(guī)律分析。結(jié)果表明：鉆井液侵入開(kāi)始后泥餅快速形成，其孔隙度和滲透率迅速降低，一定時(shí)間后鉆井液侵入主要受泥餅控制，泥餅參數(shù)隨侵入時(shí)間變化模型可以很好地反映泥餅參數(shù)在侵入過(guò)程中的變化，鉆井液侵入情況下儲(chǔ)集層電阻率剖面特征受地層巖石物性、泥餅參數(shù)及地層水礦化度等多種因素共同影響。圖11表2參20

鉆井液侵入；物理模擬；數(shù)值模擬；泥餅；電阻率；孔隙度；滲透率

0 引言

在過(guò)平衡鉆井的過(guò)程中，鉆井液在井眼內(nèi)外壓力差作用下侵入滲透性地層，導(dǎo)致近井眼地層流體性質(zhì)發(fā)生變化，給儲(chǔ)集層測(cè)井解釋評(píng)價(jià)造成困難。與此同時(shí)，鉆井液固相顆粒在井壁沉淀、附著形成低滲透的泥餅[1]，從而減少井眼鉆井液濾失，僅有少量濾液可通過(guò)泥餅驅(qū)替地層流體，這為利用測(cè)井方法探測(cè)原始地層信息提供了可能。近幾十年來(lái)，對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行鉆井液侵入校正，以提取地層真實(shí)信息方面開(kāi)展了大量研究。

早期研究中，人們關(guān)注鉆井液的濾失問(wèn)題，將巖心實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)合[2]，充分考慮鉆井液組成、鉆井液中固相含量等因素[3-7]，分析鉆井液動(dòng)態(tài)濾失過(guò)程及泥餅性能變化。為提高電測(cè)井解釋精度，人們進(jìn)一步研究鉆井液侵入地層的徑向?qū)щ娞卣鱗8]；在實(shí)驗(yàn)結(jié)果及泥餅生成模型的基礎(chǔ)上，分析了侵入過(guò)程中徑向上的含水飽和度及電性變化規(guī)律[9-11]。當(dāng)滲透層厚度較大時(shí)，充分考慮重力作用，進(jìn)行鉆井液侵入二維數(shù)值模擬[12-13]。經(jīng)過(guò)大量數(shù)值和物理模擬，人們對(duì)鉆井液侵入及泥餅形成有了一定認(rèn)識(shí)，但目前鉆井液侵入實(shí)驗(yàn)多采用柱塞樣樣品，與實(shí)際鉆井液侵入環(huán)境相比仍有差別。因此，研制地層模塊尺度鉆井液侵入物理模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)侵入全過(guò)程監(jiān)測(cè)，研究不同侵入階段泥餅性質(zhì)[14]，對(duì)于揭示鉆井液侵入規(guī)律及電測(cè)井模型構(gòu)建、解釋均有重要意義[15-18]。本文采用數(shù)值模擬與物理模擬相結(jié)合的方法[19]，綜合研究泥餅形成規(guī)律及儲(chǔ)集層徑向電阻率剖面特征，首先，基于數(shù)值模擬優(yōu)化確定物理模擬系統(tǒng)地層模型尺寸，然后利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果相互對(duì)比驗(yàn)證，確定泥餅滲透率等重要參數(shù)，最后模擬研究原狀地層條件下鉆井液侵入規(guī)律。通過(guò)分析鉆井液侵入過(guò)程中徑向上地層電阻率變化，確定徑向電阻率剖面，可為電測(cè)井模型構(gòu)建及數(shù)值模擬提供參考，同時(shí)為儲(chǔ)集層測(cè)井解釋模型建立、電測(cè)井侵入校正提供理論支持。

1 鉆井液侵入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立

鉆井液侵入過(guò)程受多種因素影響，基于兩相滲流及離子對(duì)流擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行鉆井液侵入數(shù)值模擬，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室地層模型尺寸，建立地層模塊尺度鉆井液侵入物理模擬系統(tǒng)，獲取不同侵入時(shí)刻泥餅，并針對(duì)其硬度小等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)泥餅參數(shù)測(cè)量方案。

1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

受工藝及成本等限制，傳統(tǒng)鉆井液侵入實(shí)驗(yàn)采用柱塞樣樣品進(jìn)行泥餅形成規(guī)律、鉆井液濾失及徑向電阻率變化等實(shí)驗(yàn)研究。但實(shí)際井眼環(huán)境下，鉆井液濾液侵入地層為平面徑向滲流，而柱塞樣巖心實(shí)驗(yàn)中則為水平線性滲流，因此采用扇形設(shè)計(jì)的巖樣模型研究泥餅形成規(guī)律更符合實(shí)際情況。另一方面，柱塞樣樣品尺寸偏小，壓力在巖心中迅速降低，與地層徑向延伸相比有較大差異，也無(wú)法直觀觀測(cè)鉆井液侵入過(guò)程中徑向剖面變化；若采用多塊巖心連接，又難以保證接觸面的完全耦合。為此，本文設(shè)計(jì)地層模塊尺度的扇形超大巖樣侵入模擬系統(tǒng)，最大程度模擬真實(shí)地層條件，揭示鉆井液侵入規(guī)律。

圖 1為研制的地層模塊尺度鉆井液侵入物理模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括：井筒模塊、地層模塊、測(cè)量模塊及處理模塊。井筒模塊由鉆井液循環(huán)系統(tǒng)和壓力維持系統(tǒng)組成，井筒內(nèi)部攪拌機(jī)持續(xù)工作保證鉆井液均勻，恒壓泵維持井內(nèi)壓力恒定并及時(shí)補(bǔ)充鉆井液；對(duì)采集的巖石樣品進(jìn)行精加工，打造成扇形模塊并置于巖樣室，組成地層模塊；測(cè)量模塊包括巖樣電阻率、驅(qū)替流量等參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，以及泥餅滲透率、孔隙度的配套測(cè)量裝置；測(cè)量信號(hào)傳至數(shù)據(jù)采集裝置，最后利用操作系統(tǒng)及繪圖軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用地層模塊尺度的巖石樣品，更加接近實(shí)際地層，同時(shí)也可根據(jù)研究需要設(shè)置井眼壓力、鉆井液礦化度、巖石電阻率等參數(shù)。

圖1 鉆井液侵入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1.2 模型參數(shù)選取

為優(yōu)化巖石樣品尺寸，更好地模擬地層條件下的鉆井液侵入過(guò)程，基于數(shù)值模擬進(jìn)行巖樣尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)條件的確定。模型徑向半徑對(duì)侵入過(guò)程有較大影響，采用地層模塊尺度巖樣將更加接近實(shí)際地層侵入過(guò)程，但受加工工藝、成本等的限制，地層模塊尺度巖樣尺寸需通過(guò)數(shù)值模擬方法優(yōu)化。假設(shè)地層滲透率為30×10-3μm2，孔隙度為20%，含油飽和度為80%，殘余油飽和度為 20%，泥餅滲透率為 3.0×10-6μm2，井眼與地層壓力差為 0.5 MPa。根據(jù)兩相滲流方程及離子對(duì)流擴(kuò)散方程，可得到不同徑向位置處含水飽和度及礦化度，進(jìn)一步利用阿爾奇公式可求取地層電阻率。圖 2為不同侵入時(shí)間地層徑向含水飽和度和電阻率剖面，可以看出，在假設(shè)條件下，如需開(kāi)展不少于6 d的鉆井液侵入實(shí)驗(yàn)，并在侵入過(guò)程中觀察到明顯的電阻率變化，地層模型的徑向長(zhǎng)度至少需0.5 m，綜合考慮模型加工能力，確定模型徑向半徑0.57 m。

圖2 徑向含水飽和度及電阻率分布

實(shí)際鉆井液侵入過(guò)程中，泥餅形成過(guò)程中滲透率等參數(shù)是隨侵入時(shí)間變化的，因此，在徑向上布置采樣電極時(shí)，采取“近密外疏”的原則，即靠近井壁處電極間距較小，遠(yuǎn)離井壁處電極間距較大，以觀察侵入初期地層電阻率的迅速變化。

1.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立

圖1b為依據(jù)優(yōu)化的參數(shù)建立的鉆井液侵入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)共有 8個(gè)尺寸完全一致的侵入室，侵入室近井筒一端與井筒直接接觸，為鉆井液侵入進(jìn)口端；另一端通過(guò)閥門(mén)與大氣相連，為濾失液出口端，其中侵入室中砂巖模型尺寸如圖 3所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要適時(shí)關(guān)閉出口端閥門(mén)，使侵入室內(nèi)壓力與井筒壓力一致；終止侵入過(guò)程，從而獲得不同侵入階段的泥餅實(shí)物。不銹鋼模擬井筒的直徑為0.26 m，井筒兩側(cè)開(kāi)8個(gè)窗口，與地層模塊相連；模擬井筒內(nèi)布設(shè)壓力傳感器、溫度傳感器，用于井眼內(nèi)井筒壓力、鉆井液溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。圖 4為電阻率實(shí)時(shí)測(cè)量模塊示意圖，在侵入室的不同徑向深度上，布置8對(duì)電極（電極位置見(jiàn)表1），用于鉆井液侵入實(shí)時(shí)電阻率測(cè)量。

圖3 鉆井液侵入巖石模塊尺寸及實(shí)物照片

圖4 電阻率實(shí)時(shí)測(cè)量模塊

表1 電極布置位置表

1.4 泥餅參數(shù)測(cè)量

泥餅滲透率等參數(shù)是鉆井液侵入數(shù)值模擬的重要輸入?yún)?shù)，對(duì)鉆井液侵入過(guò)程影響很大；但由于泥餅硬度很小，導(dǎo)致難以應(yīng)用常規(guī)的氣體膨脹法測(cè)算孔隙度和滲透率，為此采用稱(chēng)重法測(cè)量泥餅孔隙度，采用自主研制的測(cè)量?jī)x進(jìn)行泥餅厚度和滲透率測(cè)量。

1.4.1 泥餅厚度

設(shè)計(jì)泥餅厚度測(cè)量裝置如圖 5所示，主要由深度千分尺、托板、基座組成。

圖5 泥餅厚度測(cè)量裝置

1.4.2 泥餅孔隙度

由于泥餅飽含水，可以采用稱(chēng)重法進(jìn)行泥餅孔隙度測(cè)量，泥餅孔隙度測(cè)量步驟如下：①用泥餅取樣器鉆取泥餅樣品，測(cè)量其濕重；②烘干泥餅，測(cè)量其干重；③由（1）式計(jì)算得到泥餅孔隙度。

1.4.3 泥餅滲透率

泥餅硬度小，在壓力作用下容易被破壞，無(wú)法使用常規(guī)氣測(cè)滲透率的方法進(jìn)行滲透率測(cè)量，為此專(zhuān)門(mén)研制了實(shí)驗(yàn)室泥餅滲透率測(cè)量裝置（見(jiàn)圖6）。參考泥餅形成環(huán)境，可以在測(cè)量時(shí)在泥餅低壓一端增加一個(gè)已知滲透率的高孔高滲砂巖巖心作為支撐；假設(shè)巖心柱直徑與泥餅樣相同，并且兩者耦合良好，則可通過(guò)以下方式確定泥餅滲透率。

圖6 泥餅滲透率測(cè)量裝置

首先測(cè)量砂巖巖心骨架滲透率，兩端壓力分別為p1和p2，則砂巖巖心骨架滲透率為：

將泥餅與砂巖骨架串聯(lián)，且整體兩端壓力差為（p1-p2），設(shè)泥餅和砂巖巖心耦合良好且接觸面處的壓力為p3，根據(jù)砂巖巖心柱壓力降，有：

泥餅滲透率為：

將（2）式、（3）式帶入（4）式得：

2 鉆井液侵入物理模擬

2.1 泥餅參數(shù)隨時(shí)間變化模型

鉆井液濾失過(guò)程中，固相顆粒在井壁沉淀形成泥餅，在井內(nèi)外壓差導(dǎo)致的壓實(shí)和鉆井液濾液的拖拽作用下，泥餅孔隙度和滲透率隨侵入時(shí)間增大而迅速減小，并在一定時(shí)間后達(dá)到某一穩(wěn)定值；結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果及Li等的研究[10]，建立泥餅孔隙度和滲透率隨侵入時(shí)間的變化模型：

為驗(yàn)證泥餅孔滲模型的正確性，選取 8塊具有相同物性的砂巖巖樣分別置于 8個(gè)侵入室中，在不同侵入時(shí)刻關(guān)閉出口端閥門(mén)，使井壁內(nèi)外壓力平衡，從而獲取相應(yīng)侵入時(shí)間的泥餅，并測(cè)量其孔隙度、滲透率等參數(shù)。圖7為實(shí)驗(yàn)測(cè)量不同侵入時(shí)刻泥餅的孔隙度、滲透率與通過(guò)（6）式、（7）式模型計(jì)算得的泥餅孔隙度、滲透率隨侵入時(shí)間變化情況，其中，泥餅最小孔隙度為 1.30%，泥餅最小滲透率為 0.30×10-3μm2，孔滲衰減指數(shù)為 0.11?？梢钥闯?，本文提供的泥餅孔滲隨侵入時(shí)間變化模型與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合：侵入初期，泥餅的孔隙度和滲透率較高，隨著侵入時(shí)間的增加孔滲數(shù)值迅速下降，而后保持穩(wěn)定，僅有小幅波動(dòng)。其中，本文所用鉆井液配方為：膨潤(rùn)土 4.0%，聚丙烯酰胺0.2%，聚丙烯酸鉀0.1%，其他為水。

2.2 地層電阻率變化

電阻率是進(jìn)行地層評(píng)價(jià)的重要參數(shù)，當(dāng)?shù)貙铀V化度與鉆井液礦化度存在較大差異，或者地層含油氣時(shí)，鉆井液侵入將極大改變近井眼地層電阻率，在徑向上呈現(xiàn)復(fù)雜的電阻率剖面。數(shù)值模擬時(shí)，水的電阻率可根據(jù)（8）式計(jì)算[9]，巖樣電阻率則由阿爾奇公式計(jì)算[20]。

圖7 泥餅孔滲隨侵入時(shí)間變化模型

基于設(shè)計(jì)的鉆井液侵入物理模擬系統(tǒng)，選取滲透率為259.42×10-3μm2，孔隙度為17.76%的Ⅰ號(hào)砂巖巖樣，采用表 2的實(shí)驗(yàn)條件，開(kāi)展鉆井液侵入實(shí)驗(yàn)，實(shí)時(shí)測(cè)量巖樣不同徑向位置處電阻率，如圖8a所示?？梢钥闯觯羁拷陔姌O A0、B0處的電阻率最先增大，隨著侵入時(shí)間的增加，遠(yuǎn)離井壁電極處的電阻率依次增大，實(shí)驗(yàn)持續(xù)的144 h中，共有4個(gè)電極處的電阻率明顯升高。結(jié)合圖 7泥餅孔滲隨侵入時(shí)間變化模型，將實(shí)驗(yàn)所用的地層模塊孔隙度、滲透率及尺寸，以及實(shí)驗(yàn)條件帶入數(shù)值模擬程序，并將實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相互標(biāo)定，數(shù)值模擬結(jié)果見(jiàn)圖8b，可見(jiàn)物理模擬結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果吻合較好。其中，阿爾奇公式中的巖性系數(shù)a為1，孔隙指數(shù)m由巖電實(shí)驗(yàn)獲得，Ⅰ號(hào)巖樣m為2.07，Ⅱ號(hào)巖樣m為2.11，飽和指數(shù)n均為2，系數(shù)b為1。

表2 鉆井液侵入實(shí)驗(yàn)條件

為進(jìn)一步研究低孔滲地層鉆井液侵入特征，并與孔隙度和滲透率較大的Ⅰ號(hào)巖樣對(duì)比，選取低孔滲的Ⅱ號(hào)巖石樣品開(kāi)展鉆井液侵入物理模擬，測(cè)量不同侵入時(shí)刻巖石電阻率。物理模擬結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相比（見(jiàn)圖 9），不同徑向位置處電阻率發(fā)生變化的侵入時(shí)間接近，但實(shí)驗(yàn)觀察到任一電極處電阻率變化的持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)大于數(shù)值模擬結(jié)果，這主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ洼^大時(shí)巖石的非均質(zhì)性以及低滲巖石的非達(dá)西滲流導(dǎo)致侵入過(guò)程更為復(fù)雜。

圖8 Ⅰ號(hào)樣品鉆井液侵入過(guò)程巖樣徑向電阻率變化

圖9 Ⅱ號(hào)樣品鉆井液侵入過(guò)程巖樣徑向電阻率變化

3 鉆井液侵入特征分析

針對(duì)Ⅰ號(hào)巖石樣品，利用實(shí)驗(yàn)標(biāo)定后的參數(shù)，將其推廣至地層條件開(kāi)展油水層鉆井液侵入分析，同時(shí)考慮侵入時(shí)間及地層水礦化度等對(duì)侵入特征的影響。設(shè)定地層含油飽和度為 80%，基于實(shí)驗(yàn)確定的泥餅參數(shù)進(jìn)行地層條件下數(shù)值模擬，不同侵入時(shí)間徑向上地層含水飽和度及電阻率如圖 10所示。其中地層溫度為70 ℃，地層水礦化度為30 000 mg/L，鉆井液礦化度為2 000 mg/L，鉆井液侵入時(shí)間為0.5，1.0，2.0，4.0，8.0，16.0以及32.0 d。由圖10可以看出，地層徑向上含水飽和度和電阻率隨鉆井液侵入時(shí)間變化，侵入初期的侵入速率遠(yuǎn)高于侵入后期。在本文研究的侵入條件下，鉆井液侵入地層較淺，侵入32 d的侵入深度小于0.6 m，表明低滲泥餅的存在極大地減弱了鉆井液侵入，成為鉆井液侵入的主要控制因素。

進(jìn)一步分析不同礦化度下電阻率剖面（見(jiàn)圖11），考慮鉆井液礦化度為2 000 mg/L，地層含油飽和度為80%。由圖可知，含油飽和度較高情況下，地層水礦化度高于鉆井液礦化度時(shí)，可能出現(xiàn)低阻環(huán)現(xiàn)象，但是需要地層水礦化度遠(yuǎn)高于鉆井液礦化度（一般大于 2倍）時(shí)才能見(jiàn)到明顯的低阻環(huán)。本文實(shí)驗(yàn)在飽含水巖石的基礎(chǔ)上研究泥餅對(duì)侵入過(guò)程的影響，下一步將結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果，開(kāi)展油層鉆井液侵入實(shí)驗(yàn)，并與本文模擬結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證。

圖10 含水飽和度及電阻率隨侵入時(shí)間變化曲線

圖11 不同地層水礦化度時(shí)電阻率徑向變化曲線

4 結(jié)論

針對(duì)鉆井液動(dòng)態(tài)侵入，基于鉆井液侵入數(shù)值模擬，研制鉆井液侵入物理模擬系統(tǒng)，模擬原狀地層條件下鉆井液侵入規(guī)律。數(shù)值模擬表明，地層模塊徑向延伸大于0.5 m時(shí)，可開(kāi)展不少于6 d的鉆井液侵入實(shí)驗(yàn)，并觀察到明顯的電阻率變化。結(jié)合數(shù)值模擬及地層模塊尺度超大巖心鉆井液侵入物理模擬結(jié)果，以更符合地層及井眼條件的模擬環(huán)境，驗(yàn)證了低孔滲泥餅對(duì)鉆井液侵入控制的認(rèn)識(shí)。泥餅孔隙度和滲透率隨侵入時(shí)間增加迅速降低并趨于穩(wěn)定，其中泥餅最小孔滲及孔滲衰減指數(shù)的確定是關(guān)鍵。本文的實(shí)驗(yàn)?zāi)M條件下，鉆井液侵入32 d的侵入深度不超過(guò)0.6 m，同時(shí)，油層的鉆井液侵入可能導(dǎo)致徑向上的低阻環(huán)現(xiàn)象。

符號(hào)注釋?zhuān)?/p>

Amc——泥餅樣品截面積，cm2；Asd——砂巖巖心骨架截面積，cm2；Cw——地層水礦化度，mg/L；hmc——泥餅厚度，cm；hsd——砂巖巖心骨架厚度，cm；Kf——地層滲透率，μm2；Kmc——泥餅滲透率，為侵入時(shí)間的函數(shù)，μm2；Kmc0——泥餅最小滲透率，μm2；Ksd——砂巖巖心骨架滲透率，μm2；md——泥餅樣品干重，g；mw——泥餅樣品濕重，g；p1，p2——巖心兩端壓力，105Pa；p3——砂巖巖心與泥餅接觸面處壓力，105Pa；Q0——液體流量，cm3/s；Q1——砂巖骨架與泥餅串聯(lián)后液體流量，cm3/s；r——泥餅取樣器內(nèi)徑，cm；Rw——地層水電阻率，?·m；t——侵入時(shí)間，s；T——溫度，℃；λ——孔滲衰減指數(shù)，反映泥餅孔隙度和滲透率隨時(shí)間減小快慢，無(wú)因次；μ——液體黏度，mPa·s；ρw——地層水的密度，g/cm3；φf(shuō)——地層孔隙度，%；φmc——泥餅孔隙度，為侵入時(shí)間的函數(shù)，%；φmc0——泥餅最小孔隙度，%。

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Simulation of mud invasion and analysis of resistivity profile in sandstone formation module

FAN Yiren1,2,3, WU Zhenguan1,2,3, WU Fei4, WU Junchen1,2,3, WANG Lei1,2,3
(1.School of Geosciences in China University of Petroleum,Qingdao266580,China; 2.Laboratory for Marine Mineral Resources,Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology,Qingdao266071,China; 3.CNPC Key Laboratory for Well Logging,China University of Petroleum,Qingdao266580,China; 4.Suzhou Niumag Analytical Instrument Corporation,Suzhou215163,China)

Aiming at the dynamic invasion process of drilling fluid, the parameters of the physical model in laboratory were optimized based on numerical simulation and then a physical simulation system for mud invasion in undisturbed zone was developed. Then, the experiment of fresh water invasion in sandstone formation was conducted to measure the radial resistivity and mudcake parameters over time, and a mudcake porosity and permeability calculation model with the invasion time was proposed based on the measurement. Finally,the numerical simulation results were compared and calibrated with the physical simulation results to find out the regularity of drilling fluid invasion under formation conditions. The results show that the mudcake forms quickly and the porosity and permeability of the mudcake decrease sharply after the beginning of drilling fluid invasion, and the invasion process is mainly controlled by the mudcake after a certain period. The mudcake parameters model developed in this study can depict the changes of mudcake parameters during the invasion process. The characteristics of radial resistivity profile under mud invasion are affected by sandstone physical properties,mudcake parameters and formation water salinity.

mud invasion; physical modeling; numerical simulation; mudcake; resistivity; porosity; permeability

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41474100，41674131，41574118）；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（17CX06041，15CX06008A）；中國(guó)石油大學(xué)（華東）研究生創(chuàng)新工程（YCX2017004）

P631.8

A

1000-0747(2017)06-0989-08

10.11698/PED.2017.06.18

范宜仁, 巫振觀, 吳飛, 等. 地層模塊尺度鉆井液侵入模擬與儲(chǔ)集層電阻率剖面特征[J]. 石油勘探與開(kāi)發(fā),2017, 44(6): 989-996.

FAN Yiren, WU Zhenguan, WU Fei, et al. Simulation of mud invasion and analysis of resistivity profile in sandstone formation module[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(6): 989-996.

范宜仁（1962-），男，福建大田人，博士，中國(guó)石油大學(xué)（華東）教授，主要從事巖石物理實(shí)驗(yàn)，電測(cè)井理論、方法與應(yīng)用及復(fù)雜油氣層測(cè)井評(píng)價(jià)方法等研究。地址：山東省青島市黃島區(qū)長(zhǎng)江西路66號(hào)，中國(guó)石油大學(xué)（華東）工科樓 C501室，郵政編碼：266580。E-mail：fanyiren@upc.edu.cn

2017-06-15

2017-10-25

（編輯 黃昌武）