泥页岩渗透水化作用对井壁稳定的影响

钻井过程中,当存在水基钻井液化学渗透作用时,泥页岩井壁将更加不稳定.建立了力学-化学耦合作用下井壁周围应力分布模型,通过采用有限差分法对该模型求解,得出了井壁周围应力分布,通过利用破坏准则计算井壁坍塌压力,得出了合理的防塌钻井液密度,同时研究了井周应力分布和坍塌压力的时间效应.研究表明,泥页岩地层的膜效应较好时,渗透水化作用越大,膜效应不存在时则不发生渗透水化作用;维持泥页岩井壁稳定所需的防塌钻井液密度是随时间增大而增大,当使用钻井液溶质浓度低时,破坏发生在地层内部,需使用高密度钻井液防止井壁坍塌,对于过平衡钻井,当使用高浓度钻井液时破坏发生在井壁,对实际钻井有理论指导意义.     

泥页岩井壁水化损伤失稳研究

本文在损伤力学和水化原理的基础上,通过研究泥页岩的物性和分析泥页岩井壁的水化损伤机理,初步建立了遇水损伤演化方程以及初始损伤强度方程,从而对水化作用下的泥页岩井壁裂纹扩展研究做出进一步分析。     

泥页岩井壁稳定耦合研究

从实验和理论研究2个方面,对近年来国内外泥页岩井壁稳定耦合研究的现状进行了分析.目前,泥页岩井壁稳定耦合研究主要有3种方法:一是通过泥页岩水化实验和吸水实验,用热弹性比拟法研究由于含水量变化引起的水化应力;二是通过压力传递实验,用非平衡热动力法研究化学渗透作用引起岩石内部孔隙压力变化而导致的附加应力;三是通过压力传递与水化实验,用总水势法研究基于膨胀机理和耦合渗透流动而导致的膨胀应力.通过分析认为,泥页岩井壁稳定的研究虽然取得了一定成效,但仍然存在着复杂的问题和不足,还需要进一步深化机理和应用方面的研究.     

泥页岩井壁围岩水化膨胀机理研究

以泥页岩水化形式为基础分析了其水化膨胀的影响因素,并对膨胀力作了试验研究。     

硬脆性泥页岩井壁稳定研究进展

硬脆性泥页岩的井壁失稳是制约深层油气资源和页岩气等非常规油气资源有效开发的关键问题。基于此,从硬脆性泥页岩的基本特征出发,根据其组成成分和结构特征的差异,总结了纯力学、渗流– 应力耦合和渗流– 应力– 化学耦合3 种井壁稳定基本分析方法及各自适用条件。研究了硬脆性泥页岩4 种力学失稳机制、钻井液侵入裂缝的驱动作用、存在和不存在活性黏土矿物情况下强度弱化机制以及不同裂缝形式下的井壁稳定计算模型。指出硬脆性泥页岩基质和裂缝充填物中是否含活性黏土矿物及裂缝的分布规律是影响井壁稳定分析的关键因素,从微观角度描述多场耦合作用下硬脆性泥页岩裂缝扩展连通导致井壁失稳的渐进过程将成为未来研究的热点和难点。     

新疆库车地区泥页岩井壁稳定问题

本文介绍了泥页岩成岩机理、新疆库车地区泥页岩层分析结果和井壁稳定问题,以及井壁稳定的机理和加强井壁稳定的方法,列举了油田应用实例。     

硬脆性泥页岩井壁稳定问题研究

含节理裂隙的硬脆性泥页岩井壁坍塌是钻井工程中的难题。本文应用损伤力学理论,从岩体的变形能出发,建立了节理裂隙岩体的弹性损伤--断裂力学模型。由裂纹变形能推导出含节理裂隙的硬脆性泥页岩等效弹性损伤柔度张量,并推导出含节理裂隙岩体的真实应力求法。此力学模型将节理面几何特性与宏观力学特性联系起来。在预测此类岩石保持井壁稳定的泥浆密度时,只需知道损伤参数和完整岩石的强度参数,即可求出防止井壁坍塌的泥浆密度。     

苏里格气田泥页岩井壁水化损伤失稳周期确定

钻井过程中复杂的应力和固液作用,使围岩产生了水化扩散和水化膨胀,改变了其中的应力场和力学参数,从而导致泥页岩井壁失稳。通过试验研究,探讨了泥页岩井壁围岩水化随时间和空间的变化规律以及岩石弹性模量和抗压强度随含水率变化的损伤弱化规律,进而结合强度变形破坏理论推导出泥页岩遇水后的损伤演化方程、损伤演化极限方程和确定坍塌周期的方法。应用该方法,得出苏里格气田泥页岩井壁坍塌周期为6.8 d左右。     

硬脆性泥页岩井壁稳定评价新方法

以伊利石、伊蒙混层为主的硬脆性泥页岩微裂缝发育,容易引起井壁失稳,一直未能找到很好的评价方法。因此,建立对硬脆性泥页岩井壁稳定的评价手段十分迫切。介绍了一种新型的硬脆性泥页岩井壁稳定评价方法——微裂缝的模拟及其封堵。室内利用加工的3种岩心模拟出了1~50μm的微裂缝,分别研究了流速、围压和裂缝宽度之间的关系,并用不同介质对不同宽度的裂缝进行了封堵试验,构建的硅酸盐钻井液体系对3种岩心的封堵效率均达到90%以上。试验结果表明:该方法具有一定的可行性,对提高钻井液体系的封堵能力有一定的指导作用。     

大斜度井泥页岩井壁稳定的力学分析

大斜度井泥页岩的井壁稳定对油气井的正常钻井十分重要。从岩石力学的角度出发，根据地壳岩石的特性建立了各向同性的线弹性力学模型，并用莫尔库仑强度准则对井壁失稳进行了分析。对油田的实际资料进行计算表明，井壁坍塌压力与井斜度和井斜方位角有关。井壁坍塌压力随井斜角与井斜方位角的变化规律主要由地层的原地应力状态决定。对于我国的大部分油田，直井的坍塌压力比大斜度井大。     

泥页岩水化对气体钻井井壁稳定性影响规律研究

气体钻井钻遇地层水后,井壁岩石力学特征变得复杂,给钻井施工带来较大的安全威胁。从泥页岩水化机理着手,通过实验和理论计算方法,对气体钻井过程中泥页岩水化对井周岩石力学参数的影响规律进行分析研究,给出地层出水条件下泥页岩井段井壁稳定性分析评价方法,结合工程地质特征,对川西特殊复杂地层出水情况下气体钻井井壁稳定性进行定量评价。分析结果表明,由于川西地区中浅～中深井段泥页岩层段较多,且地层水丰富,气体钻井过程中井壁容易发生失稳破坏。因此在气体钻井过程中,应充分认识待钻井段地层出水情况和泥页岩地层的纵向分布规律。     

水化作用对南海东部泥页岩地层井壁坍塌的影响分析

在我国南海东部油气田钻遇韩江组和珠江组的钻井过程中,常遇到泥页岩井壁坍塌问题,制约了钻井速度,造成了一定的经济损失。为此,分析了该地区泥页岩地层井壁失稳机理,通过试验确定了泥页岩吸水扩散系数,研究了泥页岩吸水对其抗压强度、弹性模量等力学参数的影响规律,根据Mohr-Coulomb准则计算了泥页岩水化后井壁坍塌压力随井眼钻开时间的变化规律。这对解决该海域泥页岩地层井壁坍塌问题有较大的指导意义。     

泥页岩水化的定量分析

定量测定泥页岩的表面水化水和渗透冰化水有助于认识其水化机理,分析水化对井壁稳定的影响,还有助于研制抑制性处理剂。介绍了泥页岩水化水的定量分析方法。结果表明,用水汽等温吸附法测定表面水化水量,用膨胀法测膨胀水量进而计算渗透水化冰量的实验研究方法是可行的。     

泥页岩水化试验研究

由于泥页岩中含有水敏性黏土矿物,与钻井液接触时,泥页岩与钻井液相互作用,产生水化膨胀,其结果不仅改变了井眼周围的应力分布,而且由于吸水造成泥页岩的强度降低,这就使得泥页岩地层的井壁失稳问题非常严重,水化作用使围岩变成变含水、变模量和变强度的复杂介质。对水化后泥页岩的力学性能参数进行试验．得出了其随含水量的变化规律,并回归出泥页岩的强度参数与含水量的关系式,对于解决泥页岩地层的井壁失稳问题具有重要意义。     

泥页岩井壁稳定力学与化学的耦合研究

基于井壁失稳的根本原因在于力(包括地应力和化学力)的作用观点,研完了垂直井中井壁稳定力学与化学的耦合作用。通过试验得出了模拟井下环境中井眼周围泥页岩与钻井液相互作用的规律,得到了地层水化效应模型、井壁周围泥页岩吸水量与距离和时间的关系式以及泥页岩水化膨胀应变与吸水量的关系等。最后,提出了水化作用下井眼周围泥页岩应力的简便计算方法,即:①求解由吸水膨胀引起的井壁周围泥页岩应力分布,②根据有限元方法计算由地应力的非均匀性引起的井壁周围泥页岩应力分布,并迭加到①中求解的应力中去。指出在计算中应考虑不同距离处因井眼周围泥页岩含水不同而引起的材料力学参数的变化。     

泥页岩井壁不稳定机理及其防治措施综述

引起泥页岩井壁不稳定的原因多种多样,本文以国内外近期文献为基础,重点讨论与钻井液有关的泥页岩井壁不稳定机理及其防治措施。长期以来,人们认为,泥页岩中的蒙皂石粘土组分几乎是其在液相环境下不稳定的唯一原因。然而,后来的研究却发现,许多水不稳定页岩中只含有极少量的或根本不含蒙皂石粘土。本文所介绍的溶解作用机理很好地解释了四种与页岩稳定性有关的地质现象。即便是含有较多的膨胀性粘土矿物的泥页岩,在温度、压力较高的深层条件下也主要表现为溶解作用,膨胀作用只是第二位的。钾离子和高分子聚合物是非常好的稳定剂,但对于不同类型的泥页岩,其作用机理不同。对膨胀性泥页岩,钾离子的主要作用是压缩双电层和减小水化力,聚合物的主要作用是增加桥接力;对于非膨胀性泥页岩,聚合物的作用主要是以成氢键的方式把粘土颗粒束缚在一起,钾离子的作用主要是增加聚合物的吸附性;对于硬脆性(裂缝性)泥页岩,由于其不稳定机理主要是泥浆滤液沿裂缝和层理面等的表面水化作用,所以,钾离子的作用主要是封堵微裂缝,聚合物的作用主要是吸附和包裹粘土和在井壁上形成光滑的薄膜。异常压力泥页岩井壁不稳定的机理及其防治措施比较简单,及时而准确的异常压力及其程度预测是解决问题的关键。     

MEG在泥页岩地层的井壁稳定机理研究

为了探索甲基葡萄糖苷(MEG)在泥页岩地层的井壁稳定作用机理,对MEG降低水活度、在黏土表面的吸附性、半透膜效率以及抑制性变化规律进行了研究。结果表明,MEG在黏土表面吸附达到一定浓度后形成半透膜,MEG浓度越高半透膜越致密,可抑制黏土的水化分散,岩心回收率最高可达99%;MEG同时可显著降低水活度,最高可降低至0.85以下。对MEG的成膜规律进行了探索,MEG在泥页岩表面的膜效率同MEG浓度、浸泡时间有关系,MEG浓度越大、膜效率越高,随着浸泡时间延长,膜效率降低。MEG通过在黏土表面吸附成膜抑制黏土水化和提高膜效率维持了井壁的稳定。     

泥页岩井壁失稳原因及对策分析

分析了引起井壁失稳的因素,介绍了防止井壁失稳的各种措施。泥页岩渗透水化对井壁失稳起决定性作用。要避免井眼失稳的发生,必须合理选择钻井液组分、钻井液处理方法,尤其是调节好钻井液的滤失量和矿化度。对各种失稳情况,应采取不同的措施加以防范。     

泥页岩水化作用综合评价

单凭泥岩的比表面积或吸水量来评价泥页的水化作用是片面的,考虑到泥页岩中蒙脱石和伊利石吸水机理的不同,本文引入了比吸水量概念,综合运用比表面积和吸水率两个独立指标,比较科学地反映了泥夺的水化作用程度