水敏性泥页岩地层水化对测井响应的影响

对水敏性泥页岩地层水化过程中电阻率、声波、密度、中子等岩石物理参数的变化规律进行了定性和半定量的理论分析,得出电阻率、声波、密度、中子等测井参数能从不同的角度反映钻井以后井眼周围岩石特性的变化,可作为现有评价水敏性泥页岩稳定性方法的有益补充。在定性地快速直观评价泥页岩地层的稳定性时最好选用声波、密度和中子孔隙度测井组合进行综合分析,而在定量评价水敏性泥页岩地层的膜特性及确定地层水性质时,电阻率测井曲线是一项重要资料。     

层理性泥页岩地层井壁坍塌控制方法研究

涠州12-1北油田涠二段泥页岩地层层理发育、水敏性强,虽然采用了油基钻井液钻进,但井壁垮塌等井下复杂情况仍频繁发生。该油田涠二段地层岩石力学试验结果表明,涠二段泥页岩强度具有显著的各向异性,其受到的最大主应力方向与层理面法向之间的夹角为30°～70°,岩心易发生沿层理面的剪切滑移破坏,强度远低于最大主应力方向与层理面法向平行时的最大强度,这是造成定向井井壁失稳的主要原因。结合岩石力学试验结果,将层理性泥页岩视为横观各向同性材料,建立了合理钻井液密度的确定方法,确定了定向井坍塌压力随井眼轨迹的分布规律。利用定向井坍塌压力随井眼轨迹的分布规律,对该油田的定向井钻井液密度和井眼轨迹进行了优化,成功解决了涠二段地层的井壁失稳问题。      

泥页岩井眼稳定的力学及化学耦合方法研究

钻井过程中,由于钻井液的物理、化学特性的影响、页岩发生不同程度的水化现象,一方面地层中产生水化膨胀应力;另一方面又削弱了井壁岩石的力学强度。由此导致了井壁失稳的发生。文中建立的模型将钻井液对泥、页岩水化所产生的力学效应与纯力学效应结合起来,克服人前人片面分析井壁失稳问题的缺陷。利用该模型可确定出安全的钻井液密度窗口。     

泥页岩比表面积测定方法研究

泥页岩比表面积与泥页岩水化特性、力学性质以及渗水性密切相关,是评价泥页岩井壁稳定性的关键参数。实验研究证明,EGME法和亚甲基蓝吸附法是重复性好、准确可靠的泥页岩比表面积测定方法。其中,亚甲基蓝法更简便易行。亚甲基蓝法测定比表面积主要与吸附时间、动静状态、岩样粒度及离子交换预处理等因素有关,特别是受亚甲基蓝溶液初始浓度的影响最显著。     

泥页岩压力传递特性的实验研究

井壁失稳一直是困扰油气井工程的难题,泥页岩渗透特性的定量测定是评价泥页岩井壁稳定性的重要指标之一.由于泥页岩的低渗透性,无法利用常规方法测定,借助于泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置(SHM仪)和压力传递实验新技术,定量测定了泥页岩渗透率,评价了钻井液处理剂阻缓压力传递特性及效果,并分析了其作用机理,为高效水基防塌钻井液体系的研制和开发奠定了室内实验基础.     

塔东北地区泥页岩水敏性研究

塔东北地区在钻井施工中,常出现与泥页岩有关的缩径、卡钻、电测失败及固井质量不高等问题。通过吸附膨胀及分散实验,对该地区5个构造上6口井的泥页岩样品进行了水敏性测试。该区不同构造上泥页岩的水化性能和特征相似,水敏性的纵向变化均大致呈上、下部地层差,中部地层强的趋势。泥页岩水敏性在地理位置上大致呈北低、南高和东西相近的分布趋势。中生界及部分古生界地层泥页岩的水敏性较强,最易出现井眼失稳问题。     

一种基于页岩损伤规律的井壁坍塌压力确定方法

页岩的破坏有劈裂式、单剪切式、双剪切式等3种模式,而目前常用于预测井壁坍塌压力的Mohr-Coulomb准则仅适用于发生单剪切式破坏的井壁。针对该问题,首先基于最小耗散能原理和损伤力学,建立了包括页岩损伤演化方程、损伤阈值应变计算式、极限损伤变量计算式的页岩损伤力学模型;然后,以具有代表性的塔里木盆地群库恰克地区页岩地层标准岩心为研究对象,进行了常三轴抗压室内试验,并将试验得到的应力-应变曲线与理论曲线进行了对比分析,发现吻合较好;最后,将理论模型与室内试验结果相结合,研究了应变能密度与岩石破坏时应变、损伤阈值应变之间的关系曲线,并确定出维持井壁稳定的最低钻井液密度。分析认为,利用该种维持井壁稳定最低钻井液密度的确定方法,可以确定页岩地层的井壁坍塌压力。     

一种基于页岩损伤规律的井壁坍塌压力确定方法

页岩的破坏有劈裂式、单剪切式、双剪切式等3种模式,而目前常用于预测井壁坍塌压力的Mohr-Coulomb准则仅适用于发生单剪切式破坏的井壁。针对该问题,首先基于最小耗散能原理和损伤力学,建立了包括页岩损伤演化方程、损伤阈值应变计算式、极限损伤变量计算式的页岩损伤力学模型;然后,以具有代表性的塔里木盆地群库恰克地区页岩地层标准岩心为研究对象,进行了常三轴抗压室内试验,并将试验得到的应力-应变曲线与理论曲线进行了对比分析,发现吻合较好;最后,将理论模型与室内试验结果相结合,研究了应变能密度与岩石破坏时应变、损伤阈值应变之间的关系曲线,并确定出维持井壁稳定的最低钻井液密度。分析认为,利用该种维持井壁稳定最低钻井液密度的确定方法,可以确定页岩地层的井壁坍塌压力。      

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。     

溶质离子扩散条件下泥页岩力学与化学井眼稳定模型研究

井壁失稳是钻井工程中经常遇到的一个十分复杂的问题，影响井壁稳定的因素是多方面的。以往建立的化学力学井眼稳定模型认为泥页岩表面有一层半透膜，通过引入膜效率系数，把钻井液与泥页岩相互作用所产生的力效应和纯力学结合起来。笔者认为水和溶质离子的流动改变了井壁孔隙压力，从而导致井壁失稳，在建立近井壁孔隙压力传递模型的基础上，考虑钻井液与泥页岩之间的水和离子的流动，建立了一个评价泥页岩化学与力学井眼稳定的新模型。模型计算结果表明：井眼失稳既可以发生在井壁，也可以发生在泥页岩内部，并具有时间效应；同时表明水的活度与溶液的性质是影响泥页岩井眼稳定的重要因素。     

张店油田多目标大斜度井钻井技术

介绍了张店油田7口大斜度井的现场施工情况,总结出了适合该地区的,井身剖面,详细探讨了大斜度井施工中的井眼轨迹控制、钻压传递、井眼净化等技术措施。     

泥页岩水化应力经验公式的推导与计算

泥页岩水化应力是研究泥页岩井壁稳定性的重要参数之一。但由于其测试的复杂性和影响因素的多样性。目前仍处于定性的理论分析阶段。有差公式过于复杂，不便于应用，在前人理论研究的基础上，结合实验研究。根据孔隙一线弹性力学基本原理。探索性地推导出了泥页岩水化应力经验公式。实际算例表明，泥页岩水化应力很大。是井壁失稳的主要原因之一。     

泥页岩稳定性的化学与力学耦合研究

泥页岩井壁失稳的化学与力学耦合作用是井壁稳定性研究中较为关注的问题，对该问题的国内外研究现状作了较为详细的调研，对泥页岩水化和泥页岩稳定问题进行了全面的研究回顾与现状分析。尤其是重点分析了90年代以来出现的将泥页岩水化的力学问题与化学问题相互耦合的研究。     

斜井中泥页岩井眼稳定的力学化学耦合模型

根据斜井中井眼稳定的要求将流体流动概念与钻井液和泥页岩间的化学势差概念结合起来，建立了一个井眼稳定的力学化学耦合模型。利用该模型可确定地层孔隙压力和保持井眼稳定的最优钻井液密度等参数。结合侧钻井实例对该模型进行了分析。     

三轴应力状态下页岩水化破坏实验研究

泥页岩井眼稳定不仅与其水敏性有关，而且与岩石所受应力等条件有关。利用三轴应力防塌实验方法提示了泥页岩在不同流速、压力、流体条件下的水化破坏规律。     

页岩水平井用高性能油基钻井液研究与应用

国内页岩油气水平井用油基钻井液(OBM)存在切力低、流变性能差等问题,难以完全满足页岩油气长水平井钻井施工井壁稳定与井眼清洁的技术要求。针对上述问题,在借鉴国外先进技术的基础上,开展了页岩油气水平井用OBM体系构建,在研发核心处理剂的基础上,形成了一套高性能油基钻井液体系,对其综合性能进行了系统研究,该钻井液体系整体性能指标达到国外同类钻井液体系水平。该油基钻井液在彭页2HF井水平段钻进中进行了成功应用,并创造了国内陆上页岩气水平井水平段和水平位移最长的新纪录。高性能油基钻井液技术的成功研究与应用,提高了我国高性能油基钻井液技术的自主化水平。      

层理页岩水平井井周剪切失稳区域预测方法

为了揭示层理页岩强度各向异性对水平井井周剪切失稳的影响规律,基于直剪试验研究了川南龙马溪组页岩的强度各向异性特征,并与国外典型层理页岩进行了对比;建立了层理页岩井周坐标转换关系模型,结合井周应力弹性解、Mohr-Coulomb弱面强度理论、Mohr-Coulomb准则,建立了层理页岩地层井周剪切失稳区域预测方法;分析了钻进方位对井周剪切失稳区域分布规律的影响。结果表明:弱面与本体强度参数基本呈线性关系,本体内聚力约为弱面内聚力的2.10倍,本体内摩擦角约为弱面内摩擦角的1.20倍,其中川南龙马溪组页岩强度各向异性特征更加显著;考虑层理等弱面影响计算出的失稳区域的形状不是传统的"狗耳朵"形状,而是近似于长方形,这种形状与典型的物模试验结果基本吻合;若页岩地层中存在显著的层理,则井周地层更容易沿弱面剪切滑动,导致水平井坍塌失稳的风险显著增大。利用该方法可以分别计算出井周地层沿弱面剪切、本体剪切和全部剪切的失稳区域分布,为层理发育地层井眼稳定分析、成像测井反演地应力方位等研究提供基础理论支撑。      

液-固-水化耦合形式的井眼稳定性模型研究

在对井眼稳定性定量评价的分析过程中，重点讨论了岩层材料的非线性力学性能以及在非稳态孔隙流体作用下的岩层吸水软化与围压硬化效应，建立了考虑液-固-水化耦合机制的井眼稳定性评价模型；采用有限元数值模拟法，对孔隙流体压力、吸水软化和围压硬化的影响进行了定量分析与比较，证明了孔隙流场的分布形态时井眼应力分布格局及弹塑性变形发展有着显著的影响。