层理性页岩浸水力学弱化及其对井壁失稳影响研究

发布时间：2017-10-17 01:13

  本文关键词：层理性页岩浸水力学弱化及其对井壁失稳影响研究

  更多相关文章： 页岩气 弱结构面 层理倾角 力学弱化 坍塌压力

【摘要】：新世纪以来,我国的能源结构不断调整,对天然气等清洁能源的需求不断增加,加大页岩气的勘探开发对优化我国能源结构十分必要。本文针对页岩气水平井井壁普遍垮塌这一严重制约页岩气勘探开发的关键问题,以川中南长宁页岩气区块的层理性页岩为研究对象,通过矿物组分实验、电镜扫描实验、理化特性实验、岩石饱水实验和常规三轴抗压强度实验等室内实验,对层理性页岩浸水力学弱化过程中的弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等岩石力学参数的变化规律进行了研究,结合长宁区块地质资料和测井数据,以长宁201-H1井为例分析了浸水力学弱化条件下层理倾角和井眼方位对水平井井壁失稳的影响。本文主要内容包括：(1)综合分析了目标区块的地质构造特征、地层剖面特征和储层岩石的弱结构面类型及成因。长宁构造主要储层是位于2300m左右的龙马溪组,岩性主要为深灰色、黑色页岩,底部为生物灰岩。龙马溪组层理性页岩是一种层状结构岩体,可视为各向异性弹性体,其稳定性较差,其不稳定的结构可能产生剪切滑移破坏。(2)通过分析岩石矿物组分实验、理化特性实验和电镜扫描实验的结果可以发现龙马溪组层理性页岩脆性矿物含量高,黏土矿物以伊利石为主,少量伊蒙混层,发育有大量的层理弱面和微裂隙,孔隙多为纳米孔,浸水后出现片状分布的微裂缝,属于弱膨胀性硬脆性页岩。(3)进行了饱水实验和岩石力学实验,结果表明：目标岩样饱和含水率低,在饱水24h后达到最大值1.1%左右,水化膨胀性弱；岩样破坏方式主要为脆性破坏,易沿层理面发生破坏,弹性模量和抗压强度呈现明显的各向异性,在层理倾角为50°至70°之间时最低；层理面胶结强度低,受水化作用的影响大,随着饱和含水率的增加,抗压强度迅速降低,最大可降低35%左右。(4)结合长宁201-H1井钻井资料,分析了浸水力学弱化条件下层理倾角与井眼方位对井壁失稳的影响。在沿最小水平主应力方向钻进时,坍塌压力最小；随着饱和含水率的增加,坍塌压力逐渐增大,发生弱面破坏的层理倾角范围逐渐增大,高饱水岩样中发生弱面破坏的层理倾角范围扩大到30°至85°,从而导致井壁更易坍塌失稳。浸水力学弱化对弱面强度的影响最明显,对坍塌压力的影响比各向异性的影响更大,力学弱化和层理倾角的综合影响下坍塌压力的增加幅度达到73%。
【关键词】：页岩气 弱结构面 层理倾角 力学弱化 坍塌压力
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE21
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 研究目的与意义8
• 1.2 国内外研究现状8-14
• 1.2.1 页岩气成藏机理8-9
• 1.2.2 页岩气储层特征9-10
• 1.2.3 页岩气钻井工艺技术10-11
• 1.2.4 页岩力学性质研究现状11
• 1.2.5 页岩气井壁稳定研究现状11-14
• 1.3 研究内容与技术路线14-16
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 技术思路15-16
• 第2章 研究区块地质特征16-20
• 2.1 区块构造特征16-17
• 2.2 区块地层剖面特征17-18
• 2.3 弱结构面类型及成因18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 层理性页岩矿物组分及微观结构研究20-31
• 3.1 层理性页岩矿物组分研究20-24
• 3.1.1 全岩矿物分析21-22
• 3.1.2 黏土矿物测试分析22-24
• 3.2 层理性页岩微观结构研究24-27
• 3.3 层理性页岩理化特性分析27-30
• 3.3.1 阳离子交换容量测定27-28
• 3.3.2 比表面积测试28-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第4章 层理性页岩浸水力学弱化实验研究31-46
• 4.1 实验岩样制备31-32
• 4.2 层理性页岩饱和吸水实验研究32-34
• 4.2.1 试验程序32
• 4.2.2 实验结果分析32-34
• 4.3 层理性页岩岩石力学特征实验研究34-45
• 4.3.1 层理性页岩三轴抗压强度试验34-36
• 4.3.2 三轴抗压强度实验结果及分析36-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 层理性页岩水平井井壁稳定性研究46-66
• 5.1 页岩气水平井井壁应力分布状态46-51
• 5.1.1 主地应力在井坐标系中的转换46-48
• 5.1.2 水平井井壁应力分布状态48-51
• 5.2 层理性页岩破坏失稳判别51-55
• 5.2.1 含单组弱面页岩的强度理论51-53
• 5.2.2 层理面强度浸水力学弱化53-54
• 5.2.3 井壁稳定性判别准则54-55
• 5.3 层理性页岩浸水力学弱化对井壁失稳的影响分析55-64
• 5.3.1 浸水力学弱化对弹性模量的影响55-57
• 5.3.2 浸水力学弱化对三轴抗压强度的影响57-58
• 5.3.3 浸水力学弱化对内聚力和内摩擦角的影响58-60
• 5.3.4 浸水力学弱化对坍塌压力的影响60-64
• 5.4 本章小结64-66
• 第6章 结论与建议66-69
• 6.1 结论66-67
• 6.2 建议67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-75
• 攻读硕士士学位期间发表的论文及科研成果75

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本文编号：1045955