泥页岩井壁稳定力—化耦合及其钻井液封堵性研究

发布时间：2020-06-14 23:09

【摘要】：泥页岩井壁失稳一直是钻井工程中一个复杂的世界性难题,针对这一问题,目前已经形成了一些系统的研究方法。其整体的研究思路是从纯力学、钻井液化学研究,到力-化耦合研究,再到力学、化学、热力学多场耦合研究。但目前研究力-化耦合理论模型的定性评价难以解决井壁稳定问题中涉及到水化的定量表述。为此,本文针对泥页岩井壁稳定力-化耦合水化的关键进行定量研究。首先建立单一黏土矿物结合水与含水量关系模型;然后建立泥页岩地层结合水与含水量关系模型;随后基于力-化耦合理论分析方法研究结合水对岩石力学参数及坍塌压力的影响;最终考虑真实泥页岩地层钻井条件,通过不同水基钻井液体系浸泡后岩芯三轴实验,研究膜效率对岩石力学参数及坍塌压力的影响。具体取得以下认识:(1)根据单一黏土矿物微观吸水特性,简化了黏土矿物水化物理模型,建立了黏土矿物结合水含量与其密度之间的关系;随后以结合水密度为中间变量,结合前人针对钠蒙脱土所做实验数据,建立了钠蒙脱土结合水与含水量之间的幂函数关系模型;最后通过热失重分析方法及XRD分析方法对模型验证,得出模型的相对误差小于10%。(2)延伸钠蒙脱土结合水与含水量幂函数关系模型,建立了伊利石、绿泥石及高岭石单一黏土矿物结合水与含水量关系模型;最终建立了泥页岩地层结合水与含水量之间的复合函数关系模型。(3)通过不同时刻清水浸泡后岩芯的三轴实验,基于上述泥页岩结合水与含水量关系模型,结合XRD黏土矿物分析方法分析含水量对结合水的影响,进而研究结合水含量对力学参数及坍塌压力的影响。研究表明:岩石抗压强度、弹性模量、内聚力和内摩擦角均随着结合水含量的增加而减小,泊松比和坍塌压力则随着含水量的增加而增加。(4)综合考虑泥页岩地层真实钻井条件,研究膜效率对岩石力学参数及坍塌压力的影响。首先利用HTHP滤失、泥饼承压、封堵前后微观结构、井壁稳定剂对孔隙/裂缝封堵效果等封堵性能评价手段优选出了两种性能最佳的水基钻井液体系,其HTHP滤失量20ml、泥饼承压能力8MPa、孔隙封堵后渗透率降低率80%、裂缝封堵后渗透率降低率75%、膜效率0.09,可有效减缓压力传递,达到稳定井壁的效果;随后通过不同钻井液体系浸泡后岩芯的三轴实验,研究膜效率对岩石力学参数及坍塌压力的影响。研究表明:岩石抗压强度、弹性模量、内聚力和内摩擦角均随着膜效率的增加而增加,泊松比和坍塌压力则随着膜效率的增加而减小。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE254
【图文】：

图２－１建模步骤图逡逑前人研究最多的单一黏土矿物当属钠蒙脱土，所以先建立针对蒙脱土的结合水与含逡逑

泥页岩井壁稳定力—化耦合及其钻井液封堵性研究

图２－２黏土矿物颗粒模型简化示意图逡逑（３）黏土矿物晶层数为１，２，邋．．．，ｉ，．．．ｎ，相应的结合水膜层数为１，２，邋．．．，ｉ，邋．．．ｎ－１

【参考文献】