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泥页岩井壁稳定性及钻井液密度优化_论文

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第1 2卷 第 5期 2 1 2月  02年 科 学 技 术 与 工 程  V0 _ 2 No 5 Fe l1   .  h.2 2 O1   17 — 11 (0 2 0 -0 50  6 1 85 2 1 15 12 —5 S in e T c n lg   n   n ie r g c e c   e h oo y a d E gn e i   n @ 2 1  SiTc . n r  0 2 c eh E gg . . 石 油 技 术  泥 页岩 井 壁 稳 定 性及 钻 井 液 密度 优 化  柏 明 星  ( 东北石油大学 , 大庆 13 1 ; 6 3 8 克劳斯塔尔工业大学, 国克劳斯塔尔市 3 6 8  德 87 ) 摘 要 泥 页岩 中的井壁不稳定性会导致许 多问题及严重的后果 , 尤其是在使 用水基泥浆 时, 主要包括 水敏 页岩和硬 脆性 页   岩井壁失稳。页岩 中的井壁 稳定 性是 一个 非常复杂的现象 , 它需要考 虑到与之相 关 的每 一个 因素。集 中论述水 基泥 浆 同页   岩之 间的液力机械作用和化学机械 作用 , 并建立 了考虑 渗透 压在 内的计算所 需最小泥 浆比重 的解析模 型。通过 实例 计算 阐   述 了井壁稳定性敏感性分析的方法及 步骤。   关键词  井壁稳定性  泥页岩  钻井液密度  文献标志码 A   渗透 压  中图法分类号 T 3 7 8  E 5. ; 泥页 岩 地 层 中井 壁 不稳 定 会 导 致 许 多 问题 以  及 严 重 的后 果 , 比如 逾 期 完 工 , 本 增 加 , 壁 冲  成 井 蚀 , 涌 , 浆 漏 失 , 壁 破 损 , 包 钻 头 等 。尤 其  井 泥 井 泥 在使 用水基 泥浆 时会 表 现 出很 差 的性 能 , 在 钻 遇  如 页岩 地层 时井壁 稳定性 会 出现 问题 _ J 】 。井 壁 稳定    性 的研究 路 径 是 从 纯 力 学 研 究 , 泥 浆 化 学 研 究 , 到   超过 拉伸 强度 的应 力时 , 产 生裂缝 。 会   ( )钻井 液滤 失 : 3 页岩 层渗 透率 极低 , 以即使  所 使用 水基 泥 浆 并 进 行 过 * 衡 钻 井 在 正 常 情 况 下 也  不会 发生 滤 失 即不 出 现 泥 饼 。然 而 页岩 的 稳 定 性  是 时间 的函数 , 流体 会 缓 慢 地渗 入 孔 隙 中增 加 孔 隙  压力 , 降低 *井 地 带 有 效 应 力 , 而 导 致 剪 切 破 坏  从 或者 页岩 骨架压 缩破 坏 。   12 化学 机械 作用  . 到力 学与化 学耦 合 , 到 力学 、 学 、 再 化 热力 学 和 电 学  耦 合 研究  J 。页岩 中的井 壁稳 定性 呈现 出非 常 复  杂 的现象 , 需 要 考 虑 到 与之 相 关 的 每 一 个 因素 。 它   本文 主要 集 中论 述 水 基 泥 浆 同 页 岩 地 层 之 间 的液  力机 械效 应 和 化 学 机 械效 应 并 建 立 了考 虑 渗 透 压  化学 势在 内 的用以计算 所需 最小 泥浆 比重 的模 型 。   页岩 正常情 况 下 都饱 和着 地 层水 包 括 间 隙 水 、   自由水和 束缚 水 。在 水基 泥 浆 中 , 岩 内 的所 有 成  页 分并 同水 基 泥 浆 中 的摩 尔 自由能 为 水 流入 或 流 出  页岩 提供 了推 动力 ( 渗透 压 ) 所 导致 的钻井 泥 浆 和  , 页岩 地层 水 之 间 的水 的活 性 差 异 能 够 导 致 井 壁 的  稳定 或者 是不 稳定 。页 岩可 以被 视 为半 透 膜 , 水  使 1 页岩中的井壁失稳机理  页岩 中 的井 壁 不稳 定 性 非 常复 杂 , 因为 其 岩层  问有 不 同的物性 , 同时 也 取决 于溶 胀 行 为 、 能性 、 热   岩石 岩性 以及 化学作 用 。   1 1 液 力机械 作用  . 及溶 质流 入 或 流 出页 岩 层 的渗 透 压 已经 在 实 验 室  中被 成功 的 测 定 出来 _ 。如 果 已知 膜 效 率 和 水 的  9   J 活性 比, 则渗透压可以通过如下公式计算出来  。   p  :l 6m 旷 ,  r   n mu  d 液力 机械 作用 取 决 于 泥 浆 比重 同地 层 孔 隙 压  力 以及岩 石强 度之 间的关 系 , 相关 问题 有 :   () 1  ( )压缩 破坏 : 1 当钻井 液 压 力 过 低 而产 生 高 于  剪切 强度 的剪 切力 时 , 会发 生剪切 破坏 。   未排 水状 态下  P p 十— i  :  + — ——一 Oo   3)一   月  —   ' 一0 0 一 ( i一"   P 已排 水状 态下  P p -   =   p () 3  () 2  ( )拉伸 破坏 : 2 由于 钻井 液 压 力 过 高而 产 生 了  2 1 年 l 2 日收 到  01 1月 4 作者简介 : 柏明星( 94 ) 男 , 18 一 , 东北石油大学教师 , 国克劳斯塔  德 尔工业大学 博士 生。德 国克劳斯 塔 尔工业 大学 研究 员 。研 究方  向: 石油与天然气 开采 , 二氧化碳存储 等。   式 中 ,  井 底 压 力 , aP 为 * 井 地 带 孔 隙 压  P为 MP ;   力 , P ;  M aP 为渗透压 , P ; R为地层孔 隙压力, M aP   MP ;  为 有 效 反 射 因 子 ,无 量 纲 ; 等 于  aJ R 科 学 技 术 与 工 程  1 2卷  834k m/ s g—m l K) V为水 的偏 摩 尔  .1 g?



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