气体钻井条件下泥页岩井周径向自吸规律研究.pdfVIP

油气藏地质及徽工程国獯最实验室缸次国际貅研讨靓文黛≥ 气体钻井条件下泥页岩井周径向自吸规律研究 周玉良孟英峰李皋 张林赵向阳 (“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学，四川成都610500：) 摘要：单相渗流，总吸附水量相关法不能够模拟气水两相渗流，不能反映温度围压对气水两相渗流 的影响，由此建立了气水两相渗流模型来研究气体钻井过程中地层出水时，气饱和泥页岩的自吸规律． 采用有限差分法求解该模型，并绘制了舍水饱和度。孔隙水压力，孔隙气压力的时空分布曲线，由此 可分析气饱和泥页岩的吸水规律，为对地应力分析、坍塌密度，岩石力学参数等计算打下基础．最后 将理论计算的吸水质量曲线，吸水前沿推进曲线与室内实验结果进行对比分析，发现结果较为吻合， 从而验证模型的正确性。 关键词：自吸；泥页岩‘9水气两相渗流；气体钻井 I 引言 气体钻井过程中，钻遇地层出水，在环空气流的携带作用下，地层水以液滴的形式上升，在上 升过程中不断的撞击气饱和泥页岩地层井壁，并形成一层毫米级的液膜，液膜中的水一面在毛管力 作用下不断侵入气饱和泥页岩地层，又在重力作用下向下运动，一面又有新的液滴撞击到泥页岩井 壁形成液膜，液膜厚度会达到一个动态的平衡，水持续地被吸入气饱和泥页岩地层，从而导致泥页 岩地层井壁水化膨胀失稳。 以往多以单相渗流、总吸附水量相关法来模拟水侵过程，但以上方法不能确切的描述气水两相 渗流过程，均未考虑围压和温度的影响，且前者不能描述地层含水饱和度及含水量的变化规律，后 者只能描述含水量的变化【Il。采用气水两相渗流理论来模拟气饱和泥页岩的井周径向自吸更符合气 体钻井过程中的实际情况。 2建立井周径向自吸模型 2．1井周径向自吸模型假设 1)将气饱和泥页岩地层视为单一均质孔隙介质，原始地层情况下水只以束缚水形式存在于气饱 和泥页岩地层中，不考虑钻井滤液与地层水浓度差的作用；2)整个水侵过程都发生在近井壁泄压带 内；3)水的渗流满足低速非达西渗流，并考虑水的启动压力梯度，考虑气体的滑脱效应；4)驱替为非 活塞式驱替：5)不考虑水和泥页岩的压缩性，即水的密度、泥页岩孔隙度均为常数，气体视为理想 气体，水侵入泥页岩过程中，温度恒定不变；6)在水侵过程中，暂不考虑水与泥页岩的水化作用； 7)两相之问没有传质，流体粘度为常数。 2．2井周径向自吸模型推导 气饱和泥页岩地层井周径向自吸过程是泥页岩地层水驱气的过程，泥页岩中流体的流动是气水 两相流在多孔介质中的流动。由此分别建立气水渗流方程‘2·31，孔隙水压力(只，)、孔隙气压力(段) 及毛管力(Pc)的关系： ·677· 气体钻井条件下泥页岩井周径向自吸规律研究 pc=p《一pw (1) 泥页岩中的孔隙均由水和气体完全充满，即有： S 21 w+S (2) g 水相渗流运动方程【2·3】： -w《(1南慨，吵九 ‰=Ol砜I无 用考虑了滑脱效应的非达西低速渗流理论描述气体渗流的运动方程为‘乞31．． 了g=一K_．Lg (4) vPg(1+垒) ∥g P 式中，p--3zitJ压，J，它等于岩心进口压力和出口压力的平均值p=(A+仍)／2，MPa；