出砂水化效应的影响.docVIP

欠平衡钻井高欠压值引发储层伤害原因浅析 另一种通常容易被忽略的储层伤害是由地层的层内非均质性所引起。在高欠压值下，波及到地层径向压力分布，地层流体从井筒远端径向流入井筒的过程中，地层流体与地层的配伍性或许会下降而产生储层伤害。（出砂过程中的粘土矿物的水化膨胀） 目前的主要手段就是通过已有钻井资料中分析所要实施欠平衡井段地层的黏土矿物含量，而黏土矿物含量可以通过岩石中泥质含量的高低来进行评价，因此可用自然伽马测井数据来间接评价地层的水敏性强弱，一般来说泥质含量高，则黏土矿物含量高，地层的水敏性强。在水敏性较强的地层使用欠平衡钻井时要特别注意钻井方式的选择，通常采用纯气体或泡沫钻井方式较为理想。 由于目前使用钻井液还是以水基为主，测井都是在井眼钻完以后进行，此时井壁已经受钻井液的浸泡，所得数据都已经是钻井液与井壁发生化学作用及水化应力作用以后得到的结果。有研究表明，在含泥质地层经水基钻井液浸泡吸水后强度比没有钻井液浸泡下降，并且随着浸泡时间的加长坍塌压力下降越多。因此，在纯气体、雾化和泡沫钻井时应充分考虑此因素的影响。 在欠平衡钻井尤其是气体钻井中，地层出水量的大小是决定采用何种欠平衡钻井方式以及如何在即将钻遇的层位实施钻井方式转换的必要条件。 从地层适应性的角度来看，还应该从岩石硬度、可钻性、地层流体性质和地层伤害等方面进行评价，这里不做细致分析。在强水敏地层一般采用气体或油基钻井液。 1992年，Ozisanya进行了线性膨胀实验，实验研究证明：泥页岩与钻井液接触时，产生膨胀或者压缩取决于钻井液流体、孔隙流体成份和泥页岩矿物成份等因素。钻井工程领域定义，保持岩石体积为常量所需的应力称为“膨胀压”。如果泥页岩与流体接触会产生膨胀，在保持体积不变的情况下，如果膨胀被阻止了，则会导致井周应力的变化。 在进行井壁稳定力学研究时，所选用的钻井液往往仅限于是优质的钻井液，这类钻井液与钻遇层不存在强烈的化学反应。然而，对于泥页岩来说，它是由各种水敏性的矿物构成，因此它本身也是水敏性的，也就是说即便是优质的钻井液也无法避免泥页岩与它产生物理化学反应，对于每一种特定岩石，它和钻井液的相互作用剧烈程度也是一定的。 因此，这种水化作用剧烈程度就是判断钻井液的标准，当然这种水化作用越弱越好，但是对井壁稳定性物理化学耦合分析时，则要能够在发生水化作用条件下计算出井壁四周岩石应力大小，然后利用强度准则判断出井壁的坍塌压力。然而要进行这种力学与化学的耦合分析并不容易，这是因为当钻井液与井壁之间发生相互作用时，会导致井壁四周出现一个水侵带，更为复杂的是，在水侵带的范围内岩石的各种物性参数（比如岩石强度参数、含水量、弹性模量等）随环境的变化是不断发生变化的，而且由于水侵带的存在，岩石也呈现出不均匀的特点。 自钻头开始运转，一旦形成井眼，则井壁围岩就和钻井液在周围的环境下进行着各种各样的物理化学反应，这些作用主要有以下几条：①泥页岩与钻井液的离子间进行相互交换； ②由于两者之间的水化学势差异原因引起的渗透作用； ③钻井液中的水在井底压差驱使下沿泥页岩的裂缝渗入； ④泥页岩的微裂缝产生的毛管力引起的渗析作用等。 在这些物理化学作用下，导致泥页岩发生吸水从而导致体积膨胀、强度减小，严重可导致岩石分散等后果。 然而，水化应力的计算式仅仅可以描述和计算围岩与钻井液之间产生的水化应力， 但是没有涉及如何反映出围岩内部在水化作用时产生的水化应力情况，要进行井壁围岩 与钻井液之间以及围岩内部的水化应力研究与分析，一般采取的的研究思路是：通过模 拟实验进行模拟研究，在进行井下模拟研究水化作用时，要得到的资料有以下几点： (1)井壁围岩中的侵入水的多少与作用半径参数以及时间参数之间变化关系，也就是W=W(r，t)。当关系式中时间一定时，井眼周围泥页岩中的含水大小与作用半径大小成反比，作用半径越小，侵入水量越大，反之也成立。显然，作用时间越久，泥页岩中的水量越大。但这种增大并不是没有上限的，当作用时间达到一定值时，侵入水量逐渐达到稳定平衡。井壁四周的泥页岩的侵入水量随着钻井液的种类改变而变化。 (2)对于泥页岩水平方向上由于的吸水膨胀产生的应变h以及在竖直方向上产生的应变v与泥页岩中的侵入水量之间的关系可以由以下表达式描述：εv, εh= f(W)。由于吸水膨胀而产生的应变会促使化学作用力的产生，这种化学作用力随着侵入水量的变化而改变。 (3)井壁四周的泥页岩的吸水能力要确定，也就是吸水扩散常数Cf 值(其定义将在后面介绍)。 3.4泥页岩的水化膨胀应变 要特别说明的是，要想所做的水化膨胀实验更加符合现场环境的要求，应该采取以下措施:实验温度和压力应接近实际井筒压力与温度环境;对于钻井液要求模拟井下钻井状态，让其进行模拟循环;不能间断式的测定竖