泥浆井壁失稳主要类型及其机理分析.docVIP

《现代钻井液技术》简答题 1、泥浆井壁失稳主要类型及其机理分析 答:井眼由于地质因素、泥页岩与泥浆相互作用和钻井作业等因素而出现不稳定的问题,即井壁失稳问题,这是钻井系统工程中所遇到的一个十分复杂的世界性难题。 失稳类型：造成井壁失稳的原因是错综复杂的,一般可主要归结为两方面的因素:地层力学因素和物理化学因素.不论是地层力学因素还是物理化学因素,最终均可归结为井壁力学不稳定所致.从化学角度来说，主要可分为两个方面：泥浆密度过低,泥浆液柱压力难于支撑力学不稳定的地层；泥浆液柱压力高于地层孔隙应力,驱使泥浆进入泥页岩孔隙,产生压力穿透效应,使井眼附近的泥页岩含水量增加,孔隙压力增大,泥页岩强度降低。 在整个生产过程中，井壁失稳的类型主要有以下五个方面：(1)钻遇微裂缝发育的地层；(2)当钻遇脆性地层时,钻具震动就会引起碎裂；(3)泥浆密度过高产生张应力,使上述两种地层结构稳定性降低；(4)泥浆密度过低使泥页岩承受过大的挤压应力；(5)孔隙压力穿透作用使孔隙压力增大,泥浆液柱压力对井壁的有效支撑力减少,泥页岩承受过大的拉伸应力。 机理分析：（1）泥浆的浸入使泥页岩含水量增加,密度下降,沿井眼周围产生微裂缝,因而泥页岩强度降低。密度过低时泥浆侵入造成的微裂缝发育更为严重。在泥浆中加入氯化钾能够有效地抑制泥页岩膨胀和微裂缝的发展,但当泥浆密度过低、不足以平衡地层压力时,井眼周围仍会有大量的微裂缝产生。水基泥浆侵入泥页岩和泥浆密度使用不当的共同作用将产生严重的井眼不稳定问题。（2）井眼周围压应力过高会产生微裂缝。这些微裂缝起初很靠近井眼,随后不断发育而向深部发展。与井眼垂直和水平的两种裂缝的不断发展并相互结合就引起了井塌和井眼扩大。裂纹的产生促进了泥浆水的进一步渗入,裂纹变深变宽,到一定程度后裂纹发生转向而形成周向裂纹,其过程是随时间的延长而逐渐发展扩大。泥页岩不稳定的决定性机理是保持泥页岩颗粒间接触点的氢键联结的稳定性被破坏。（3）在水敏性泥页岩中,稳定作用取决于颗粒表面之间的氢键(由泥页岩颗粒表面的硅醇形成)。当水溶液削弱了泥页岩颗粒之间的结合力时,强度降低,粘土的膨胀力便成为泥页岩分散的主要因素。采用油基泥浆时由于连续油相对相邻泥页岩颗粒接触点之间的氢键没有干扰,泥页岩接触点之间的结合力也就不受影响。总之，井壁稳定主要由井眼的压力状态所控制,而井眼压力状态又决定于孔隙压力及其变化和原始的地层强度。同时，泥页岩含水量的变化对泥页岩的岩石性能有直接和重要的影响。泥页岩含水量增加时强度大幅度下降,含水量减少时抗压强度明显提高。泥页岩含水量的变化决定井眼周围孔隙压力的变化,也就决定泥页岩强度的变化。含水量是影响硬脆性泥页岩稳定性的重要因素,含水量的微小变化会引起硬脆性泥页岩稳定性的很大变化,影响程度甚至大大超过一些稳定剂。因此控制泥浆水渗入泥页岩是井壁稳定的关键措施；地层的裂缝和微裂缝发育可增大粘土与水的接触面积,促进泥页岩的水化裂解。 从以上研究结果可以看出,井内泥浆对泥页岩的化学作用最终可以归结到对井壁岩石力学性能参数、强度参数和近井壁应力状态的改变。泥页岩吸水一方面改变井壁岩石的力学性能,使岩石强度降低；另一方面产生水化膨胀,如果这种膨胀受到约束便会产生膨胀应力,从而改变近井壁的应力状态,诱发或加剧井壁岩石的受力不平衡。要彻底解决泥页岩井壁失稳问题,就应该将影响井壁稳定性的化学作用和由此产生的力学效应有机地结合起来,研究出新的泥浆处理剂井壁稳定机理。 2、阐述“多元协同”防塌机理 答：井壁稳定是油气田钻井过程中普遍存在的一个世界性技术难题,以往在井壁失稳机理与稳定技术措施的研究方面,由于问题的复杂性、研究思路的单一性和片面性以及研究手段的局限性,该问题一直未能得到很好地解决。因此,对井壁稳定性的研究不能单纯从化学和力学两个角度进行,应将两者有机地结合起来,深入地探明地层特征,弄清井壁坍塌机理,从而有针对性地提出防塌措施和钻井液技术方案,真正做到防止井壁坍塌。为此研究、提出了“物化封固井壁阻缓压力传递---加强抑制水化---化学位活度平衡---合理密度有效应力支撑”的“多元协同”稳定井壁新理论。 钻井液滤液和压力向地层的传递是泥页岩井壁产生水化失稳的首要因素。泥页岩的渗透率极低,而其水化能力强。一旦水化,孔隙压力无法迅速传递出去,势必造成孔隙压力增加及钻井液液柱有效支撑应力下降,这是井壁失稳的首要原因。因此,对于一些层理、孔隙、裂缝发育或破碎性地层,应该以加强钻井液封堵孔缝和胶结的能力。阻缓滤液侵入为主,减少水化应力,尽可能阻缓水化引起的井壁岩石强度降低。 由于泥页岩的渗透率极低,可部分阻止离子通过而起到半透膜作用,且泥页岩与钻井液间的半透膜效率可通过调整钻井液类型和钻井液水活度来进行改善,使化学渗透压部分抵消水力压差引起的压力传递和滤