泥页岩井眼稳定的力学及化学耦合方法研究

钻井过程中,由于钻井液的物理、化学特性的影响、页岩发生不同程度的水化现象,一方面地层中产生水化膨胀应力;另一方面又削弱了井壁岩石的力学强度。由此导致了井壁失稳的发生。文中建立的模型将钻井液对泥、页岩水化所产生的力学效应与纯力学效应结合起来,克服人前人片面分析井壁失稳问题的缺陷。利用该模型可确定出安全的钻井液密度窗口。     

页岩地层中水与离子渗透规律的建模与求解

建立了钻井过程中流体由井眼向页岩地层瞬时流动的数学模型,该模型考虑了因水压梯度,渗透势梯度和离子浓度等不同引起水和离子的耦合流,计算了离子浓度和水压传递随时间的变化,并研究了不同钻井条件下水和离子的流动特点,模型可以优化钻井液与页岩地层之间的相互作用,有助于钻井液性能的优化设计,本文提供的求解方法有助于建立俣理井底水压差和渗透势,以使流入或流出页岩地层的流体最少,达到稳定井壁的目的。     

页岩地层产状对水平井井眼破坏的影响

页岩地层的钻井作业尤其是水平井的钻井作业持续增加,页岩地层的水平井钻井过程往往伴随着一
系列井壁稳定问题。为此,利用坐标转换和弱面滑动破坏理论,建立了页岩地层水平井井眼破坏程度预测和坍塌
压力计算模型。利用所建模型分析了页岩地层产状对水平井井眼破坏形状的影响和坍塌压力的影响。分析表明,
页岩层理面滑动破坏后的水平井井眼总体呈“四叶状”,破坏程度较小时可能呈“狗耳朵”状;垂直于层理面或与层
理面夹角较小的水平井破坏程度较小,甚至不会发生层理面滑动破坏。所建模型及分析结果可用于优化页岩地层
水平井钻井方向,避免钻井过程中发生层理面滑动破坏,防止水平井井眼稳定因页岩层理面而恶化。     

椭圆形井眼的井壁稳定分析

本文分析了由井眼崩落造成的椭圆形井眼的井壁稳定问题，推导出了椭圆形井眼的地层破坏压力和地层坝塌压力的计算式，结果表明椭圆形井眼的破裂压力和坝塌压力都比圆形井眼大，从而提高了钻井液密度的设计下限。     

化学位井眼稳定模型

本文介绍了建立化学位井眼稳定模型的前提、化学位井眼稳定模型及页岩水活度测定或估算方法。     

斜井井眼清洗模型

为满足定向井，水平井和大位移井井眼清洗分析和水力参数设计的需要，提出了一个考虑岩屑尺寸。岩屑密度，钻井液性能，井斜角，钻柱旋转等影响因素的斜井井眼清洗模型。应用实例表明。该模型可靠性较高。     

水基硅酸盐钻井液的页岩井眼稳定性研究

结合室内实验数据,分析了硅酸盐钻井液粘土稳定作用的主要影响因素。结果表明,硅酸盐的模数在2.8—3.2、加量在3％—5％时钻井液抑制性能较好,无机盐与硅酸盐的协同效应提高了硅酸盐的抑制性能。提出硅酸盐稳定页岩井壁的机理为:硅酸盐形成凝肢与沉淀堵塞微裂缝与页岩孔隙,阻止滤液进入地层,减少压力穿透;抑制粘土矿物水化膨胀与分散;与无机盐协同作用阻止水进入地层;与粘土矿物反应导致渗透率降低等。     

页岩稳定的基本原理：水可以穿过页岩

在页岩抑制区里能够改变水基泥浆的性能，但是，在提高现存泥浆体系的性能之前，一定要充分理解水侵页岩以及目前抑制性添加剂的运行机理。现在已研究出一项实验技术，即：使用放射性示踪剂监测水和所选择的溶解性离子穿过一个页岩岩心栓的过程。通过改变实验参数，例如，水的组成成分和施加的压降，就可证明水穿过页岩的主要机理。在施加压力为零条件下，扩散过程就控制着水和离子穿过页岩的运动。浓度梯度是离子样品穿过页岩进行传     

化学剂和热对页岩地层井筒稳定性的影响

一种新的三维井筒稳定性模型包括热应力以及水河溶质进出页岩地层的流量。使井壁周围的机械应力与温度和方位角的变化结合。计算应力分布半径和方位角变化及破裂指数，以检验井筒故障。模拟结果表明，在页岩内能产生最大或最小孔隙压力并能导致井筒故障。研究不同时间和位置的孔隙压力，并证明临界泥浆比重是随时间变化的。     

溶质离子扩散条件下泥页岩力学与化学井眼稳定模型研究

井壁失稳是钻井工程中经常遇到的一个十分复杂的问题，影响井壁稳定的因素是多方面的。以往建立的化学力学井眼稳定模型认为泥页岩表面有一层半透膜，通过引入膜效率系数，把钻井液与泥页岩相互作用所产生的力效应和纯力学结合起来。笔者认为水和溶质离子的流动改变了井壁孔隙压力，从而导致井壁失稳，在建立近井壁孔隙压力传递模型的基础上，考虑钻井液与泥页岩之间的水和离子的流动，建立了一个评价泥页岩化学与力学井眼稳定的新模型。模型计算结果表明：井眼失稳既可以发生在井壁，也可以发生在泥页岩内部，并具有时间效应；同时表明水的活度与溶液的性质是影响泥页岩井眼稳定的重要因素。     

斜井中泥页岩井眼稳定的力学化学耦合模型

根据斜井中井眼稳定的要求将流体流动概念与钻井液和泥页岩间的化学势差概念结合起来，建立了一个井眼稳定的力学化学耦合模型。利用该模型可确定地层孔隙压力和保持井眼稳定的最优钻井液密度等参数。结合侧钻井实例对该模型进行了分析。     

泥页岩稳定性的化学与力学耦合研究

泥页岩井壁失稳的化学与力学耦合作用是井壁稳定性研究中较为关注的问题，对该问题的国内外研究现状作了较为详细的调研，对泥页岩水化和泥页岩稳定问题进行了全面的研究回顾与现状分析。尤其是重点分析了90年代以来出现的将泥页岩水化的力学问题与化学问题相互耦合的研究。     

大斜度井泥页岩井壁珠力学分析

大斜度井泥页岩的井壁稳定对油气井的正常钻井十分重要。从岩石力学的角度出发，根据地壳岩石的特性建立了各向性的线弹性力学模型，并用莫尔－库仑强度准则对井壁失 稳进行了分析。     

椭圆形井眼的井壁稳定分析

本文分析了由井眼崩落造成的椭圆形井眼的井壁稳定问题,推导出了椭圆形井眼的地层破坏压力和地层坍塌压力的计算式,结果表明椭圆形井眼的破裂压力和坍塌压力都比圆形井眼大,从而提高了钻井液密度的设计下限。     

即时封堵防塌水基钻井液在四川页岩地层的应用

针对四川盆地多个构造采用普通的水基钻井液体系斜穿页岩井段时遇到的井壁失稳难题,结合国内外对页岩理化性能的研究成果,在钾聚磺钻井液的基础上引入润湿反转技术、固相粒度分布调节技术、瞬时失水控制技术,形成一套具有即时封堵井壁孔隙、即时胶结近井壁带微裂缝、即时形成油润湿性致密滤饼特征的钻井液技术。该技术
在公山庙、莲花山、张家坪等构造大斜度长页岩井段和破碎性垮塌井段进行了应用,取得了钻井周期节约 33.5%,机械钻速提高 29.4%,井径扩大率降低 52.0%,划眼时率降低 93.9% 的良好效果,同时为使用水基钻井液钻页岩水平井提供了一定的技术积累和新的思路。      

页岩的物理化学稳定性

本文回顾了当前对页岩与钻井液之间的物理化学作用的理解，澄清了页岩中的传递（如水力流动、渗透、离子和压力扩散）与控制页岩稳定性的化学变化（如离子交换、含水量与膨胀压的变化）两者之间的复杂关系。结合对页岩－流体间作用的理解，介绍了改善钻屑、井眼稳定性和降低钻头泥包的水基钻井液技术的最新发展动态。讨论了水基页岩稳定剂的类型。此外，基于它们对页岩的稳定作用及其效果，对页岩钻井液体系进行了分类。结果表明，和