第六章钻孔冲洗及护壁堵漏2(免费阅读).ppt

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工程钻探学课件 工程钻探 主讲人:杜振川 第六章 钻孔冲洗及护壁堵漏 第六章 钻孔冲洗及护壁堵漏 第六章 钻孔冲洗及护壁堵漏 B 渗透水化 : 页岩与冲洗液接触时,页岩表面好像一个半渗透膜,当岩层水和冲洗液之间存在含盐浓度差时,就会产生渗透水化。渗透的方向是低离子浓度溶液的水分子向高离子浓度溶液中迁移。当用淡水泥浆作冲洗液时,页岩中水的离子浓度高,泥浆中的水转移到页岩中去,从而造成页岩的水化膨胀。反之,用高矿化泥浆作冲洗液时,页岩中的水被吸出,造成页岩的去水化。页岩因去水化又会导至页岩开裂而造成孔壁失稳。因此,必须保持页岩中液体的离子浓度与冲洗掖的离子浓度平衡,才会有利于孔壁的稳定。 ①冲洗液对岩层的水化作用 三、钻孔护壁堵漏的基本原理 1、孔壁失稳的分析 孔壁失稳机理: 3)影响孔壁失稳的钻井技术因素 冲洗液对岩层的直接冲刷,使孔壁岩层破坏并导至孔壁失稳的程度,取决于冲洗液循环时在环空中的流速和流态。环空中上返速度大,易形成紊流,对孔壁的冲刷作用便大,不利于孔壁稳定。而流速较小的层流,对孔壁的冲刷作用小,有利于孔壁稳定。 ②冲洗液对孔壁岩层的直接冲刷作用 三、钻孔护壁堵漏的基本原理 1、孔壁失稳的分析 孔壁失稳机理: 3)影响孔壁失稳的钻井技术因素 压力激动是指在有液体的孔内进行升降钻具时,因钻具运动引起的孔内某一点的液体压力的骤增或骤减,这一现象称为压力激动,产生的动压称为激动压力。 ③压力激动对孔壁的破坏作用 三、钻孔护壁堵漏的基本原理 1、孔壁失稳的分析 孔壁失稳机理: 3)影响孔壁失稳的钻井技术因素 压力激动对孔壁的破坏作用是,由于下钻时冲洗液在高速下落的钻具的挤压下产生高的冲击动能,使孔壁周围岩层承受很高的挤压力,孔壁由此而被压裂。 起钻时,粗径钻具如同一活塞,在钻具高速上行时,使钻头下部的空腔产生负压,对孔壁岩层产生抽吸压力,孔壁周围的岩层因失去原来的孔内压力平衡而造成垮塌。孔愈深,下钻或起钻的速度愈大,产生的挤压压力或抽吸压力愈大,对孔壁周围岩石的破坏也愈大。 ③压力激动对孔壁的破坏作用 三、钻孔护壁堵漏的基本原理 2、稳定孔壁的基本原理 依据对孔壁失稳的机理分析,稳定孔璧,必须采取相应的技术措施: (1) 根据孔壁岩层的性质,建立孔内各种压力间的压力平衡,以实现压力平衡钻进; (2) 根据不同岩层产生失稳的特征,选用合理的防塌泥浆,调整其组成及性能,并采用相应的防塌措施。 (3)对于力学不稳定地层,除采用与之相适应的冲洗介质和合理的钻进技术外,应采用凝固性材料固结孔壁岩层,以提高孔壁岩层的稳固强度,达到稳定孔壁的目的。 三、钻孔护壁堵漏的基本原理 2、稳定孔壁的基本原理 维持钻孔一地层间的压力平衡,这是稳定孔壁的有效方法。欲建立钻孔一地层间的压力平衡,首先必须了解在钻井时,孔壁岩层受哪些力的作用,然后建立它们之间的平衡方程。钻井时,依此平衡方程,针对不同地层采取各种技术措施和工艺方法,以维持此平衡方程。 1)压力平衡护壁的原理 三、钻孔护壁堵漏的基本原理 2、稳定孔壁的基本原理 钻井中孔壁岩层所受的力,除了上述的静液柱压力(p W)、上覆岩层压力(p0)和孔隙压力(pp) 3种力之外,尚作用着下列各种作用力: (1) 冲洗液循环的环空压力。这是冲洗液在循环时,途径钻柱和孔壁之间的环空时所需克服的环空阻力。克服此阻力而产生的压力降同样作用在孔壁岩层上,此环空压力以pc表示之。 1)压力平衡护壁的原理 ①孔壁岩层的受力情况 三、钻孔护壁堵漏的基本原理 2、稳定孔壁的基本原理 (2) 激动压力。钻具在孔内升降时,由于钻具的高速运动引起孔内压力的突然升降所造成的瞬时压力值称为激动压力,以ps表示之。 (3) 泥页岩的表面水化力。泥页岩形成时,其中的水份在高压下被挤走,当泥页岩被钻孔揭开时,它与冲洗液相接触,泥页岩要水化吸水,吸水的力等于挤出水分时的压力,此压力即是泥页岩的表面水化力,以pH表示。 1)压力平衡护壁的原理 ①孔壁岩层的受力情况 三、钻孔护壁堵漏的基本原理 2、稳定孔壁的基本原理 (4) 渗透水化力。钻孔一地层系统中,孔壁上形成泥饼(或其他吸附膜)时,此吸附膜如同半透膜,在地层水与冲洗液间存在有含盐量的差别时,便会因渗透压力而产生渗透。此渗透压力即为渗透水化力,以pop表示。 上述各种力,在钻井中有的不是同时作用的。为建立平衡方程,应区分钻孔静止时、钻进时、升降钻具时及力学不稳定地层和遇水不稳定地层的不同情况。 1)压力平衡护壁的原理 ①孔壁岩层的受力情况 三、钻孔护壁堵漏的基本原理 2、稳定孔壁的基本原理 ① 非水敏性地层: 主要是物理力的平衡 P W≥p p(或p W=p p+p t) 式中:p t——为安全而增加的附加

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