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钻井液与完井液.ppt

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泥浆液流冲蚀抽吸作用钻柱碰撞井壁由于起钻未灌泥浆、井漏、井喷等引起钻井工艺方面:03水化膨胀压改变井周应力分布降低岩石强度削弱粒间连接,造成剥落掉块使孔隙压力增大泥页岩水化:02异常地层压力构造应力大(地应力大)地层倾斜等地质方面:01井塌的原因页岩中砂岩透镜体孔隙压力异常引起坍塌示意图受预应力作用(地层倾角大、断层附近地层破碎等)页岩坍塌示意图01020304井壁力学不稳定的三种可能机理构造应力非正常孔隙压力裂缝0102表面水化:驱动力:表面水化能(为主)、范德华力、静电引力特点:作用距离短,膨胀压大,体积膨胀小渗透水化:驱动力:双电层斥力(为主)、渗透压力特点:作用距离长,体积膨胀大,膨胀压小,达平衡慢,电解质影响显著关于泥页岩水化软胶泥页岩具有应力和压力的页岩水敏性硬质页岩具有微裂缝的页岩泥页岩分类(按坍塌原因分)我国井壁不稳定地层分类1.胶结差的砂、砾、黄土层钻井液技术要点:一般采用高粘切、高膨润土含量的膨润土浆或正电胶膨润土浆。2.层理裂隙不发育、软的砂岩与泥页岩互层易膨胀强分散的砂岩与泥页岩互层(强包被聚合物钻井液,改善泥饼质量)不易膨胀强分散的砂岩与泥页岩互层(强包被聚合物、聚磺钻井液,紊流带砂,加强固控)中等分散砂岩与泥页岩互层(阴离子、两性离子、阳离子聚合物钻井液)易膨胀强分散泥页岩(强抑制、有效封堵)易膨胀中等至弱分散泥页岩(强抑制、强封堵)弱膨胀弱分散泥页岩(强封堵)层理裂隙发育的泥页岩合理钻井液密度;采用沥青类、植物油渣、磺化酚醛树脂、褐煤类等处理剂封堵层理、裂隙,阻止滤液进入;降低高温高压滤失量与泥饼渗透性,pH值低于9;依据地层矿物组分与理化性质选钻井液类型;选用合适泵量与环空返速,即保证带砂又呈层流以减少冲刷。钻井液技术要点:我国井壁不稳定地层分类含盐膏地层纯厚盐膏层钻井液技术要点:合理密度的欠饱和、饱和盐水钻井液,防缩径、防盐溶解扩径、防蠕变。盐、膏、泥复合地层钻井液技术要点:抑制性强的饱和盐水钻井液、油包水钻井液,合理密度防缩径,封堵泥页岩防井塌,合理返速及流变参数,性能稳定。12345我国井壁不稳定地层分类040301025。裂隙发育的特种岩性地层裂隙发育、破碎,如煤层、玄武岩、辉绿岩、凝灰岩、灰岩等钻井液技术要点:合理钻井液密度;依据夹层粘土矿物选钻井液类型,一般选强抑制强封堵的体系,适当提高返速与粘切以带砂和坍塌物,但应避免紊流冲蚀。我国井壁不稳定地层分类6。强地应力作用下的深层硬脆性砂岩、泥页岩地层特点:深层、强地应力、大多裂隙发育、粘土矿物以伊利石、伊蒙有序间层为主,不易膨胀不易分散,岩石可钻性大于6级。钻井液技术要点:合理密度,提高封堵能力,,适当提高抑制性,高温高压下合适的流变性和优良失水造壁性。我国井壁不稳定地层分类实验研究方法泥页岩组构分析X射线衍射,电镜,薄片分析,红外,差热分析等可溶盐含量分析:化学分析方法含水量测定:密度法,吸附等温线法阳离子交换容量:亚甲基蓝法,醋酸铵法等密度测定:李氏密度瓶Ensulin吸水测定仪膨胀性测定:常温常压,高温高压分散性测定:滚动回收率法,CST法泥页岩介电常数测定1针入度实验(测水化过程中的剪切强度变化)2三轴应力试验3井眼模拟装置(DSC)4力学化学藕合研究(水化对应力分布的影响、水化后强度测定等)5压力穿透,离子和水份传递(孔隙压力传递实验、微滤失实验)6测井资料分析7实验研究方法膨胀法---常出现难以解释的结果1滚动回收率法---抑制分散2CST法---抑制分散3SSI法---不能反映水化对强度的影响4DSC---大型仪器5三轴岩石力学测试装置---岩样制备困难6孔隙压力传递实验、微滤失实验---研究压力、水、离子的传递(发展方向)7粒度测定8针入度法9钻井液防塌能力评价方法WW?hR?N?H?T测试原理示意图泥页岩水化时间的影响钻井液防塌能力评价驱动力:水力压差、化学势差、温度差、电势差规律:泥页岩中压力传递速度比溶质和离子扩散速度快1-2个数量级;后者又比钻井液滤液的达西流快1-2个数量级钻井液液相进入地层,引起地层孔隙压力、膨胀压力升高,降低岩石强度,改变其力学性能是造成井壁不稳定的主要原因010302钻井液与泥页岩间的传递作用89年Texas大学的和提出,据热弹性力学理论,对泥页岩水化产生的力学效应建立定量化模型;其关键是如

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