下载文档原格式
威远地区页岩气水平钻井井壁稳定影响因素分析威远地区是四川盆地页岩气资源非常丰富的地区之一，页岩气水平钻井井壁稳定性是页岩气开发中一个重要的问题。
本文将对威远地区页岩气水平钻井井壁稳定的影响因素进行分析，以期为页岩气开发提供参考。
一、地质条件威远地区处于四川盆地西北缘，地处成都、绵阳、广元三市的交汇处，其地质构造以隆起为主。
该地区的页岩气储层主要分布在下侏罗统和中侏罗统地层，页岩气储层岩性为泥页岩和页岩，孔隙度较小，渗透率较低。
受地质构造和构造运动的影响，地下应力复杂，存在较大的地应力梯度，这是影响井壁稳定性的主要地质因素之一。
三、钻井液性能钻井液在水平钻井中起着非常重要的作用，其性能直接影响到井壁的稳定性。
在威远地区页岩气水平钻井中，由于地层的特殊性，通常会选择高密度、高黏度的钻井液，以增加井壁支撑力和稳定性。
还需要加入一定的井壁保护剂和抑制剂，以减小井壁的侵蚀和破坏，提高井壁的稳定性。
四、施工工艺水平钻井的施工工艺对井壁稳定性也有很大的影响。
在威远地区进行页岩气水平钻井时，需要选择合适的钻具和施工工艺，以减小地下应力的影响和地质构造的影响，提高井壁的稳定性。
还需要对井眼进行定向和轨迹控制，以保证钻井的顺利进行和井壁的稳定性。
五、温度和压力在页岩气水平钻井中，地层的温度和压力也是影响井壁稳定性的重要因素。
在威远地区，由于地层深度较大，地温和地压较高，这就对钻井液的性能和钻具的选择提出了更高的要求。
还需要加强对井眼周围地层的分析和评价，以确定井壁稳定的技术措施和支撑材料。
威远地区页岩气水平钻井井壁稳定的影响因素包括地质条件、井筒结构、钻井液性能、施工工艺和温度压力等多个方面。
针对这些影响因素，需要选择合适的技术措施和支撑材料，以保证页岩气水平钻井的顺利进行和井壁的稳定性。
希望本文的分析能为威远地区页岩气开发提供一定的参考和指导。
钻井工程井壁稳定新技术井壁稳定问题包括钻井过程中的井壁坍塌或缩径（由于岩石的剪切破坏或塑性流动）和地层破裂或压裂（由于岩石的拉伸破裂）两种类型。
一、化学因素井壁稳定机理：1、温度和压力对泥岩水化膨胀性能的影响：膨润土水化膨胀速率和膨胀量随着温度的增高而明显的提高，尤其当温度超过120℃时，膨胀曲线形状有较大的变化，膨润土的膨胀程度随着压力的增高而明显下降。
2、泥页岩水化在10～24h范围内出现Na＋突然释放现象，阳离子释放总量及Na＋释放所占的比例越高，泥页岩越易分散，就越易引起井塌。
3、PH值水溶液中PH值低于9时，影响不大，PH值继续增加，泥岩岩水化膨胀加剧，促使泥页岩坍塌。
4、活度与半透膜对泥页岩水化的影响水基钻井液可通过加入无机盐降低活度来减缓泥岩水化膨胀；半透膜影响存有争议。
二、各种防塌处理剂稳定井壁机理1、K+防塌机理一是离子交换，另一是晶格固定，对不同类型的泥页岩，其作用方式不相同，随着PH值的增高，混入Ga2+、Na +等离子浓度的增加，会阻碍对泥页岩的固定作用。
钾离子主要对于蒙皂石等高活性粘土矿物起抑制作用。
2、硅酸盐类稳定剂（1）硅酸盐稳定粘土机理：1）主要机理：尺寸较宽的硅酸粒子通过吸附、扩散等途径结合到粘土晶层端部，堵塞粘土层片间的缝隙，抑制粘土的水化，从而稳定粘土，在某些极端的应用条件（如高温、长时间接触等）下，硅酸盐能与粘土进行化学反应长身无定形的、胶结力很大的物质，使粘土等矿物颗粒凝结层牢固的整体。
2）次要机理：负电性硅酸粒子结合到已经预水化的粘土颗粒端部，使其电动电位升高，粘度、切力和滤失量下降，有利于形成薄而韧的泥饼。
（2）硅粒子防塌机理有机硅在泥岩表面迅速展开，形成薄膜，在一定温度下，有机硅中的—Si—OH基和粘土表面的—Si—OH基缩合脱水形成—Si—O—Si—键，在粘土表面形成一种很强的化学吸附作用，同时有机硅中的有机基团有憎水作用，使粘土表面发生润湿反转，从而使泥岩水化得到控制。
浅谈通过物理化学方法控制水平井井壁稳定摘要：泥页岩井壁不稳定是钻井作业中的一大难题，水平井作业中该问题尤为突出，为了更好的控制水平井钻井施工过程中的井壁坍塌问题，本文抛开力学原因（即钻井液密度）造成的井塌，从物理化学角度出发，研究分析井塌控制方法。
本文先后对泥岩水化效应、钻井液滤失量、滤饼物性等方面进行分析，通过对钻井液组分的调整，优化了以上特性，达到了控制井壁坍塌的目的，同时也避免了单一的利用密度控制井塌后密度过高所产生的副作用。
关键词：水平井泥岩钻井液滤失量滤饼1、泥岩水化效应对井壁稳定的影响水基钻井液与泥页岩之间会产生水化作用并改变泥页岩中的应力状态和岩石强度，泥页岩的水化问题实际上是由于渗透水化作用引起的，渗透有两层含义，一是指流体在压差作用下在孔隙介质中运移，另一个是指泥页岩井壁存在半透膜特性，由于膜两侧流体的化学势不同而导致流体穿过半透膜发生运移，所以只有进行钻井液化学和井壁围岩力学的耦合研究，才能确定出在给定钻井液下保持井壁稳定所需的合理钻井液密度。
然而，泥页岩并不是理想的半透膜，它不仅允许水通过，也允许部分溶质通过，水和溶质的运移改变了体系中各组分的化学势，泥页岩孔隙中流体的浓度不再是一个常数，建立了一个将水和溶质耦合流动结合到井壁稳定计算中的模型，其数值模拟结果表明，化学作用对井壁稳定有重要影响，从该模型中可以计算出给定泥页岩地层的防塌钻井液密度。
2、钻井液滤失量及滤饼物性对井壁稳定的影响2.1钻井液滤失量从比亲水量、能量守恒以及岩石断裂力学等方面分析了钻井液封堵特性和滤失量对防止井壁坍塌的重要作用。
根据现场实例指出：岩石内部微裂纹在应力作用下的扩展促进了微裂纹的连接，随之侵入的钻井液滤液与岩石间的物理化学反应使岩石内能增加进一步加速了岩石裂纹的扩展，是造成井壁坍塌和失稳的主要原因。
因此，加强钻井液封堵性能，降低钻井液滤失量，防止岩石与钻井液滤液间的物理化学作用是防止井壁坍塌的重要途径。
泥页岩水化作用下井壁失稳的强度理论研究的开题报告一、选题背景钻井工程在天然气、石油等矿产资源开采中发挥重要作用，但在实际操作中，井壁稳定性问题一直是钻井过程中的重要难点，其中一个主要原因是泥页岩水化作用引起。
泥页岩是一种含水量较高的岩石，在钻井过程中，钻机采用钻头进行钻探，开挖井孔。
钻探的同时，自然地水化产物会导致岩体改变、膨胀和软化，岩体逐渐受到失稳威胁，因此井壁稳定性的问题应引起足够的重视。
二、研究意义目前，常规的钻井作业仅仅用手动判断井壁稳定的程度，做出相应的防护措施。
但是，随着工程规模的逐渐扩大，手动判断的方法显然已经逐渐不能满足需求，需要一种更加科学、准确的方法。
因此，对泥页岩水化作用下井壁失稳的强度理论进行研究，可以帮助我们更加深入地了解岩石物理力学特性，提出更加精确的预测方法，为工程实践提供更有力的支持。
三、研究方法本研究将采用理论分析的方法，通过对泥页岩在水化作用下的物理力学特性进行分析研究，确定泥页岩水化作用下井壁失稳的强度理论及其机制。
具体包括以下步骤：1. 收集国内外关于岩石泥页岩水化作用下井壁失稳的强度理论相关文献、资料，对其进行综合分析、评价。
2. 在分析泥页岩水化作用下物理力学特性基础上，建立泥页岩水化作用下井壁失稳的强度理论模型，精细化传导破裂机制进行分析。
3. 采用实验模拟方法，验证模型的理论推导正确性。
4. 最终通过模型的应用实例，验证其在钻井工程中的可行性和可靠性。
四、预期研究结果1. 成功建立泥页岩水化作用下井壁失稳的强度理论模型，深入了解泥页岩水化作用下井壁失稳的机制和规律。
2. 确定泥页岩水化作用下井壁失稳的关键影响因素，提出相应的防治措施。
3. 提出一种新的预测方法，可应用于泥页岩水化作用下井壁失稳的实际工程。
五、研究计划安排时间节点|主要工作-|-第1-2个月|文献资料收集、整理与调研，确定研究方案和指标。
第3-4个月|实验方案设计和实验数据记录，提出一般性的理论模型。
BZ25-1油田软泥页岩井壁稳定机理及其应用摘要：本文研究了BZ25-1油田软泥页岩井壁的稳定机理及其应用，通过分析软泥页岩的性质和特点，探究了软泥页岩在钻井过程中的变形和稳定问题。
同时，对于软泥页岩的工程应用进行了研究，包括钻井液体系设计、井壁支护措施等。
最后，通过实际应用案例论证了BZ25-1油田软泥页岩井壁稳定方案的可行性和有效性。
关键词：软泥页岩，井壁稳定，工程应用Introduction随着深部油气资源的逐渐开发，软泥页岩油气藏的勘探和开采逐渐受到人们的关注。
由于软泥页岩的特殊性质，其钻井过程中的井壁稳定问题一直是油气勘探和开采的难点之一。
因此，研究软泥页岩井壁的稳定机理及其应用有着重要的实际意义。
本文以BZ25-1油田为例，通过分析软泥页岩的物理、机械和岩石学特征，探究软泥页岩在钻井过程中的变形和稳定规律。
同时，对于软泥页岩的工程应用进行了研究，包括钻井液体系设计、井壁支护措施和实际应用案例等。
Soft Mud Shale软泥页岩是由细粘土和粉状矿物质组成的沉积岩石，在地质构造、埋深和孔隙结构等方面具有很高的异质性。
在钻井过程中，软泥页岩的变形和稳定问题主要受到以下因素的影响：一、钻头对软泥页岩的切削作用导致了岩屑的生成，增加了钻井液的循环阻力和强度损失。
二、井壁对软泥页岩的限制作用导致了周围地层的变形和应力分布，急剧增加了井眼稳定的难度。
三、钻井液的化学和物理特性对于软泥页岩的影响较大，比如流变性能、酸度和沉积物质的选择等，这些因素都可能影响到软泥页岩井壁的稳定性。
井壁稳定机理井壁稳定的实质是在维持油气勘探和开采的同时，尽可能避免地层的破坏和岩屑的产生。
因此，井壁稳定机理主要是通过以下三方面措施来实现的：一、通过控制钻井液的物理和化学性质，减少对软泥页岩的侵蚀和损伤，从而减少钻井中的岩屑产生。
二、通过改善井壁结构和增加支撑强度，减少井眼的变形和应力分布，从而提高井壁的稳定性。
三、钻进过程中及时监测井壁的变化和应力分布，进行井壁支撑和补强，以避免与地层破坏和失稳的问题。
钻井过程中井壁稳定分析与对策钻井过程中井壁稳定分析与对策当前，我国油田开发力度加大，逐步向深层、深海区块延伸，水平井、大位移井等特殊井身结构钻井应用增多，井壁坍塌等井下事故也相应增加，极易在钻井中出现井壁缩径、坍塌、地层压裂等情况，坍塌机理比较复杂，很难预防，影响钻井井下安全和钻井持续性。
因此，有必要对井壁稳定性进行分析，有针对性的提出提升井壁稳定性的对策措施。
1 钻井过程中井壁稳定性1.1钻井井壁稳定性较差和坍塌地层特征在钻井中，钻遇泥页岩、砂岩、砾岩、煤层、岩浆岩、灰岩等都可能发生井壁坍塌，但90%以上的坍塌发生在泥页岩地层，缩径一般在盐膏层、浅层泥岩和渗透性较高的砂岩发生。
坍塌可能在各种岩性和粘土矿物含量地层中发生，但坍塌严重地层大多具有以下特征：发育有层理清晰的裂缝或破碎性较强的岩性地层；泥页岩特别是孔隙压力异常地层；地应力较强、倾角大易发生井斜地层；厚度较大泥页岩地层；高含水砂岩、泥岩地层等。
1.2井壁稳定性影响因素井壁稳定性较差原因是钻井液和钻具在地层中作用，压力超过井壁岩层承受强度，以及钻井液与井壁地层岩石矿物发生物理化学作用，加大坍塌压力、降低破裂压力等引起井壁失稳。
一是力学因素。
地层钻开前岩层受上覆压力、水平地应力和孔隙压力作用，压力均衡，钻开后钻井液对井壁压力替代了钻开岩层对井壁岩层的支撑，破坏了压力平衡状态，使周围地应力需要重新分布，在地应力超过井壁周围岩层承受强度后会发生剪切破坏，脆性地层会发生井壁坍塌，塑性地层会发生塑性变形（缩径）。
钻井中井壁被剪切破坏临界井眼压力称为坍塌压力，该状态下钻井液密度为坍塌压力当量钻井液密度。
地应力因素上，井壁坍塌以最小地应力为方向，坍塌压力随地应力及地应力非均匀系数增大而增大。
地层强度因素，地层坍塌压力与井壁周边地层的强度系数和内摩擦角呈反比。
孔隙压力因素，地层坍塌和破裂压力与孔隙压力呈正比，但破裂压力增速比坍塌压力小，随着孔隙压力加大，钻井液密度安全范围逐步变小。
《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。
泥页岩水化导致油气井井壁失稳研究进展杨明合;石建刚;李维轩;王朝飞;陈伟峰【摘要】寻求泥页岩水化过程中其强度变化的规律是油气井井壁稳定性研究的重要内容之一,目前国内外相关研究根据分析方法,大致可以分为经典动力学法、微观图像分析法和在微观图像分析法基础上发展起来的混沌动力学分析法.而目前的研究几乎都是从经典动力学的决定论观点出发,试图给出泥页岩水化对井壁稳定性影响规律,目前对这一过程仍然有很多机理问题认识并不彻底.由于泥页岩水化影响强度变化的过程表现出明显的混沌动力学系统所具有的特征,所以依据非线性混沌动力学分析理论,建立泥页岩井壁稳定非线性混沌动力学计算模型将是一条分析泥页岩井壁稳定性问题的有效途径.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2018(032)010【总页数】4页(P44-47)【关键词】泥页岩水化;井壁稳定;研究进展【作者】杨明合;石建刚;李维轩;王朝飞;陈伟峰【作者单位】长江大学(武汉)石油工程学院,湖北武汉430100;新疆油田公司工程技术研究院,新疆克拉玛依834000;新疆油田公司工程技术研究院,新疆克拉玛依834000;新疆油田公司工程技术研究院,新疆克拉玛依834000;新疆油田公司工程技术研究院,新疆克拉玛依834000【正文语种】中文【中图分类】TE245水化作用是泥页岩地层井壁失稳的重要原因之一。
由于泥页岩具有水敏性强、容易与水基钻井液发生反应等特殊性质，从而导致井壁岩石的应力状态和力学性能发生改变，进而引发井壁失稳，主要表现为井眼缩（扩）径、井壁坍塌等。
统计表明[1]，油气井钻遇地层大约75%以上是由泥页岩构成,而其中约有90%的井眼垮塌问题都与页岩的不稳定性有关。
虽采用油基钻井液可以较好解决泥页岩水化的问题，但其高成本、高污染的缺点严重制约了其广泛应用,而更多地使用水基钻井液。
特别是近年来，随着全球对页岩气勘探的不断深入，由泥页岩水化原因引起的井壁失稳而导致的井下复杂事故愈加突出。
基于流固耦合理论的泥页岩井壁稳定性分析黄桃;蒲晓林;罗霄;于浩;徐生江【期刊名称】《石油天然气学报》【年(卷),期】2014(036)010【摘要】钻井过程中,水基钻井液的化学渗透作用会导致井壁失稳,这个过程是钻井液与活性泥页岩地层发生强烈的流固热化多物理场耦合的过程.基于岩石力学和渗流力学理论,运用Comsol Multiphysics多物理场耦合软件建立耦合作用下井壁周围应力渗流流固耦合偏微分方程模型,并基于有限单元法对模型进行了求解.研究结果表明:有渗透和无渗透的井周应力分布是不一样的,且维持井壁稳定的防塌钻井液密度是随着时间增大而增大;将地层看成多孔弹性模型分析,并将水化应力分析考虑进来,研究发现水化应力张量对井周应力分布的大小和方向取决定作用,研究的结果对实际钻井有理论指导意义.【总页数】6页(P117-121,126)【作者】黄桃;蒲晓林;罗霄;于浩;徐生江【作者单位】油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),四川成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),四川成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),四川成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),四川成都610500;中石油新疆油田分公司工程技术研究院,新疆克拉玛依834000【正文语种】中文【中图分类】TE256【相关文献】1.基于三参数强度准则的煤矿立井井壁流固耦合理论分析 [J], 李雪梅;荣传新;程桦2.基于流固耦合理论的充气欠平衡钻井井壁稳定性分析 [J], 董智煜3.基于塑性损伤理论的软泥页岩地层井壁稳定性分析 [J], 张鹏伟;孙峰;叶贵根;薛世峰4.基于抛物线强度准则的泥页岩井壁稳定性分析 [J], 丁乙;刘向君;罗平亚;梁利喜5.基于损伤理论的硬脆性泥页岩井壁稳定分析 [J], 陈卓; 邓金根; 蔚宝华; 胡佳雯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
泥页岩水化对井壁稳定的影响规律由于泥页岩中含有水敏性粘土矿物,当与钻井液接触时,泥页岩与钻井液相互作用,产生水化膨胀,不仅改变了井眼周围的应力分布,而且由于吸水使得泥页岩的强度降低,这就使得泥页岩地层的井壁失稳问题非常严重。
利用泥页岩地层水化后井眼周围应力分布的计算模型,在Visual Basic 5.0的环境下,编制Windows应用程序。
该程序可以计算井眼周围的含水量分布、井眼周围的应力分布及保持井壁稳定所需的坍塌压力(仅考虑在均匀水平地应力的条件下的直井井眼)。
1. 泥页岩井眼周围的含水量分布利用程序计算出井壁与泥浆接触时间分别为100,200,…,600小时的泥页岩地层中的含水量分布,从计算结果可知:(1) 当泥页岩与井内泥浆接触时,井壁上的泥页岩吸水量很快达到饱和值;(2) 当时间一定时,泥页岩的吸水量随离井眼距离的增加而减小,这样在井眼周围的泥页岩地层中形成一水化带,但到一定的距离后,其含水量接近于原始含水量;(3) 在水化带内,当距离一定时,时间越长,泥页岩的吸水量越多,到一定时间后将趋于饱和。
(4) 泥页岩地层的含水量分布与其吸附扩散常数密切相关,因为含水量的分布是计算井眼周围的应力分布和分析水化影响井壁稳定的基础,所以必须准确测定泥页岩的吸附扩散常数。
2. 泥页岩地层井眼周围的应力分布利用所编程序,计算在只有水化时及在水化膨胀和地应力共同作用下的井眼周围的应力分布。
2.1只有水化作用时井眼周围的应力分布计算钻井液与泥页岩接触的时间为200和500小时的井眼周围的应力分布。
泥页岩水化在井眼周围岩石介质内部产生一个压应力场,但对径向应力和切向应力的影响程度并不相同,所产生的径向应力较小,而切向应力则大得多。
切向应力在井壁上最大,随着向井壁内层的推进,切向应力急剧减小,特别值得注意的是,切向应力在其缓慢地降为零之前,由压应力变为拉应力(实际井眼中由于存在地应力及井内泥浆液柱压力的作用而不会出现拉应力)。
