泥页岩水化对井壁稳定影响研究

• 作 者: 文凯民
• 出 处: 西南石油大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 泥页岩 井壁稳定 水化 应力

泥页岩井壁稳定问题是钻井工程中一个复杂的世界性难题,也是制约我国油气田勘探开发效率的重要问题。泥页岩地层的水化作用会造成孔隙压力升高、岩石强度降低等变化,容易造成井壁剪切坍塌破坏。因此,研究泥页岩水化对井壁稳定的影响具有重要意义。本文所做的主要工作如下：(1)在研究泥页岩理化性能及水化作用机理的基础上,根据泥页岩自发渗析实验和泥页岩吸水扩散模型研究泥页岩地层的吸水规律。(2)根据泥页岩吸水规律,研究泥页岩水化时,弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角与膨胀应变随时间、空间的变化规律。(3)在对孔隙弹性力学耦合模型和力学-化学耦合模型的大量调研基础上,根据泥页岩井壁稳定力-化耦合机制与渗透井壁的井周围岩弹性应力模型,在弹性力学本构方程的基础上,考虑膨胀应变和孔隙压力对井壁稳定性的影响,建立了泥页岩井壁稳定新模型。新模型不仅考虑泥页岩水化对岩石力学参数与孔隙压力产生的影响,而且考虑了由于孔隙压力的变化对井壁围岩产生的附加应力。水化后井周有效总应力由三部分组成：考虑水化膨胀作用后均匀地应力场导致的井周应力,非均匀地应力部分导致的井周应力以及由井周压力传递产生的附加井周应力。(4)新模型依据现场数据分析钻井时时井周围岩弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角与膨胀应变随时空的变化规律。得到泥页岩地层不同位置、不同时间径向应力与切向应力,结合强度准则对在不同时间与位置泥页岩地层的稳定性进行分析。泥页岩水化导致岩石强度降低与孔隙压力升高,这会导致井周应力的改变,井周应力的改变导致井壁稳定性的改变。随着钻井时间的增加,泥页岩地层发生剪切坍塌破坏会造成更为严重的井眼扩径。