復(fù)雜情況下鉆井液工藝、油層保護(hù)(已修改)
2024-10-30 13:13 本頁面
【正文】 第五章 復(fù)雜情況下的鉆井液工藝 及油層保護(hù) ? 167。 5— 1 井塌 ? 一、井壁不穩(wěn)定的現(xiàn)象 ? 二、井壁不穩(wěn)定地層類型及泥頁巖 ? 1. 井壁不穩(wěn)定地層類型 ? 發(fā)生井塌的地層：泥頁巖、 膠結(jié)不良礫巖、砂巖、塑性變型埋藏較深的巖鹽 ? 發(fā)生井塌的主要地層是泥頁巖 ? 泥頁巖是沉積在海相盆地的沉積巖，主要由粘土和淤泥形成的巖層。 ? 2. 泥頁巖的形成 ? 成巖過程： ? （含大量電解質(zhì)） 松軟 硬脆 ? 泥砂，生物遺體 2～ 5千米 一般 5千米 ? 當(dāng)沉積過程中有砂、鈣、鐵等物質(zhì)參與形成，就形成各種含質(zhì)的泥頁巖 ? 在壓實(shí)過程中，沉積物中的水分被擠壓，水分被上覆地層壓力擠出。當(dāng)鉆開井眼后，巖石的受壓情況變化（減?。┠囗搸r中粘土因表面吸附能的緣故，會重新吸附泥漿中的水，這就是所謂 “ 表面水化 ” 的原因。 ? 當(dāng)沉積物中的水分被上覆壓力擠出后，沉積物 — 泥頁巖的孔隙中的離子濃度升高，泥頁巖孔隙便會吸附泥漿中水進(jìn)入，這就是所謂 “ 滲透水化 ” ? 即泥頁巖鉆開后會發(fā)生 “ 表面水化 ” 和滲透水化。 ? 當(dāng)壓實(shí)過程中上部分是非滲透性的，則水分不能被擠走而被圈閉在下面，承受上覆巖層的壓力，就產(chǎn)生異常壓力泥頁巖。 ? 上覆壓力由地層巖石骨架支撐著，若地層強(qiáng)度不足以支撐上覆壓力，則一部分上覆壓力將由巖石孔隙中流體承受，這樣就會使地層流體呈異常高壓。 上覆壓力 ? 另外，由于地殼構(gòu)造運(yùn)動，會產(chǎn)生一些斷層破碎帶等力學(xué)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 ? ? ，主要蒙脫石多，稱為軟泥頁巖，以水化膨脹為主，在水中分散成糊狀。 ? ，稱為硬頁巖，以裂解為主，分散成片狀，水不渾濁。 類 型 特 征 粘土組成 1 軟 高度分散 蒙脫石多 2 軟 較高度分散 蒙脫石、伊利石多 3 中硬 中等分散，有剝落趨勢 間層粘土、伊蒙多 4 硬 低分散有剝落趨勢 中等含量伊 綠 5 堅(jiān)硬 無明顯分散有剝落趨勢 伊多中等含量綠石 ? 三、井壁不穩(wěn)定原因分析 ? (一 )地層方面原因 ? ? 正常壓力：地層孔隙與地面水源連通，它的壓力為正常壓力。 ? 壓力梯度 Gn=～ 10萬 PPm的鹽水柱壓力。 ? Gn=～ 柱壓力。實(shí)際上 Gn? Gn? 產(chǎn)生異常壓力的原因是孔隙流體圈閉，未與地面水源連通。 ???低滲透地層，易井塌高滲透地層，易井噴泥頁巖孔隙壓力異常)1(? （ 2）泥頁巖里面的砂巖透鏡體孔隙壓力異常 ? 在頁巖形成過程中頁巖內(nèi)的水被地層壓力擠入砂巖透鏡體，砂巖透鏡體的水被隔離封閉起來，孔隙內(nèi)充滿液體形成高壓，液柱壓力總是于孔隙流體壓力，在 P孔 P液 的壓差作用下，孔隙內(nèi)部液體會沿著阻力最小的砂巖與頁巖的交接面把壓力釋放出來，造成頁巖被水沖垮，掉入井內(nèi)。 ? ? 在地殼構(gòu)造運(yùn)動中使部分地層巖石受擠壓，會產(chǎn)生很大內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)井眼鉆開后，構(gòu)造應(yīng)力釋放造成頁巖崩垮。 ? 構(gòu)造應(yīng)力使地層破碎，井眼鉆開后破碎巖石掉入井內(nèi)。 高壓 高壓 低壓 ? ，產(chǎn)生較大側(cè)應(yīng)力。 ? 在上覆壓力作用下，產(chǎn)生側(cè)壓力。 10?????????????泥頁巖～砂巖側(cè)壓力系數(shù)式中：覆側(cè)巖上覆上覆側(cè)PPHrPPP? 強(qiáng)度低的巖層有： ? Ⅰ 含水量較高的蒙脫石地層 ? 巖石膨脹后，膠結(jié)力變?nèi)酰?ξ 增大 P側(cè)增大。當(dāng) P側(cè)的作用超過了巖石的屈服強(qiáng)度后，巖石便向井內(nèi)垮塌，顯然 ξ 的大小反映了巖石強(qiáng)度大小，所以為了克服側(cè)壓力引起的坍塌，可提高液柱壓力來平衡。 ? Ⅱ 深部地層巖鹽層，或含鹽量較高的頁巖層。 ? 以上原因是客觀存在的井壁不穩(wěn)定，屬于力學(xué)不穩(wěn)定，受力關(guān)系較復(fù)雜，一般對付措施： ? rm平衡地層壓力 ? ，如瀝青 ? (二 )鉆井工藝方面原因 ? ? 泥漿返速較高，沖蝕井壁，易促使破碎地層和微裂縫發(fā)育的伊利石地層垮塌。 ? ? 起鉆的抽吸壓力易使受預(yù)應(yīng)力地層，異常地層垮塌。 ? ? ，鉆具碰撞井壁 ? (三 )物理化學(xué)方面原因 ? 泥頁巖的水化效應(yīng) ? ? (1)表面水化 ? P表 =P覆 P孔 —— 指向井壁 ? (2)滲透水化 ? 地層中的離子濃度大于泥漿中的離子濃度，泥漿中水自動于移到地層 滲透水化 ? —— 指向井內(nèi) ? 2. )( 22211 vmvmRTP ??? ????? ?)( PbP脹壓巖石軟化、產(chǎn)生很高膨加劇力學(xué)不穩(wěn)定水滲入解里面水化結(jié)果 側(cè)? （ Pb） ? 向四周膨脹的壓力。方向由地層指向井內(nèi)。膨脹壓力由表面水化壓力和滲透水化壓力兩部分組成。 ? 給定含水量下的膨脹壓與同樣含水量下粘土蒸汽壓有關(guān)，遵從下面方程式 ? 式中 與巖石或粘土平衡狀態(tài)時水的相對蒸汽壓，近似等于試樣中水的活度：地層吸水愈利害，膨脹壓越大。地層越易變形垮塌，若兩種水化壓力作用方向一致，二者疊加會產(chǎn)生上百個大氣壓數(shù)量級壓力，用提高泥漿比重克服水化膨脹壓起防塌作用難見效，而是想法降低 Pb。 0ln pPVRTPb ?0pP? （ 4）影響水化膨脹的因素。 ? Ⅰ. 頁巖的性質(zhì) ? 軟頁巖吸水強(qiáng)， Pb大，硬脆頁巖水化弱 Pb小。 ? Ⅱ. 泥漿濾液性質(zhì) ? 泥漿礦化度高，抑制泥頁巖膨脹 Pb小， PH高，水化增強(qiáng) Pb↗ ? Ⅲ. 吸附水的時間 ? 膨脹壓要經(jīng)過一段時間后才會明顯上升，所以可以以快制塌。 ? (四 )井壁坍塌應(yīng)力 ? 井眼形成后，地應(yīng)力在井壁上的二次分布所產(chǎn)生的指向井內(nèi)引起井壁巖石向井內(nèi)移動的應(yīng)力，稱為。 P塌 ≥ 0。 ? P塌 一旦產(chǎn)生（ P塌＞ 0）井壁巖石必然逐漸掉（擠）入井中（垮塌）。 ? 鉆井過程中 P塌 可以（也只能）用井內(nèi)泥漿柱壓力有效平衡： P泥 ≥ P塌 則井壁保護(hù)穩(wěn)定。 ? 四 .防塌理論 ? 保持井壁穩(wěn)定，關(guān)鍵針對泥頁巖水化效應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是防止水相遷移，泥頁巖吸水膨脹，泥頁巖脫水使其變脆，也易發(fā)生掉塊剝落坍塌，最好使井壁巖石與井眼內(nèi)沒有水遷移，這時井壁穩(wěn)定，根此提出活度平衡防塌。 ? 一 活度平衡防塌 ? 根據(jù)化學(xué)位原理 ? 體系化學(xué)位 純水化學(xué)位 ?ln0 RTUU ??? 根據(jù)熱力學(xué)函數(shù)及化學(xué)位概念，可得出結(jié)論，在等溫條件下，物質(zhì)從化學(xué)位高的向化學(xué)位低的轉(zhuǎn)移，到平衡時兩相化學(xué)位相等。 ? 由 smsmsmRTVRTVVV?????????lnln 00
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