谈钻井液封堵特性在防止井壁坍塌中的作用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com第25卷第1期钻井液与完井液Vo1．25NO．12008年1月DRILLINGFIUID&C0MPLET10NFLUIDJanu．2008文章编号：1001—562O(20o8)O10003～03谈钻井液封堵特性在防止井壁坍塌中的作用徐加放邱正松黄晓东(1．中国石油大学(华东)石油工程学院，山东东营；2．中海油秦皇岛32—6作业分公司，天津塘沽)摘要从比亲水量、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

2、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提．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建径。关键词钻井液性能封堵井眼稳定比亲水量能量守恒岩石断裂力学中图分类号：TE254．3文献标识码：A井壁坍塌是钻井过程中遇到的最棘手的井下复根据定义，泥页岩比亲水量即每平方厘米表面积上杂事故之一。由于钻井液具备了携带和悬浮岩屑、平吸附水的克数，即为：衡地层压力、防止井壁坍塌等很多重要功能，保证了S一(1cm。)×h×p(1)钻井工程的顺利实施，而被誉为钻井工程的“血液”。式

3、中，h为水化膜厚度，cm；p为吸附水的密度，假然而，钻井液需要通过“物化封固井壁阻缓压力传设近似取为1g／cm。。则S≈^，即意味着比亲水递一加强抑制水化～化学位活度平衡一合理密度有量(g／cm。)相当于泥页岩表面水化膜厚度(cm)。因效应力支撑”等多种作用方式，即所谓的“多元协同”此比亲水量越大，水化膜越厚，泥页岩颗粒问水化稳定井壁理论_1才能较好地实现井壁稳定。该理论(膜)斥力(契入力)越大，即水化效应导致泥页岩井首先强调了“物化封固井壁阻缓压力传递”，实际上是壁失稳越严重。因此，强化钻井液封堵性能，降低钻强调了钻井液的封堵性能。井液滤失量，可以降低泥页岩颗粒间的水化膜厚度和水化斥力，从

4、而减少井壁坍塌。1钻井液封堵性在防止井壁坍塌中的1．2从能量守恒的角度分析，可减少内能的增加重要性根据热力学第一定律，能量是守恒的。在钻井1．1在钻井液／泥页岩的物理化学作用方面，可减过程中有多种能量形式的转化，如：钻柱振动、井壁轻泥页岩的水化效应形变、钻井液与岩石的温差、物理化学作用以及岩石钻井液滤液在一定压差下向地层渗透，井壁岩疲劳破坏等，都有可能造成岩石内部能量的增加，岩石(特别是泥页岩)遇水发生水化膨胀，甚至分散。石所承受的应力增大。若岩石内部能量的积累超过评价泥页岩水化程度的方法很多，如膨胀法、分散回其承受极限，则必须通过一些释放机理来降低，其主收法、页岩稳定指数法、吸水量以及比亲

5、水量法等，要形式便是产生裂纹。因此，当岩石承受的应力超这些方法都在一定程度或某一方面反映了泥页岩的过其强度时，或变形太大时，或钻井液与岩石间发生水化程度。现以比亲水量法进行讨论。比亲水量即了一定程度的物理化学作用时，都会造成岩石内部单位表面积吸附水的质量[2]，常用单位为g／cm，表裂纹的扩展，并最终导致其断裂，使井壁失稳。San—达式为：比亲水量(S)一总吸水量／总表面积：每tosc等根据能量守恒定律提出了井壁稳定性能量克岩样吸水克数／每克岩样的表面积(比表面积)。理论模型。基金项目：山东省自然科学基金(Y2006F66)，中海石油(中国)有限公司2006综合科研项目CN~RC(LTD)Z

6、HKY2006—005。第一作者简介：徐加放，讲师，博士(在读)，1973午生，2001午毕业于中国石油大学(华东)获硕士学位，留校任教，主要从事井壁稳定、钻井液体系与处理剂开发、油气层保护等教学与科研工作。地址：山东省东营市北2路271号中国石油大学(华东)石油工程学院；邮政编码257061；电话(0546)8391679；E—mail：xjiafang@hdpu．edu．cn。维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com4钻井液与完并液2008年1月△U—E+E+E+E一Ef(2)因为与椭圆孔主轴平行，对椭圆尖端张应力式中，E、E。、E和E分别为机

7、械能、应变能、热能影响不大，可忽略不计。于是椭圆孔周围拉应力只和化学能，Ef为裂缝表面能，其表达式为：由与引起。引入双曲坐标，且一岛时，得：Ef一7F(3)一—————二=_■—一些每[(6)式中，)，为单位面积表面能，F为新增裂纹表面积。将某泥页岩浸没于308。C、浓度为24(w／w)的式中，、刁为椭圆坐标；岛为裂纹边界值。经过繁NaC1溶液中24h，其化学能增加120．2J／g。而一般复的推算整理可得：岩