泥页岩井壁稳定性课件.ppt

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1、水敏性泥岩井壁稳定性由于泥页岩地层吸水膨胀，地层强度降低造成井周应力超过地层强度造成的井壁坍塌，这类坍塌具有周期性2003年，ShellE&P公司的EricvanOort详尽的论述了泥页岩与泥浆之间的物理化学作用，将其驱动机理归纳为水动力学压差梯度、化学势梯度、电势能梯度和温度梯度。在这四种作用的驱动下，泥浆和泥页岩之间将进行物质交换，泥页岩地层内产生类似孔隙压力的膨胀压力，并Terzaghi有效应力原理进行扩展，重新定义泥页岩地层种的有效应力为：泥页岩地层的化学失稳泥页岩地层的化学失稳泥页岩地层的化学失稳高蒙脱石泥页岩地层吸水膨胀及弱化（垂深

2、一般小于2500米，2003年前为研究重点）硬脆性泥页岩地层物质交换（离子、自由水）引起的孔压变化及强度损伤（垂深一般大于2500米，2003年以后为研究重点）由于硬脆性泥页岩的代表性问题，该类地层化学失稳研究存在争议不同泥浆体系下泥岩吸水特性不同泥浆体系下泥岩膨胀特性含水量对泊松比的影响含水量对内摩擦角的影响含水量对粘聚力的影响含水量对弹性模量的影响改进的聚璜泥浆硅酸盐泥浆层理性泥页岩地层井壁稳定性具有显著“结构性（层理、裂缝）”的泥页岩地层井壁失稳问题难以像均质地层一样通过提高钻井液密度有效解决，是目前研究的难点（Crook，2002）涠西

3、南油田群，在层理发育的涠二段、流二段泥页岩地层中钻进定向井时，井壁坍塌卡钻等井下复杂时有发生涠二段泥页岩地层（泡水前）涠二段泥页岩地层（泡水后）涠二段泥页岩涠二段地层坍塌掉块矿物组分井号顶深底深岩性伊蒙混层(%)伊利石(%)高岭石(%)绿泥石(%)WZH12-1-22362.52362.5泥岩21.244.917.616.3WZH12-1-22338.72338.7泥岩15.750.117.416.8WZH12-1-22391.72391.7泥岩22.644.617.215.6WZH12-1-223962396泥岩13.260.113.213.

4、5WZH12-1-22484.82484.8泥岩39.141.811.67.5WZH12-1-224862486泥岩13.243.220.523.1WZH12-1-2B2304.152304.15泥岩6.914.849.329WZH12-1-2B2305.692305.69泥岩3.611.652.132.7WZH12-1-2B2346.312346.31泥岩10.925.830.233.1WZH12-1-2B2348.122348.12泥岩17.521.336.125.1WZH12-1-2B2350.222350.22泥岩13.531.132.

5、922.5WZH12-1-2B2353.552353.55泥岩21.837.223.317.7WZH12-1-2B2356.592356.59泥岩11.427.736.724.2WZH12-1-2B2358.52358.5泥岩9.530.236.623.7水理性质—膨胀性泥浆在层理性地层中的渗流速度实验测定沿层理弱面的渗透特性试验结果垂直于层理面的渗透系数远低于平行层理面的渗透系数，与作用在层理面上的正应力有关及泥浆密度密切相关，地层倾角增大，有效应力降低，渗透速度急剧增加。岩心编号取心方式围压（MPa）实验压力（MPa）渗透率（×10-9m

6、2）1-15312.641-2＝5336.131-3＝5398.162-15326.352-2＝532654.842-3＝5369.213-15319.733-2＝532735.16渗流对层理性泥页岩强度的影响渗流时间增加，强度降低。开始影响较小，表现为缓慢降低阶段、随后随时间增加，快速降低至低值，随后保持稳定。泥浆滤液渗入将导致强度丧失80％。定向井坍塌压力计算井斜角小于30～45°之间时，井眼比较稳定，与井眼方位有关；定向井坍塌压力在1.30~1.50之间，与井斜角、方位角有关水平井坍塌压力在1.50~1.55之间与井眼方位有关泥浆密

7、度过低井周地层剪切破坏层理性泥页岩井周地层破坏形式泥浆密度过高泥浆沿层理面向井周地层渗流渗流导致地层硬度和强度随时间逐渐降低－周期坍塌层理性地层定向井井壁失稳的主导机理层理性地层井眼缩径规律研究随井眼钻开时间的增长，井壁最大缩径量经历缓慢、快速平缓增长三个阶段起钻时钻头对缩径的地层产生向上的拉力，地层坍塌层理性地层井眼缩径规律研究提高泥浆密度只在短期内有利于控制井眼缩径层理性地层井壁失稳特征降低风险技术调整：井眼轨迹调整原方案方案3方案1方案2降低风险技术调整：井身结构24〞套管9-5/8〞套管下至涠二段易垮层顶部13-3/8〞套管下深1030

8、m~1500m封完第一造斜段并垂深至1000m左右，6〞井眼完井复杂层段独立钻进破碎性泥页岩地层井壁稳定性安集海河井壁坍塌掉块破碎性地层的稳定性的研究