复杂情况下钻井液工艺油层保护ppt课件.ppt

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1、第五章复杂情况下的钻井液工艺及油层保护§5—1井塌一、井壁不稳定的现象二、井壁不稳定地层类型及泥页岩1.井壁不稳定地层类型发生井塌的地层：泥页岩、胶结不良砾岩、砂岩、塑性变型埋藏较深的岩盐发生井塌的主要地层是泥页岩泥页岩是沉积在海相盆地的沉积岩，主要由粘土和淤泥形成的岩层。2.泥页岩的形成成岩过程：（含大量电解质）松软硬脆泥砂，生物遗体2～5千米一般>5千米当沉积过程中有砂、钙、铁等物质参与形成，就形成各种含质的泥页岩在压实过程中，沉积物中的水分被挤压，水分被上覆地层压力挤出。当钻开井眼后，岩石的

2、受压情况变化（减小）泥页岩中粘土因表面吸附能的缘故，会重新吸附泥浆中的水，这就是所谓“表面水化”的原因。当沉积物中的水分被上覆压力挤出后，沉积物—泥页岩的孔隙中的离子浓度升高，泥页岩孔隙便会吸附泥浆中水进入，这就是所谓“渗透水化”即泥页岩钻开后会发生“表面水化”和渗透水化。当压实过程中上部分是非渗透性的，则水分不能被挤走而被圈闭在下面，承受上覆岩层的压力，就产生异常压力泥页岩。上覆压力由地层岩石骨架支撑着，若地层强度不足以支撑上覆压力，则一部分上覆压力将由岩石孔隙中流体承受，这样就会使地层流体呈异常

3、高压。上覆压力另外，由于地壳构造运动，会产生一些断层破碎带等力学不稳定结构。3.泥页岩分类1.2类，主要蒙脱石多，称为软泥页岩，以水化膨胀为主，在水中分散成糊状。3.4.5含蒙脱石少，称为硬页岩，以裂解为主，分散成片状，水不浑浊。类型特征粘土组成1软高度分散蒙脱石多2软较高度分散蒙脱石、伊利石多3中硬中等分散，有剥落趋势间层粘土、伊蒙多4硬低分散有剥落趋势中等含量伊-绿5坚硬无明显分散有剥落趋势伊多中等含量绿石三、井壁不稳定原因分析(一)地层方面原因1.异常压力释放正常压力：地层孔隙与地面水源连通，

4、它的压力为正常压力。压力梯度Gn=0.100～0.106kg/cm2/m0.106为含盐10万PPm的盐水柱压力。Gn=0.107～0.237kg/cm2/m即为大于盐水柱列岩石柱压力。实际上Gn>0.143kg/cm2/m为异常高压Gn<0.100kg/cm2/m为异常低压产生异常压力的原因是孔隙流体圈闭，未与地面水源连通。（2）泥页岩里面的砂岩透镜体孔隙压力异常在页岩形成过程中页岩内的水被地层压力挤入砂岩透镜体，砂岩透镜体的水被隔离封闭起来，孔隙内充满液体形成高压，液柱压力总是于孔隙流体压力，在

5、P孔-P液的压差作用下，孔隙内部液体会沿着阻力最小的砂岩与页岩的交接面把压力释放出来，造成页岩被水冲垮，掉入井内。2.构造应力释放在地壳构造运动中使部分地层岩石受挤压，会产生很大内应力，当井眼钻开后，构造应力释放造成页岩崩垮。构造应力使地层破碎，井眼钻开后破碎岩石掉入井内。高压高压低压3.井壁岩石受力不均匀，产生较大侧应力。在上覆压力作用下，产生侧压力。强度低的岩层有：Ⅰ含水量较高的蒙脱石地层岩石膨胀后，胶结力变弱，ξ增大P侧增大。当P侧的作用超过了岩石的屈服强度后，岩石便向井内垮塌，显然ξ的大小反

6、映了岩石强度大小，所以为了克服侧压力引起的坍塌，可提高液柱压力来平衡。Ⅱ深部地层岩盐层，或含盐量较高的页岩层。以上原因是客观存在的井壁不稳定，属于力学不稳定，受力关系较复杂，一般对付措施：a.提rm平衡地层压力b.对胶结不良的倾斜地层运应加封堵物质，如沥青(二)钻井工艺方面原因1.泥浆冲刷泥浆返速较高，冲蚀井壁，易促使破碎地层和微裂缝发育的伊利石地层垮塌。2.井内压力激动过大起钻的抽吸压力易使受预应力地层，异常地层垮塌。3.起钻未灌满泥浆4.井斜后，钻具碰撞井壁(三)物理化学方面原因---泥页岩的水

7、化效应1.泥页岩的两种水化关系(1)表面水化P表=P覆-P孔——指向井壁(2)渗透水化地层中的离子浓度大于泥浆中的离子浓度，泥浆中水自动于移到地层---渗透水化——指向井内2.3.膨胀压力（Pb）----向四周膨胀的压力。方向由地层指向井内。膨胀压力由表面水化压力和渗透水化压力两部分组成。给定含水量下的膨胀压与同样含水量下粘土蒸汽压有关，遵从下面方程式式中--与岩石或粘土平衡状态时水的相对蒸汽压，近似等于试样中水的活度：地层吸水愈利害，膨胀压越大。地层越易变形垮塌，若两种水化压力作用方向一致，二者叠

8、加会产生上百个大气压数量级压力，用提高泥浆比重克服水化膨胀压起防塌作用难见效，而是想法降低Pb。（4）影响水化膨胀的因素。Ⅰ.页岩的性质软页岩吸水强，Pb大，硬脆页岩水化弱Pb小。Ⅱ.泥浆滤液性质泥浆矿化度高，抑制泥页岩膨胀Pb小，PH高，水化增强Pb↗Ⅲ.吸附水的时间膨胀压要经过一段时间后才会明显上升，所以可以以快制塌。(四)井壁坍塌应力井眼形成后，地应力在井壁上的二次分布所产生的指向井内引起井壁岩石向井内移动的应力，称为。P塌≥0。P塌一旦产生（P塌＞0）井壁岩石