本文關鍵詞：富有機質頁巖堿液侵蝕井壁失穩(wěn)機理，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：井壁失穩(wěn)是富有機質頁巖鉆井完井過程中常見問題,嚴重制約著頁巖氣勘探開發(fā)進程。目前多采用油基鉆井液控制頁巖井壁失穩(wěn),然而統(tǒng)計資料顯示,井壁失穩(wěn)問題依然嚴重。為了保持鉆井液的流變性以及各種處理劑的活性,同時為了吸收鉆進過程中逸出的硫化氫,油基鉆井液通常呈堿性。之前還有學者證實堿液會侵蝕黏土礦物以及石英、長石等礦物,因此有必要深入研究頁巖氣鉆井完井過程中堿液侵蝕作用與井壁失穩(wěn)之間的關系,為優(yōu)化現(xiàn)用油基鉆井液體系,研究新的強抑制性防塌水基鉆井液提供新的思路。以四川盆地龍馬溪組富有機質頁巖為研究對象,對龍馬溪組富有機質頁巖潛在井壁失穩(wěn)因素進行了分析。開展了堿液侵蝕頁巖力學強度變化、堿液侵蝕裂縫擴展、堿液侵蝕黏土礦物、堿液侵蝕水化膨脹等實驗。以動力學理論為基礎,探究了影響堿液與頁巖作用速率的變化因素；通過開展頁巖高溫浸泡鉆井液實驗,歸納總結了高pH值鉆井液作用下富有機質頁巖井壁失穩(wěn)模式并提出了控制方法。深化了對四川盆地龍馬溪組富有機質頁巖潛在井壁失穩(wěn)因素的認識。龍馬溪組富有機質頁巖黏土礦物含量為35%左右,石英、長石等礦物含量為50%左右。在碎屑顆粒邊緣以及云母片之間發(fā)育大量微裂縫。頁巖發(fā)育大量納-微孔隙,平均孔喉直徑為5.87nm,主要以納米級孔隙為主。大量的納-微孔隙和微裂縫為堿液進入儲層提供了滲流通道,黏土礦物以及石英、長石等礦物能與堿液發(fā)生反應,即具備潛在的堿液侵蝕井壁失穩(wěn)因素。實驗揭示了堿液侵蝕弱化頁巖強度機制。堿液進入頁巖儲層,一方面侵蝕頁巖裂縫壁面、裂縫尖端黏土礦物,導致裂縫擴展,另一方面堿液增強了頁巖水化膨脹能力,產(chǎn)生的水化膨脹力使頁巖礦物組分易于分散,同樣促進了裂縫的擴展、溝通。堿液侵蝕作用與水化膨脹作用共同導致了頁巖裂縫擴展,形成縫網(wǎng),切割頁巖,宏觀上表現(xiàn)為頁巖巖石力學強度的降低。建立了堿液侵蝕作用的動力學方程與活化能方程。動力學方程表明堿液pH值越高,反應速率越大,活化能方程表明隨著溫度的升高反應速率逐漸增大。根據(jù)反應速率與溫度關系曲線將反應分為慢速反應階段與快速反應階段,溫度大于70℃時為快速反應階段。龍馬溪組地層溫度為82℃,所用鉆井液pH值為11,因此該鉆井液與頁巖之間的反應處于快速反應階段,反應速率較大。歸納總結并闡述了高pH值鉆井液作用下井壁失穩(wěn)機理。堿液侵蝕作用大幅度降低了頁巖巖石力學強度,導致井周應力場失衡,坍塌壓力升高,增加井壁失穩(wěn)風險。提出了KCl弱化堿液侵蝕作用的可能性并進行實驗驗證。實驗結果表明,鉀離子具有弱化堿液侵蝕作用的能力。在明確堿液侵蝕作用機理的基礎上,從地質參數(shù)獲取、鉆井液體系設計、現(xiàn)場工程工藝設計三個方面總結了控制堿液侵蝕井壁失穩(wěn)技術對策。
【關鍵詞】：頁巖 頁巖氣 堿液 堿液侵蝕 井壁失穩(wěn)
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE254
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 研究目的與意義8-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 堿液與頁巖作用10-13
• 1.2.2 泥頁巖井壁失穩(wěn)機理13-14
• 1.3 存在的科學問題14-15
• 1.4 研究內(nèi)容與技術路線15-17
• 1.4.1 研究內(nèi)容15-16
• 1.4.2 技術路線16-17
• 1.5 論文亮點17-18
• 第2章 富有機質頁巖井壁失穩(wěn)潛在因素分析18-26
• 2.1 四川盆地典型頁巖氣藏區(qū)域地質概況18-19
• 2.2 富有機質頁巖礦物組成與有機質19-22
• 2.2.1 富有機質頁巖礦物組成19-21
• 2.2.2 富有機質頁巖有機質成熟度21-22
• 2.3 富有機質頁巖裂縫特征22-23
• 2.4 富有機質頁巖孔隙結構23-24
• 2.5 本章小結24-26
• 第3章 堿液侵蝕頁巖作用過程分析26-39
• 3.1 堿液侵蝕對頁巖力學性質的影響26-28
• 3.1.1 實驗材料與儀器26-27
• 3.1.2 實驗結果與分析27-28
• 3.2 堿液侵蝕對頁巖裂縫擴展的影響28-31
• 3.2.1 堿液浸泡頁巖28-30
• 3.2.2 高pH值鉆井液浸泡頁巖30-31
• 3.3 堿液對頁巖黏土礦物的侵蝕作用31-34
• 3.4 堿液對頁巖水化膨脹的影響34-38
• 3.4.1 實驗材料及儀器34-35
• 3.4.2 實驗方法35
• 3.4.3 實驗結果及分析35-38
• 3.5 本章小結38-39
• 第4章 頁巖堿液侵蝕動力學行為及工程響應特征39-50
• 4.1 實驗樣品與方法39-41
• 4.1.1 實驗樣品39
• 4.1.2 實驗方法39-41
• 4.2 單礦物堿液侵蝕率41
• 4.3 頁巖堿液侵蝕動力學行為41-47
• 4.3.1 pH值對堿液-頁巖反應速率的影響42-43
• 4.3.2 溫度對堿液-頁巖反應速率的影響43-45
• 4.3.3 堿液-頁巖作用機理45-47
• 4.4 頁巖堿液侵蝕工程響應特征47-49
• 4.5 本章小結49-50
• 第5章 高pH值鉆井液作用下頁巖井壁失穩(wěn)模式及控制方法50-65
• 5.1 高pH值鉆井液作用下頁巖井壁失穩(wěn)模式50-52
• 5.1.1 頁巖堿液侵蝕井壁失穩(wěn)關鍵因素50-51
• 5.1.2 堿液侵蝕頁巖井壁失穩(wěn)過程分析51-52
• 5.2 鉀離子弱化堿液侵蝕頁巖作用能力評價52-60
• 5.2.1 鉀離子抑制頁巖水化膨脹作用機理52-53
• 5.2.2 實驗樣品與方法53
• 5.2.3 實驗結果與分析53-60
• 5.3 頁巖堿液侵蝕井壁失穩(wěn)控制方法60-62
• 5.4 現(xiàn)場實例分析62-64
• 5.4.1 高pH值油基鉆井液誘發(fā)頁巖井壁失穩(wěn)62
• 5.4.2 合理控制鉆井液pH值區(qū)間維護頁巖井壁穩(wěn)定62-63
• 5.4.3 使用有利于維護頁巖井壁穩(wěn)定鉆井液體系63-64
• 5.5 本章小結64-65
• 第6章 結論與建議65-67
• 6.1 結論65-66
• 6.2 建議66-67
• 致謝67-68
• 參考文獻68-73
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研情況73

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本文編號：267845