【摘要】：泥頁巖井壁失穩(wěn)一直是鉆井工程中一個復(fù)雜的世界性難題,針對這一問題,目前已經(jīng)形成了一些系統(tǒng)的研究方法。其整體的研究思路是從純力學(xué)、鉆井液化學(xué)研究,到力-化耦合研究,再到力學(xué)、化學(xué)、熱力學(xué)多場耦合研究。但目前研究力-化耦合理論模型的定性評價難以解決井壁穩(wěn)定問題中涉及到水化的定量表述。為此,本文針對泥頁巖井壁穩(wěn)定力-化耦合水化的關(guān)鍵進行定量研究。首先建立單一黏土礦物結(jié)合水與含水量關(guān)系模型;然后建立泥頁巖地層結(jié)合水與含水量關(guān)系模型;隨后基于力-化耦合理論分析方法研究結(jié)合水對巖石力學(xué)參數(shù)及坍塌壓力的影響;最終考慮真實泥頁巖地層鉆井條件,通過不同水基鉆井液體系浸泡后巖芯三軸實驗,研究膜效率對巖石力學(xué)參數(shù)及坍塌壓力的影響。具體取得以下認識:(1)根據(jù)單一黏土礦物微觀吸水特性,簡化了黏土礦物水化物理模型,建立了黏土礦物結(jié)合水含量與其密度之間的關(guān)系;隨后以結(jié)合水密度為中間變量,結(jié)合前人針對鈉蒙脫土所做實驗數(shù)據(jù),建立了鈉蒙脫土結(jié)合水與含水量之間的冪函數(shù)關(guān)系模型;最后通過熱失重分析方法及XRD分析方法對模型驗證,得出模型的相對誤差小于10%。(2)延伸鈉蒙脫土結(jié)合水與含水量冪函數(shù)關(guān)系模型,建立了伊利石、綠泥石及高嶺石單一黏土礦物結(jié)合水與含水量關(guān)系模型;最終建立了泥頁巖地層結(jié)合水與含水量之間的復(fù)合函數(shù)關(guān)系模型。(3)通過不同時刻清水浸泡后巖芯的三軸實驗,基于上述泥頁巖結(jié)合水與含水量關(guān)系模型,結(jié)合XRD黏土礦物分析方法分析含水量對結(jié)合水的影響,進而研究結(jié)合水含量對力學(xué)參數(shù)及坍塌壓力的影響。研究表明:巖石抗壓強度、彈性模量、內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角均隨著結(jié)合水含量的增加而減小,泊松比和坍塌壓力則隨著含水量的增加而增加。(4)綜合考慮泥頁巖地層真實鉆井條件,研究膜效率對巖石力學(xué)參數(shù)及坍塌壓力的影響。首先利用HTHP濾失、泥餅承壓、封堵前后微觀結(jié)構(gòu)、井壁穩(wěn)定劑對孔隙/裂縫封堵效果等封堵性能評價手段優(yōu)選出了兩種性能最佳的水基鉆井液體系,其HTHP濾失量20ml、泥餅承壓能力8MPa、孔隙封堵后滲透率降低率80%、裂縫封堵后滲透率降低率75%、膜效率0.09,可有效減緩壓力傳遞,達到穩(wěn)定井壁的效果;隨后通過不同鉆井液體系浸泡后巖芯的三軸實驗,研究膜效率對巖石力學(xué)參數(shù)及坍塌壓力的影響。研究表明:巖石抗壓強度、彈性模量、內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角均隨著膜效率的增加而增加,泊松比和坍塌壓力則隨著膜效率的增加而減小。
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE254
【圖文】：

圖２－１建模步驟圖逡逑前人研究最多的單一黏土礦物當(dāng)屬鈉蒙脫土，所以先建立針對蒙脫土的結(jié)合水與含逡逑

圖２－２黏土礦物顆粒模型簡化示意圖逡逑（３）黏土礦物晶層數(shù)為１，２，邋．．．，ｉ，．．．ｎ，相應(yīng)的結(jié)合水膜層數(shù)為１，２，邋．．．，ｉ，邋．．．ｎ－１

【參考文獻】

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本文編號：2713498