泥页岩孔隙压力传递特性研究.pdfVIP

第15卷第4期 重庆科技学院学报(自然科学版) 2013年8月 泥页岩孔隙压力传递特性研究 李德远1聂轩2 (1．西南石油大学，成都610500；2．新疆油田分公司采油一厂，新疆克拉玛依834000) 摘要：研究泥页岩的水化机理并建立孔隙压力传递模型。模型计算结果表明：水和离子的通量导致泥页岩孔隙压 力的改变，进而影响了泥页岩的稳定性；半透膜渗透压引起的近井壁地带大孔隙压力梯度是造成泥页岩井壁失稳的 重要因素。 关键词i泥页岩；孔隙压力传递；水力压差；化学势差 中图分类号：TE311 文献标识码：A 文章编号i1673—1980(2013)04—0063—03 泥页岩破坏失稳的原因分内因和外因：内因，硬 岩石产生向井内移动趋势的应力，称作井壁坍塌应 脆性泥页岩自身特殊的组构、理化及力学性质造成 力。井壁坍塌应力是引起井壁失稳的根本原因。此 了其外部应力改变时易发生失稳破坏；外因，当地层 外，原先地层应力被钻井液液柱压力取代之后，地层 被钻开之后，井筒中钻井液与硬脆性泥页岩接触，在 和钻井液之间必然存在压差。当钻井液液柱压力大 它们之间的水力压差、化学势差、半透膜渗透压差以 于地层压力时，在压力差的作用下井筒中钻井液向 及毛管力的驱动下，引起硬脆性泥页岩力学性子改 地层渗透扩散，钻井液进入泥页岩地层将会引起其 变致使失稳破坏。 水化膨胀，地层力学性能降低，井壁不利于稳定；当 钻井液液柱压力小于地层压力时，在压力差作用下， 1 泥页岩的水化机理 地层孔隙流体向井筒渗透扩散，地层岩石骨架的有 泥页岩中富含黏土矿物，黏土矿物与水接触会 效应力等于上覆地层压力减去孔隙水压，当地层孔 发生一定的水化膨胀。由蒙脱石的晶体结构可知， 隙压力迅速降低的时候，导致地层岩石骨架有效应 蒙脱石晶层上下都为氧原子，以范德华力联接，作用 力迅速升高，可能会引起岩石有效应力过大而发生 力较弱。同时，蒙脱石结构层中的高价阳离子 破坏。 (A13+、Si4+)可以被低价的阳离子(Na+、M92+、 2 水力压差和化学势差的耦合 Ca2+)部分置换。置换之后将产生两种结果：其一， 正电荷亏损；其二，由于阳离子交换主要发生在八面 水力压差和化学势差都是引起硬脆性泥页岩地 体上，层间距离远，吸引力较弱，这样可交换性阳离 层失稳的因素，二者并非孤立。研究硬脆性泥页岩 子可以在晶层问自由出入，同时在井底流压与地层 地层的水化失稳机理，必须结合力学与化学因素，从 孔隙压力之间存在压差时，水或离子也会在二者之 力学化学耦合的角度去进行研究。 间相互流通。 当采用水基钻井液钻遇泥页岩地层时，钻井液 在井眼被钻开之前，地层岩石处于应力平衡的 与地层孔隙流体之间存在水力压差和化学势差，必 状态。当井眼被钻开之后，井筒内的钻井液液柱压 然引起水和离子在其间流通。由于泥页岩是天然的 力取代了所钻地层原先对井壁的支撑，打破了地层 非理想半透膜，不仅水分子可以通过半透膜，一部分 原有的应力平衡，引起井周应力的二次分布。地应 离子也可以通过。这样，水和离子的渗透流通将改 力在井壁上二次分布将产生一个指向井内，使井壁 变钻井液和地层孔隙流体的化学势。 收稿日期：2013—03—20 基金项目：重庆市石油与天然气基金项目(KJ2011002)。 作者简介：李德远(1986一)，男，四川阆中人，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为油气田开发。