泥页岩中的水相运移与改良钻泥页岩水基钻井液的设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com钻=6f坡4l泥页岩中的水相运移与改良钻泥页水基钻井液的设计下E_)E舣军伊林译EricvaTIOort等著．)晒伸破裂；减小水化应力，使张力降低，产生引言泥页岩收缩和(局部)稳定作用。睫勘泥页岩引起的井壁不稳定，是油气钻井(2)孔隙压力。由于低渗透率(10到老，中存在的主要工艺难题之一，因耽误工期和10D)泥页岩不会经历超平衡条件下的常蔑术处理事故给钻井工业造成的经济损失，保守规水基泥浆失水，因而缺乏泥饼的保护作用。估计每年也在5亿美元左右。相反，滤液缓慢的侵^逐渐平衡泥浆压力和因缺乏对泥页岩／钻井液相互作用的

2、了近井壁的孔隙压力(一般大约为几天时间)，栩铅解，泥页岩稳定性受到了极大的损害。随着因此失去了有效泥浆压力的支撑作用。由于．=前高新泥页岩试验技术的出现．对泥页岩的不水化应力的排斥作用使孔隙压力升高，泥页届稳定性有了新的认识，这就使人们能够有更岩物质可能会受到剪切或张力方式的压力，，多的手段来设计和运用钻泥页岩的水基钻井这将会减少使泥页岩物质联结在一起的近井液。壁有效应力。(3)近井壁含水量和胶结的完整性改变泥页岩的井壁稳定了地层的强度。当因含水量增加(即水化)泥页岩是不稳定的非均匀岩体，其范围使地层强度降低时，使地层破裂加快；当因包括从脆弱的高含粘土的粘性地

3、层到强胶结含水量减少(即脱水)使地层强度提高时，泥质粉砂岩，由部分粘土矿物构成了低渗透又可延迟或阻止地层破裂。性的基岩。如果有效应力状态超过了泥页岩显然，为了维持井壁稳定，需要及时控的强度，泥页岩就会破裂。钻井液可能诱发制整个近井壁应力和地层强度的变化。抵卸泥页岩破裂，原因是泥页岩一液体的窜流作井壁不稳定的实际控制方法．包括泥浆的化用，即水分子和溶质倩子的交换，改变了泥学作用、泥浆密度以及控制整个环空压力渡页岩的应力状态和强度。溶流作用的主要驱动。特别是利用泥浆的化学作用来控制水和动力是，钻井液和泥页岩之间使水分子和溶离子在泥岩中的进出，从而控制：a．水化应质

4、(离子)运移的水力压力梯度和化学势梯力、b．孔隙压力、c．泥页岩强度。度，其影响如下：基本流动和驱动力(I)泥页岩／孑L隙液体的相互作用，改变了粘土层之间水化或膨胀应力大小。后者使表1对压力梯度、化学势、电势和温度张力增大，产生膨胀现象，导致(局部)拉引起的直接和耦合流动现象进行了概述。掘维普资讯http://www.cqvip.com42第14卷1999年第3期页岩中的直接流动，包括超平衡(Darcy流JD=一L2jVP—L翌V～3VE～L24VT动)驱动的泥浆滤液侵入和泥浆与泥页岩孔I=一1VP—L32V—L33VE—L34VT隙液体之间存在化学势差而驱动

5、的溶质扩散出入泥页岩。泥页岩中存在耦合流动的可能Q=一lVP—L啦V一3VE—LVT性(如化学渗透=由化学势梯度驱动的水流(1)动)，已经在大量低渗透富含粘土传导体的研JJD、I和Q分别代表全部溶液(总体究中证实。积)的流速与体积流量有关的溶质扩散流速、直接流动和耦合流动可以很方便地用非电流和热量。VP、V、VE和VT分别代平衡或在不可逆热动力学的范围进行描述，表存在于钻井液和泥页岩间的压力、化学势、在上述驱动力影响下的流速为：电势和温度梯度，实验常数代表某一梯度JV一L11VP—L12Vc—L13VE—LI4VT对特定流速的影响，其值可由实验获得表1直接漉动

6、和耦合流动现象氟述流动圬h力水力梯度化学势梯度电势拂度温度梯度可Pu口ET液体水力传导化学渗遥电渗透热蔷透*Darcy定律溶质(离子)对流扩散电泳热扩散*ck定律(Sorer效应)电流流动电流扩散电流电传导热电现象*Ohm定律(Seebeck效应)热流等温热传辖Dofour嫂应Pe赦应热传导*Fotai~r定律*”为著名的直接流动定律虽然某单一因素会促使由电势梯度引起RTI=n的泥页岩中水的流动，但在以下讨论中，温．㈤(3)度和电势的影响不予以考虑，并设有一个一式中v．——水的偏摩尔体积；定厚度Ax的不连续的泥页岩膜体系，隔离R——气体常数；、孔隙液体层和钻井

7、液层(图1)。流速的描述一温度，。K；限制在J和Jn范围内，由水力压差和化学r——钻井液活度；势差(APs=嘴一赠；△=一)驱动。毋——泥页岩孔隙液体活度。从钻井液到泥页岩流动为正方向。单位面积众所周知，式2中交叉流动系数与非耦的流速为：合流动中建立的传输系数有关，如是Dar．J=LRH，X+LD0，△Xcy定律的水力传导系数，而LD与Fick第一定律的扩散系数有关。非交叉流动系数即横JD=L坤△PH／△X+EcP／AX(2)向流动系数L和L与两种耦合过程即对流方程2引入了钻井液与泥页岩孔隙液体和化学渗透有关(参见表1)。后一过程的有之问的渗透压差，对非理想溶

8、液用水活效系数，通常用“膜反射”或。膜