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《泥页岩水化应力经验公式的推导与计算_徐加放》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第31卷第2期石油钻探技术Vol.31,No.22003年4月PETROLEUMDRILLINGTECHNIQUESApr.,2003!固井与泥浆#泥页岩水化应力经验公式的推导与计算11122徐加放,邱正松,王瑞和,冯京海,陈永浩(1.石油大学(华东)石油工程学院,山东东营257061;2.冀东油田工程监理公司,河北唐山063000)摘要:泥页岩水化应力是研究泥页岩井壁稳定性的重要参数之一,但由于其测试的复杂性和影响因素的多样性,目前仍处于定性的理论分析阶段,有关公式过于复杂,不便于应用。在前人理论研究的基
2、础上,结合实验研究,根据孔隙—线弹性力学基本原理,探索性地推导出了泥页岩水化应力经验公式。实际算例表明,泥页岩水化应力很大,是井壁失稳的主要原因之一。关键词:泥岩;页岩;水化学;应力分析;数学模型;渗透率;冀东油田;G65井中图分类号:TE28文献标识码:A文章编号:1001-0890(2003)02-0033-03引言1.2泥页岩实际膨胀体积的确定井壁稳定问题一直是石油工程界重大技术难题之目前国内测定泥页岩水化膨胀性能的样品是在一一。据统计,90%以上的井壁失稳问题发生在泥页岩定压力时间(如4MPa/5m
3、in)条件下压实岩石粉末制井段,而泥页岩井壁的失稳又与泥页岩地层的水化密成的。由于室内制备实验样品时的压力较小,压制时切相关,因此泥页岩的水化应力是研究泥页岩井壁稳间较短,样品具有较大的孔隙体积,当其发生水化时,定性的重要参数之一。由于粘土矿物的水化造成样品体积膨胀,这个体积膨国内外泥页岩宏观水化应力的研究已比较深入,胀不仅造成了样品宏观体积的增加,即表观膨胀,而[1-3]且也造成了样品孔隙体积的减少[4],即内膨胀,因此样如Chenevert等认为,页岩吸水是与环境的湿度差所引起的一种化学反应,并假定泥页
4、岩的水化应力是品表观膨胀率较低。而实际地层岩石承受着巨大的上一种静水压力,根据化学势平衡原理,得出水化应力覆岩层压力,并经过了长期的地质演化过程,因而孔公式:隙体积很小。PP=RTln(Ps/Pw)/V(1)为了确定实际膨胀率,利用冀东油田G65井沙3但式(1)并不适于作微观水化应力计算。段泥页岩岩心粉末(过100目),在不同压力(压制时泥页岩微观水化应力公式的推导与计算比较复间相同)下压制样品进行膨胀性实验,实验结果如图杂,以往在计算泥页岩水化应力时,认为其渗透率为1所示。零,而实际泥页岩存在一定的渗透率
5、,在膨胀过程中可以排出一部分水,因此泥页岩水化应力的计算需涉及到化学、力学、渗流力学等诸多学科。笔者在前人研究的基础上,得出了简化的水化应力经验公式,并以冀东油田泥页岩为例,实际验算了泥页岩的水化应图1泥页岩膨胀量—压制压力关系曲线力。由图1可以看出,膨胀率与压制压力之间在实验压力范围内具有较好的线性关系,其相关系数的平方1水化应力计算在0.95以上;压制压力越大,样品的膨胀率越大。因1.1水化应力模型的建立此假设当压制压力增加到地层实际压力时,样品的膨基本假设:1)不考虑温度变化,泥岩只有水化膨胀率与实际
6、膨胀率相同。因此,根据样品压制压力与胀而无热膨胀;2)地层各向同性;3)泥页岩在井下的水化由于受围岩作用,因而没有体积形变,完全转收稿日期:2002-06-28;改回日期:2003-02-24化为应力。作者简介:徐加放(1975—),男,山东阳信人,2001年石油大学3垂直于井壁取1cm圆柱形泥页岩作为水化应力(华东),获硕士学位,助教。计算单元,进行计算公式的推导。联系电话:(0546)8391679·34·石油钻探技术2003年4月-8膨胀体积之间的关系曲线,将该曲线外延伸,在横坐10/A$t(10)标
7、轴上找到地层实际压力,则它在直线上对应的纵坐根据式(10)利用压力传递技术可以测定极低泥标即为实际膨胀率:页岩的渗透率k。R=(V终-Vo)/Vo(2)1.4排出液体体积(流量)的确定则单位体积泥页岩的膨胀率H可表示为:根据泥页岩的渗透率公式,单位体积泥页岩由于H(t)=f(R)(3)压力差而在时间t内排出的液体体积为:1.3泥页岩渗透率公式Ak$Pt/Ll,k=CQ(t)=t(11)泥页岩渗透率虽小,但仍可以利用压力传递技术∫(Ak$P/Ll)dt,k≠C0测得,基本原理如图2所示。假设钻井液与孔隙流体[
8、4]1.5泥页岩孔隙度测定之间的微渗透作用仍然遵循达西定律,则根据达西定岩石孔隙度<是指岩石孔隙体积Vp与岩石视体律和压力扩散方程,可以推导出泥页岩的渗透率公式。积(外表体积)Vf的比值,即<=Vp/Vf(12)由于岩石的孔隙体积Vp等于岩石视体积Vf与岩石内固相体积Vs的差值,所以孔隙度又可以表示为:<=(Vf-Vs)/Vf=1-Vs/Vf(13)利用岩石固相体积测定仪,分别测出同一岩心的图2压力传递原理示意图
