刚性约束环境下蓬莱镇组泥岩水化膨胀特征-论文.pdf

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1、第l3卷第29期2013年10月科学技术与工程VoJ．13No．29Oct．20131671—1815(2013)29—8740—05ScienceTechnologyandEnoneefing⑥2013Sei．Tech．Engrg．刚性约束环境下蓬莱镇组泥岩水化膨胀特征陶祖文刘厚彬孟英峰李皋罗兵(油气藏地质及开发丁程国家重点实验室西南石油大学，成都610500)摘要泥岩水化膨胀是影响井壁稳定性的重要因素，目前对距离井壁一定深度处于刚性约束条件下的泥岩水化膨胀特征尚无研究。通过模拟刚性约束环境，研究压力、离子类型以及矿化度对蓬莱镇组泥岩水化膨胀特征的影响规律，以此为现场生产以及室内实验提供

2、指导。实验结果表明，随着压力增大，泥岩水化膨胀应力增加，而轴向应变以及密度差则减小，即刚性约束条件下泥岩吸收少量流体后将发生明显水化，且较小的水化膨胀应变将引起较大的水化膨胀应力。同时，钾盐对刚性约束条件下的泥岩水化具有明显抑制作用，且抑制剂矿化度越高，抑制泥岩水化能力越强。为此建议，在实际钻井工况条件下，泥岩层段位置越深，越要注意防止泥岩水化，在钻井液安全密度窗口之内，尽量使用高矿化度以及高化合价抑制性盐类。在地面实验测试泥岩水化膨胀时，应添加一个应力释放所引起的附加值，以避免实验结果偏于保守。关键词泥岩水化压力离子类型矿化度中图法分类号TE311．2；文献标志码A泥岩主要特性包括水化膨

3、胀特性和吸附特1实验方案性，泥岩水化膨胀是影响泥岩段井壁稳定的主要因素J。泥岩段钻井过程中随着钻井液的不断侵泥岩段钻井过程中，钻井液浸入深度随着时问入，距离井壁一定距离处的泥岩将发生水化膨胀。的增加而增加，深部泥岩将逐渐发生水化膨胀。同同时，泥岩水化膨胀所处外部约束环境也将发生明时，随着浸入深度的增加泥岩水化膨胀外部约束环显变化，由井壁处自由水化膨胀逐渐转变为井壁径境也将发生明显变化，由井壁处自由水化膨胀逐渐向深处刚性约束条件下的水化膨胀。国内外许多转变为井壁径向深处刚性约束条件下的水化膨胀。学者，在泥岩水化及其对井壁稳定性的影响方面作为此，采用如图1所示实验装置，模拟距离井壁一定了大鼍研

4、究，但对于刚性约束条件下的泥岩水距离处地层刚性约束条件，研究该条件下的泥岩水化膨胀特征尚无研究。通过厚壁刚性金属圆筒模化膨胀特征。具体实验方案步骤如下。拟井下距离井壁一定距离处的刚性约束环境，利用(1)制备岩心：使用TerraX线衍射仪选取黏土部加压螺杆模拟地层上覆压力，研究压力、离子含量较高的蓬莱镇组泥岩，制成标准岩样，利用声类型以及矿化度对蓬莱镇组泥岩水化特性的影响，波测试装置选取内部结构相似的岩心。并根据实验结果对现场钻井作业以及实验研究提(2)实验准备：岩心放在恒温箱中烘烤24h，温出合理建议。度维持在50～60℃，除去自由水，并分别测量岩心质量、直径、长度以及进行微观组分及组构分

5、析。(3)开展实验：分别测试压力、离子类型和浓度对刚性约束条件下蓬莱镇组泥岩水化膨胀特征的2013年5JJ27}

6、收到，6J28H修改罔家自然科学基金(51204142)资助影响。其中，轴向加载压力分别为0MPa、5MPa和第一作简介：陶柑文(1989一)，硕J：研究生。研究方向：油气井力10MPa，离子类型分别为NaC1、KC1和K，SiO，矿化向岩i力学。E—mail：taozw@sinmc度分别为0％、5％、10％、20％以及饱和。29期陶祖文，等：刚性约束环境下蓬莱镇组泥岩水化膨胀特征约束条件下相同离子类型作用时，离子矿化度越质浓度的越大，对泥岩水化抑制作用越强，因此高，泥岩水化膨

7、胀应力越小，水化膨胀轴向应变越K2SiO，对泥岩的抑制作用大于KC1。小，实验前后密度差越小。(3)刚性约束条件下，提高抑制性盐类的矿化度对抑制泥岩水化具有明显作用。通过图6和表6一5％一10％分析可知，随着抑制性盐类矿化度的升高，泥岩水⋯2O％一饱和化现象明显减弱。星5建议厂～—一根据以上结论，对于现场生产实践及室内实验提出以下建议：(1)钻井过程中，随着地层深度增加，应采取更051O1520253O时间m严格的措施减轻泥岩水化，可采用高价和高矿化度抑制性盐类抑制刚性约束条件下的泥岩水化。图6不同矿化度条件下蓬莱镇组泥岩水化膨胀应力(2)在实验室定量测试泥岩水化能力的实验表6不同矿化度条

8、件下蓬莱镇组泥岩水化轴向中，由于泥岩取出地面导致应力释放，泥岩水化能应变和密度差力减弱，测试结果应该附加一个应力释放所引起的矿化度5％10％20％饱和差值。轴向应变0．0130．0060．0040．003密度差／(10～g·cm)74．35639．84935．65723．863参考文献4结果及分析‘岩石力学与石油工程‘北京：石油工业出版社'002谭英杰．泥岩膨胀机理的弹塑性力学分析．哈尔滨：哈尔滨工程(1)刚性约束条件下