石油工程英语翻译

2021年3月2日发(作者：executive是什么意思)

译自：

IADC/SPE 155666

页岩气井井身稳定性在弱层面上的影响

Li yufei

，中石油西南油气田公司；

Fu yuqiang

，中石油西南油气田公司；

Tang Geng

，中石油

西南油气田公司；

She < /p>

Chaoyi

，中石油西南油气田公司；

Guojianhua

，中石油西南油气田公

司；

Zhang jiyin

，中石化西南油气分公司。

IADC/SPE

亚太钻井技术会议及展览

2012

版权

这篇论文是为

2012

年

7

月

9

< br>日至

11

日在中国天津召开的

I ADC/SPE

亚太钻井技术会议及展览所准备的。

本文是在

IADC/SPE

项目委员会由作者提出的。

文件内容没有被国际钻井承包商协会或石油工 程师协会审查，

这篇论文不一定反应国际钻井承包商协会或学会石油工程师，其管理人员 。禁止电子复制，分发或存储本

文的任何部分未经国际钻井承包商协会国际石油工程师学 会书面同意。允许复制打印仅限于不多于

300

个

字，插图不能被复制。文摘必须包含

IADC/SPE

承认的版权。

1

摘要

页岩气藏的层面发展的特点是水 合容易和较强的力学各向异性，

本文结合常

规测井，

< p>
成像测井，

实时钻井数据和实验室岩石力学在现场的压力测试，

< p>
建立了

页岩储层井眼稳定性分析模型。

分析了涵盖 层面薄弱，

力学各向异性和时间的影

响。

此外，

根据上述因素对页岩储层水平井的井眼稳定性的影响进行了研究，

并

在四川盆地页岩储层井眼坍塌的机制进行了分析的基础上建立了井眼稳定性 分

析模型，分析了良好的

W-H1

井， 与实钻资料的分析结果吻合得很好。

研究和现场应用结果表明 ，

弱层面影响主要是影响水平井的页岩储层的井筒

坍塌，

它不同于常规砂岩储层和碳酸盐岩储层，

即使是垂直井的页岩储层也同 样

受到影响。这项研究提供了理论依据

W-H1

井钻井和完井设计如钻井液设计，优

化井身结构完井方法优化，等等。

2

引言

页岩气是丰富的泥页岩（或部分 粉砂岩）形成存在多种相态，它是一个三大

非常规资源（页岩气，煤层气，致密砂岩气）

，并成功的关键页岩气藏开发水平

技术不断发展和进步的。

四川盆地的页岩气藏水平井钻进过程中，井壁失稳，导致卡钻，和 其他一些

复杂的事故，

甚至回填土侧钻，

这些都影响页岩气的勘探和开发。

与常规砂岩碳

酸盐岩储集层 比较，

在

W

区的页岩气藏的层面显著的 特征。

如果我们使用传统机

械性能和化学耦合模型预测的稳定的 水平井眼稳定性，

结果与事实有很大的不同，

不能使用垂直钻井 的经验在这方面的指导水平井钻井。

本文研究了弱层面，

将重< /p>

点放在这两个方面的机械和化学性能。我们分析了在页岩地层的井壁失稳机制，

< p>
并建立了井壁稳定的模式，找出弱层面的主要影响因素，然后进行预测

W- H1

井

眼稳定性。

结果与钻井事实的高 度重视，

高效并合理的完井技术在页岩储层的应

用，这才是真正 的安全钻井。

3

< br>在

W

地区的页岩储集层弱层面的机制对稳定性的影响

本地区进行了包括物理和化学因素的两方面的实验室测试和研究理 论分析。

在页岩微观结构分析的基础上，

我们在实验室测试的水 化膨胀和的层面对页岩强

度的影响在，

并得到了相关页岩参数。

同时，

我们建立了数学模型，

研究水化 膨

胀和薄弱层面影响井眼稳定性的规律，

并和实验与数值模拟的 结果相比较。

最后，

我们得到了井壁失稳机理和主要影响因素。

3.1

在实验室对页岩水化膨胀和强 度测试

3.1.1

页岩微观结构

< p>
W

区

L

组页岩中的薄弱层 面光滑，有一些微裂缝平行弱的层面。大多数粘土

存在的薄弱层面是伊利石和蒙脱石。< /p>

页岩基质粗糙的剖面有一些微裂缝是垂直的，

蒙脱石粘土矿物中的 含量是

9.8

％，

根据

X-

射线衍射，

如图

1

和图

2

所示。

它可< /p>

以得出的结论是层面有更多的水化膨胀和低强度比页岩基质。

3.1.2

页岩水化膨胀的影响

页岩层面和基质中存在的水化膨胀效果对井筒稳定性是非常重要的。

当水化

应力超过一定强度时，泥页岩地层会出现坍塌层面和微裂纹。

图

3

的结果是在是水平和垂直方 向水化膨胀应变测试，

之后的是

W

以及

L

组

页岩在钻井液中浸泡

40

小时

（

W-H1

）

。

我们可以找出无论膨胀应变的平行或垂直

方向，

有一个显著的时间效应，

并随钻 井液缩紧时间的增加，

膨胀应变继续增加。

平行于层理面的方向 ，扩大应变非常小（仅为

1

％，

40< /p>

小时后）

，并且它是主要

由于膨胀页岩基 质。

在垂直方向的层理面，

扩大应力要是因为扩张所造成的粘土

矿物水吸收，膨胀应变为

3

％，明显高 于前者（约

3.5

倍）

。水化会使强度 降低

的页岩水化膨胀除外。

根据实验的结果，

< br>用干燥的岩石样品相比，

页岩的抗压强

度降低了

10

％，并且降低的凝聚力钻井液中浸渍（

40

小时后，

68.7

％）

，如表

1

所示。

3.1.3

层面力学性能的影响

当取心沿不同方向（角度取心的方向和层面的法线方向为

0

°、

30

°、

45

°

和

90

°）

，表

4

中的

W

区

L

组形成页岩的机械行为有关的化验结果 。我们可以发

现，

核化方向页岩层面的方向是不同的，

有强度的核心标记也不同。

当核化的方

向是垂直 于层面的方向时，

页岩的强度是最高的，

然后页岩取心方向是平 行于层

面方向，强度页岩是最低的是弱层面的法线方向和取芯方向的角度为

60

°，如

图

（

< p>
4

）

。

此外，

< p>
凝聚力和内摩擦角页岩，

岩石的凝聚力层面的影响核化方向是垂

< p>
直于层面的方向上远远大于平行核化的样本，

但前者的内摩擦角是较小的。

根据

这一点，

我们可以推断，

稳定的页岩层面是垂直井最好的，

第二个是平行于层理

< br>面的井，斜井或水平偏转部分的稳定性（倾斜角为

40 ~60

是最差的）

。

3.2

在泥页岩地层井壁稳定的数值模拟

3.2.1

弱层面对井眼稳定性的影响

根据理论分析的结果，

页岩弱层面对垂直井身的井眼稳定性都没 有明显的效

果，考虑或不考虑弱层面的影响，

，地层坍塌压力都 为

0.6SG

，并具有良好的稳

定性< /p>

;

水平井眼稳定性在弱层面有很大影响，当我们不考虑弱层面的影 响，为了

保持稳定的井身，地层坍塌压力为

1.05

SG

，当我们考虑到影响的薄弱层面，地

层坍塌 压力为

1.94SG

的条件下的相同的井眼轨迹，页岩弱层面影 响水平和倾斜

的井眼稳定性（尤其是偏移角大于

40

< p>
°，如图

5

）

。

在

W

区的钻井经验， 预测结、垂直井眼稳定性（

W

井）在页岩地层的结果，

钻井液密度为

1.1

?

1.2SG

可以保持井壁稳定，但也有很多复杂的情况，在比较

（

W-H1

）钻水平井的过程，钻井液的密度开始从

< p>
1.28SG

增加至

2.10SG

，还存在

着在井下与所预测的结果存在不同程度的下降块弱层面的影响。

3.2.2

泥页岩地层井壁失稳的时间效应

图

6

是页岩 形成的井身稳定性上的时间影响的分析结果。

我们可以计算出时

间越长，钻井液与泥页岩地层，渗透越深，宽度越小，井眼坍塌破坏也大。在

W

区页岩储集层水平井钻井过程中，

由弱层面的影响和钻井液紧缩时间，< /p>

井壁坍塌

经常发生后

3

< br>?

5

天，

碎片从井口取出，

块上有明显的弱层面

（如在图

7

< p>
中示出）

。

总之，

当钻的方向是垂直于页岩层面，

井周围岩石的强度由弱层面的影响非

常微弱，

井眼稳定性的影响层面也很薄弱。

并以在弱层面有一定角度的方向钻井，

井筒周围的岩石强度由弱层面的影响严重，< /p>

弱层面水合物的扩张会比较大，

井眼

稳定 性会得到一个大的由弱层面影响平面

[9]

，以及井筒塌陷的宽 度将有越来越

大。

3.3

< p>
页岩地层在层面对井壁稳定性的影响

W

地区页岩形成井壁失稳机理的研究主要包括两个方面的，

实验和数值模拟 。

首先，

钻井液将通过弱层面和微裂纹渗透到泥页岩地层，

导致水化膨胀，

页岩强