泥页岩井壁稳定性力学与化学耦合模型研究
泥页岩井壁失稳问题一直是钻井工程中一个复杂且带有世界性的难题,针对这一问题专家们从20世纪40年代起就开始进行研究,至20世纪90年代,进入了泥页岩井壁稳定的多场耦合模型的研究阶段,出现了很多不同的理论模型。这些模型不同程度的促进了井壁稳定的发展,但是,由于泥页岩多场耦合的复杂性,模型中的很多参数很难在实验室进行测定,严重影响了模型计算的准确性和模型的实用性。因此,进行力学—化学耦合模型的研究,建立合理的力学—化学耦合井壁稳定计算模型,使模型参数可测量化,增加模型的实用性,仍然是一项复杂、艰巨而且具有重大研究意义的课题。<b...
泥页岩井壁失稳问题一直是钻井工程中一个复杂且带有世界性的难题,针对这一问题专家们从20世纪40年代起就开始进行研究,至20世纪90年代,进入了泥页岩井壁稳定的多场耦合模型的研究阶段,出现了很多不同的理论模型。这些模型不同程度的促进了井壁稳定的发展,但是,由于泥页岩多场耦合的复杂性,模型中的很多参数很难在实验室进行测定,严重影响了模型计算的准确性和模型的实用性。因此,进行力学—化学耦合模型的研究,建立合理的力学—化学耦合井壁稳定计算模型,使模型参数可测量化,增加模型的实用性,仍然是一项复杂、艰巨而且具有重大研究意义的课题。
  本论文的研究内容及相应的结论如下:
  1、深化了多场耦合理论研究。本文建立了新的力学-化学耦合井壁稳定计算模型,并给出了模型中参数的实验室测定方法,实现模型参数可测量化,增强了模型的实用性。
  2、实验研究了泥页岩强度随含水量的变化规律,并建立了孔隙压力-含水量-抗剪强度三者的关系,进而计算了强度参数随时间的变化关系。得到规律:内聚力、内摩擦角随着含水量的增加而减小,强度参数的变化对井壁稳定的影响是巨大的,甚至是决定性的。
  3、泥页岩井壁失稳是岩石力学、钻井液化学和温度应力共同作用的结果。泥页岩井壁稳定性的研究方向也始终会朝着力学、化学、热应力耦合的方向发展。
  4、石油从生油层运移到储集层此过程中必须要满足三个力学条件:储集层孔隙压力比生油层低、储集层孔隙率比生油层大、储集层抗压实强度比生油层高。
  5、钻井过程中最常遇到的井壁失稳基本上可以分为三类:破碎体的井壁失稳、塑性体的井壁失稳、泥页岩的井壁失稳。其中,泥页岩井壁失稳占90%左右。所以,有的人将钻井工程中的“井壁稳定性问题”称为“泥页岩稳定性问题”。
  6、导致泥页岩井壁失稳的因素很多,概括起来可以分为天然因素和人为因素两个方面。
  7、水—岩化学作用的主要发生在近地表处,除水、岩为系统的主体外,作用过程既与大气圈和火山物质有关,又与生物和人类的生命活动密切联系。
  8、岩井壁稳定性研究是一个系统研究,本文仅对力学-化学耦合模型进行了一定程度改进,尚有诸多因素没有考虑,需要进一步摸索研究。
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作者: 朱国涛
学科专业: 油气井工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 西安石油大学
导师姓名: 屈展
学位年度: 2012
语 种: chi
分类号: TE21 TE28
在线出版日期: 2012年10月31日