鄂尔多斯盆地页岩层钻井过程中井壁稳定性机理研究

摘要

近年来，旧资源的开发已经过度严重，对于新能源的使用在当今社会的迅猛发展中起到了关键作用。而深层的油气资源和页岩气等非常规油气资源的开发成为解决能源供给矛盾的有效途径。但是泥页岩在深部和页岩地层中广泛存在，且井壁失稳的频率及程度较高，成为制约油气资源开发的难题。因此，本文深入研究该类地层的井壁失稳机理，准确预测地层力学参数，以利于现场及时做出相应对策，解决井壁失稳问题。 基于此，本研究通过现场岩心的室内实验及理论研究，从泥页岩物理特性入手，研究了该类地层井周应力，结合地质力学参数预测模型，形成了一套系统的井壁坍塌压力及坍塌压力随井眼钻开的预测方法。具体研究如下: (1)首先通过页岩岩心的室内实验，获取岩石力学参数，得出了该类地层具有显著的各向异性特征，并结合岩石破坏准则，分析了岩石的不同角度岩心的抗压强度。 (2)其次通过对研究区地层力学参数的研究，确定上覆岩层压力、孔隙压力及地应力的大小和方向，为井周应力分析提供数据支持，准确预测钻井井壁稳定性。 (3)最后分析该地层的井周应力，计算出直井的三大压力预测剖面图，同时结合地应力的方位，为定向井提供坍塌压力随井斜、方位的变化规律。另外还进行了坍塌压力随井眼钻开时间的变化规律研究，为现场作业提供相应的对策，预防井壁失稳的发生。 本文的研究内容为泥页岩钻井提供有力的技术支撑。对油气资源和页岩气等非常规油气资源的有效开发具有重大的意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的目的与意义

1．2 国内外井壁稳定研究现状

1．2．1 井壁稳定力学机理研究

1．2．2 井壁稳定的化学因素研究

1．2．3 井壁稳定的力学-化学耦合理论研究

1．3 问题提出及研究内容

1．3．1 问题的提出

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第二章 泥页岩井壁稳定基础分析

2．1 研究区概况

2．1．1 研究区储层岩性及物性

2．1．2 沉积构造及沉积相类型特征

2．2 泥页岩的矿物组成及结构特点

2．2．1 泥页岩的成岩

2．2．2 泥页岩的组成及构造

2．3 泥页岩储层影响因素

2．3．1 原地应力的影响

2．3．2 地层强度影响

2．3．3 钻井液的影响

2．3．4 钻井工艺影响

第三章 岩石力学参数的确定

3．1 泥页岩变形破坏特性

3．2 岩石力学参数实验

3．2．1 岩心制备

3．2．2 实验设备

3．2．3 实验方法

3．2．4 岩心实验结果处理

3．3 岩石破坏强度准则

3．3．1 完整性地层破坏强度准则

3．3．2 弱面地层破坏强度准则

3．3．3 岩石抗压强度特性分析

第四章 研究区地层力学参数的研究

4．1 上覆岩层压力

4．2 地层孔隙压力

4．2．1 地震资料分析法

4．2．2 声波时差法

4．2．3 孔隙压力梯度的计算

4．3 地应力大小确定方法

4．3．1 差应变法

4．3．2 压裂法

4．3．3 声发射Kaiser效应法

4．4 水平地应力方向的测定方法

4．4．1 波速各向异性法

4．4．2 井壁崩落法

4．4．3 微地震波法

第五章 地层井壁稳定性井周应力分析

5．1 直井井壁稳定分析

5．1．1 井周的应力状态

5．1．2 井壁破裂压力计算

5．1．3 井壁坍塌压力计算模型

5．1．4 直井安全密度窗口的建立

5．2 定向井井壁稳定分析

5．2．1 井周应力分析

5．2．2 坍塌压力的计算模型

5．2．3 破裂压力的计算模型

5．2．4 实例计算分析

5．3 泥页岩坍塌压力时间效应实验研究

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文