钻井液与泥页岩间传递作用对井壁稳定的影响研究

摘要

钻井过程中，泥页岩地层井壁失稳问题是钻井工程中的重大问题之一，导致泥页岩地层井壁失稳的因素众多，且十分复杂。本文在前人关于钻井液与泥页岩间传输机理研究的基础上深入定量分析了相关理论，重点研究水力压差、化学势差、电势差及毛管力作用对钻井液与泥页岩间流体传输的影响，系统地分析钻井液与泥页岩间流体传输的机理，建立传输的数学模型。经过实验验证，表明建立的模型符合实际情况，最后给出防塌钻井液体系的设计原理。
　　 具体研究内容如下：
　　 1、深入分析了在水力压差化学势差作用下，泥页岩的水化机理，利用质量守恒定律建立了泥页岩水化膨胀的数学模型。
　　 2、应用斯特恩双电层理论，建立了泥页岩地层水化的扩散双电层模型。对其在扩散双电层作用下的水化机理进行了深入研究并建立了水化的数学模型。
　　 3、泥页岩地层渗透率低，孔径小，毛管力对泥页岩地层水化膨胀影响重大。在一定的假设条件下，建立了毛管力作用下泥页岩水化的数学模型。
　　 4、依据上述理论研究成果，针对泥页岩地层的特殊结构，结合国内外在防塌钻井液体系研究进展，提出了新型防塌钻井液体系设计思路。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1泥页岩井壁稳定的力学因素研究

1.2.2泥页岩井壁稳定的化学因素研究

1.2.3泥页岩井壁稳定的力学化学耦合研究

1.3本文研究内容

1.4本文研究目标及技术思路

1.5本章小结

第二章 泥页岩组成结构及物化性质

2.1泥页岩的组成结构

2.1.1粘土矿物的基本单元结构

2.1.2粘土矿物分类

2.1.3非粘土矿物

2.2泥页岩的物化性质

2.2.1泥页岩的电性

2.2.2泥页岩的阳离子交换容量

2.2.3泥页岩的比表面积

2.2.4泥页岩的亲水性

2.3泥页岩的水化作用

2.4本章小结

第三章 泥页岩水化机理及模型建立

3.1 水力压差化学势差引起泥页岩水化的机理

3.1.1 水力压差

3.1.2化学势差

3.1.3水力压差化学势差耦合

3.2电势差毛管力引起泥页岩水化的机理

3.2.1泥页岩井壁电荷的来源

3.2.2扩散双电层理论

3.2.3 电势差引起泥页岩水化的机理

3.2.4毛管力引起泥页岩地层的水化的机理

3.3泥页岩水化模型的建立

3.3.1 水力压差化学势差作用下的数学模型

3.3.2电势差作用下的数学模型

3.3.3毛管力作用下的数学模型

3.4本章小结

第四章 泥页岩水化的模型求解及验证

4.1 水力压差化学势差模型的求解及验证

4.1.1 实验模拟

4.1.2数值计算

4.1.3结果分析

4.2毛管力模型求解及验证

4.2.1 实验模拟

4.2.2数值计算

4.2.3结果分析

4.3本章小结

第五章 泥页岩地层井壁稳定钻井液设计方法

5.1 泥页岩地层井壁稳定钻井液设计

5.1.1泥页岩地层井壁失稳影响因素

5.1.2泥页岩地层井壁稳定钻井液设计思路

5.2泥页岩井壁稳定型钻井液的研究方向

5.3本章小结

第六章结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文