[发明专利]基于地层粘弹性的泥页岩井壁稳定钻井液密度确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及井壁稳定技术领域，尤其涉及基于地层粘弹性的泥页岩井壁稳定钻井液密度确定方法。

背景技术

井壁失稳问题是石油钻井过程中普遍存在并一直困扰石油工业界的一个复杂问题。从力学角度来说，井壁岩石所受到的破坏应力大于原始强度是井壁失稳的主要原因。研究人员展开了广泛深入的研究，在1940年H.M.westergard对直井周围弹—塑性井眼的应力分布情况进行了描述，发表了第一篇关于井壁稳定问题的正式文献。Faithurst给出了考虑倾斜地层、倾斜井眼、三向不均匀应力场下线弹性的应力状态解。Terzaghi提出了有效应力原理，随后的研究人员将其运用到井壁稳定分析中，对孔隙压力的影响进行了修正。Carroll给出了统一的表达式：有效应力＝总压力-常数C×孔隙流体压力(C≤1)。Biot在1955年提出了多孔弹性介质理论，并应用到了井壁稳定的研究当中。国内对井壁稳定的力学研究以石油大学的黄荣樽教授、陈勉、邓金根教授为代表。多年来，他们的研究团队根据多孔弹性介质力学理论、岩石力学、声学及地质力学理论，系统研究了孔壁围岩的受力状态，岩石强度的测定方法，地应力的测量技术，泥页岩水化应力及其分布、相应计算方法等。

上述研究成果将井壁围岩考虑成弹性多孔介质来进行研究。然而随着对井壁失稳问题的深入研究，可以发现，对于泥页岩地层按照弹性或弹塑性理论来描述和处理岩石材料与时间相关的粘弹性属性方面，存在一定的缺陷。井壁岩石处于地下流体环境中，受到入井流体侵蚀的强化学作用，具有明显的粘弹性效应，引入流变力学的方法来进行研究，才会更为确切。油气钻井过程中，入井流体通过对岩石结构和力学参数的影响，使得泥页岩的软化临界荷载或长期强度降低。而且在钻井过程中，由于岩石的含水率变化及流固耦合的影响，使岩石的力学参数和结构进一步恶化，使岩石粘弹性变形大大增加。当泥页岩吸水膨胀产生粘弹性时，井壁岩石往往产生缩径破坏，常造成卡钻、井眼失稳、固井后挤毁套管等事故，给钻井带来重大经济损失。

目前依据所钻地层的坍塌压力与破裂压力来确定钻井液密度，保持井壁处于力学稳定状态，是现场钻井中防止井壁发生坍塌或塑性变形常用的方法，还没有基于泥页岩的粘弹性力学的钻井液密度确定方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供基于地层粘弹性的泥页岩井壁稳定钻井液密度确定方法，对指导现场调整钻井液液柱压力来保证井壁稳定具有现实的指导意义。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于地层粘弹性的泥页岩井壁稳定钻井液密度确定方法，包括以下步骤：

第一步，按行业标准将试样加工成直径为25毫米、长为50毫米的圆柱体；将试样浸泡在蒸馏水中饱和24小时，然后对试样进行三轴蠕变实验，当蠕应变的速率趋于稳定，每隔1-2h记录一次；当连续2h内变形增量低于了0.001mm/h，开始施加下一级载荷，重复上述步骤直到试样被破坏；

第二步，对第一步实验结果进行分析，建立描述泥页岩粘弹性的蠕变本构模型：