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发表于 2014-8-23 15:34
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来自： 中国天津
第三单元 页岩稳定性钻井模拟试验
图12-8 压力室内页岩试样示意图
图12-8所示为模拟孔内压力、温度和循环条件而设计的实验室装置。利用这个装置开展对页岩等遇水不稳定性的研究。岩心试样用格伦劳斯(Glen Rose)C级页岩浆滤去水分而制成。页岩浆是由2250g的地面页岩用750ml海水均化而成，并在31MPa压力下压实，成为水分含量占9%的岩心。压实以后，切成水分含量相等的100mm的岩心试样。在试样中钻出直径为25.4mm、深度为76mm的孔眼，然后将试样用密封圈和环氧涂层固定好，以控制孔隙压力、井眼中泥浆压力和覆盖重量产生的上覆压力。试验液体在65.6℃下通过在岩心内钻孔循环6h，覆盖压力和泥浆循环压力都是20.7MPa,孔隙压力是1.72MPa。随后停止加热和循环，使泥浆和孔隙压力达到与大气压相平衡，而将试样留在泥浆中16～18h。然后将试样切成两半，用来检验模拟井眼条件时各种液体对页岩稳定性的影响。
第四单元 页岩稳定性指标(SSI)的试验方法
SSI试验的基本原理是采用了测量岩心侵蚀(或膨胀)量D值，以及测量可塑性固体的针入度Hf(Hf表示物体硬度和受力产生塑性流动变形能力的大小)，用来表示人造或天然页岩岩心遇水膨胀和剥落的特征和大小。
页岩浆液是用七份干的格伦劳斯C级页岩粉和三份人造海水混合配成的。配制岩心试样时用一个特殊的活塞与标准的高温高压失水仪压滤室相配合，把页岩浆液中的水挤出来，260g页岩接受7MPa的压力差作用2h，就配成坚固的岩心试样，然后打开压滤室，推出坚实的岩心这个重新组成的岩心放入允许岩心有些过量的圆柱形钢杯中，然后用9MPa的负荷将岩心挤入杯中，再用一个标准的油脂针入度仪(Grease Penetrometer)量测其表面硬度。杯子和压好的岩心被固定在瓶罩内，并浸入包含各种试测溶液的品脱瓶中。岩心试样在65.6℃下暴露在试验溶液中16h，并用低速滚动以模拟冲洗液对岩心的冲蚀影响。然后将瓶冷却，试样试验结束。
利用下式计算不同溶液中的页岩稳定性指标(SSI)：
(12-19)
式中：Hi-针入度仪的初始读数，mm； Hf--浸泡后针入度仪读数，mm；D--由针入度仪测得的膨胀值或侵蚀值，mm。
第五单元 英苏林(Ensulin)液体吸收仪
用英苏林(Ensulin)液体吸收仪测量页岩岩屑的膨胀性，建立相应的数学模式，然后用方程中的参数对页岩的本质进行分析和评价，提出页岩分类新方法，以解决控制页岩稳定的有关问题。
图12-9 英苏林(Ensulin)膨胀仪
英苏林膨胀仪(图12-9)的试验程序如下：将页岩粉末或碎屑放入样品杯内的多孔玻璃片上，系统内充满电解质溶液，使样品杯内液面维持在能润湿玻璃片上的滤纸。关B阀，开A阀，样品杯与带刻度的移液管相通，记录页岩吸水时间和移液管内被吸收的液体量。移液管内液体吸出太多时，打开B阀补充溶液。
由于页岩在双对数坐标上呈线性关系，因而描述页岩膨胀的方程式可表达为：
(12-20)
式中：MT--时间t内被吸附的液体量，g/g； Mi--截距，瞬时吸附的液体量，g/g;； N--斜率，水化速度，每分钟每克页岩吸附液体的克数。
液体吸附规律与页岩的膨胀性相对应，截距Mi是页岩吸附液体前的吸附状态近似值，它与粘土和水的含量以及压实程度有关。液体吸附达到平衡状态所需时间是相当长的，一般不必进行测量，但任何时间t内吸附液体产生的膨胀量，能用下列方程式来计算：
(12-21)
式(12-20)在双对数坐标上表示的是线性关系。
使用英苏林膨胀仪也可以研究化学处理剂对页岩的液体吸附性能的影响。
第六单元 毛细管吸收时间(Capillary Suction Time-CST)仪
图12-10 CST装置原理图
1-过滤漏斗；2-滤纸； 3-电机；4-浆液
作为分析、评价和提出页岩分类新方法的另一仪器是CST装置图12-10，它用来测定页岩的分散性。CST装置由过滤漏斗(直径约2.54cm、高5～6cm的不锈钢圆筒)、标准孔隙度滤纸、计时器及与之相连的电极组成。电极距漏斗边缘分别为0.5cm、1.0cm和1.5cm。
CST装置进行页岩分散试验程序如下：将15%的100目页岩浆液在恒速下剪切不同的时间，漏斗置于标准滤纸上，滤纸覆盖带电极的试验板。取5ml搅拌好的浆液倒入漏斗中，测定浆液在滤纸上流动0.5cm距离所需的时间。同一试验至少应进行三次，其误差不超过3%～5%。
为了评价不同电解质对页岩的作用，制备CST试验样品时，要求用蒸馏水冲洗页岩岩屑，直至水中无氯离子存在为止，然后再将岩屑烘干。
图12-11 三种页岩的CST分散性试验曲线
图12-11所示为三种页岩的CST分散性试验曲线。图中CST值与剪切时间呈线性关系，因此，页岩分散性方程可表达为:
(12-22)
式中:y--浆液渗透0.5cm举例所需的时间s；m1--斜率,表示页岩在溶液中的分散速度；x--剪切时间,s；B--截距,表示瞬时细分散的胶体粒子量(初分散)
第五节 水泥护壁堵漏
第一单元 堵漏对水泥性能的要求
水泥是一种良好的胶凝材料，不仅在建筑行业广泛使用，而且早在20世纪40年代钻井工程中就已经开始用水泥护壁堵漏了。用水泥进行护壁堵漏是将水泥浆注入钻孔内，并使其进入所封堵和护壁的孔段漏失层裂隙、孔洞的坍塌部位，利用水泥浆的凝固硬化作用，将其堵塞并与岩层胶结为一整体。水泥还可作为钻井封孔、止水、固井、防喷、加固基础等。由于水泥具有货源广、成本低、无毒、使用方便、利于孔内灌注等优点，目前仍然被广泛用作钻井护壁堵漏的固结材料。本节重点讨论水泥在钻井护壁堵漏中的应用。
当钻井遇到卵砾石层、破碎带、大裂隙、溶洞、厚砂层，用泥浆难以护壁堵漏时，即应采用水泥等固结材料进行护壁堵漏。这时，在工艺上需要停止钻进，从井内提出钻具，再向井内灌注水泥浆材，待水泥浆材渗挤、充填到地层空隙中并凝固复杂层段后，再重新下入钻具扫孔钻进成井。因此，与泥浆随钻护壁堵漏相比，水泥护壁堵漏在工序上增加了专门灌注、候凝固结和重新扫孔时间。
（1）护壁堵漏灌注水泥最常用的方法是用水泵通过钻杆将水泥浆液输送到井底，然后水泥浆液在井底能够有效地渗入地层的孔裂隙中。这就要求水泥浆液在这一阶段具有良好的流动性。
（2）普通建筑用硅酸盐水泥的候凝固结时间很长，如要达到它们的最终强度往往需要10d以上，这么长的停待时间对钻井工作来说是难以接受的，因此希望能够尽量缩短水泥的候凝固结时间（如1～2d，甚至更短）。
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楼主: mmk19890307
