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一種鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法

閱讀：231發(fā)布：2020-05-28

專利匯可以提供一種鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開了一種 鉆井液 與泥 頁巖 地層 理化作用的評價方法，屬于石油 天然氣 鉆探技術(shù)領(lǐng)域，涉及石油天然氣鉆井井壁穩(wěn)定、礦業(yè)地質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要包括以下步驟：對礦場泥頁巖進行觀察描述，制備并篩選巖芯；測試巖芯在不同吸 水 時間點的 聲波 時差和 電阻 率 ；根據(jù)不同吸水時間點下巖芯的聲波時差，評價泥頁巖的水化強度；根據(jù)不同吸水時間點下巖芯的電阻率變化情況，評價泥頁巖的水化速度。本發(fā)明的評價方法操作方便，結(jié)果準確可靠，能夠定量評價泥頁巖的水化特征，為調(diào)整鉆井液泥漿 密度 提供依據(jù)。，下面是一種鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
第一步，對礦場泥頁巖進行觀察描述，制備并篩選巖芯試樣；
第二步，測試巖芯在不同吸水時間點的聲波時差和電阻率；
第三步，根據(jù)不同吸水時間點下巖芯的聲波時差，評價泥頁巖的水化強度；
第四步，根據(jù)不同吸水時間點下巖芯的電阻率變化情況，評價泥頁巖的水化速度；
第五步，更換巖芯樣品，重復第三步和第四步，至少重復進行3次試驗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法，其特征在于，所述第一步中，泥頁巖發(fā)育有層理面，鉆取的巖芯試樣為圓柱體且?guī)r芯軸線與層理面法線方向夾角在0°～90°之間，巖芯端面磨平，兩個端面垂直于巖芯軸線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法，其特征在于，所述第一步中，測試巖芯試樣原始狀態(tài)條件下的聲波時差，然后篩選聲波時差值相近的巖芯作為試驗樣品。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法，其特征在于，所述第二步中，在巖樣與流體接觸端和沿著流體接觸后的軸線方向分別安裝1個軸向位移傳感器和4個徑向位移傳感器，用于檢測巖芯與流體接觸后的軸向和徑向應(yīng)變量，4個徑向位移傳感器與巖樣和流體接觸端的距離分別為10mm、30mm、50mm和90mm，在安放徑向位移傳感器的位置還同時安放了4個測量電極(R1、R2、R3、R4)用于檢測巖芯電阻率的變化，聲波探頭分別放在巖芯端面用于監(jiān)測巖芯聲波的變化，在入口端安裝計量管用于計量巖芯的吸水量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法，其特征在于，所述第二步過程為：鉆井液從入口端侵入巖心，并且實時記錄巖芯各個部位軸向和徑向應(yīng)變量、電阻率、聲波時差以及鉆井液侵入量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法，其特征在于，所述第三步中，測試不同吸水時間點下巖芯的聲波時差，根據(jù)巖芯原始聲波時差和吸水后的聲波時差評價水化強度，其表達式為：
式中：R水化強度，％；Acs為某一吸水時間點下的聲波時差，um/s；Aco原始的聲波時差，um/s。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法，其特征在于，所述第四步中，根據(jù)不同位置電阻率發(fā)生變化的時間，計算水化速度，其表達式為：
式中：Vh為水化速度，cm/h；ΔLn分別為四個測量電極中任意以一個電極到入口端的距離,cm；Tn該電極處巖芯電阻率發(fā)生變化的時間,h。

說明書全文

一種鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明屬于石油天然氣鉆探技術(shù)領(lǐng)域，涉及石油天然氣鉆井井壁穩(wěn)定、礦業(yè)地質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

[0002] 關(guān)于鉆井液與泥頁巖地層之間相互作用的評價在傳統(tǒng)鉆井領(lǐng)域已有很多成熟的方法和指標，如線性膨脹率、滾動回收率等。但這些方法和指標都主要是表現(xiàn)和表征泥頁巖和鉆井液相互作用的最終狀態(tài)或結(jié)果，缺少對相互作用過程中地層巖石內(nèi)部動態(tài)變化過程的反映。在鉆井液與泥頁巖地層接觸過程中，這些方法和指標都不能反映鉆井液對地層及其內(nèi)部的影響速度及強度，同時室內(nèi)評價結(jié)果與礦場實際應(yīng)用之間也缺少可比較性。為此本發(fā)明提供了一種方法去研究泥頁巖水化動態(tài)變化過程與聲波時差、電阻率等巖石物理參數(shù)的動態(tài)變化過程之間的關(guān)系，以實現(xiàn)現(xiàn)場可測量、易測量的電阻率、聲波時差等巖石物理參數(shù)與不可測量水化速度、水化強度等參數(shù)間的轉(zhuǎn)換，建立通過礦場可測量、易測量巖石物理參數(shù)獲得不可測量參數(shù)的方法和途徑。

發(fā)明內(nèi)容

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法，使得礦場測量的巖石物理參數(shù)更加滿足工程需求。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] 第一步，對礦場泥頁巖進行觀察描述，制備并篩選巖芯試樣；
[0006] 第二步，測試地層條件下的巖芯在不同吸水時間點的聲波時差和電阻率；
[0007] 第三步，根據(jù)不同吸水時間點下巖芯的聲波時差，評價泥頁巖的水化強度；
[0008] 第四步，根據(jù)不同吸水時間點下巖芯的電阻率變化情況，評價泥頁巖的水化速度；
[0009] 第五步，更換巖芯樣品，重復第三步和第四步，至少重復進行3次試驗。
[0010] 所述第一步中，對礦場取回的泥頁巖進行描述，觀察其層理發(fā)育情況，使用空氣鉆頭進行取芯，取芯方向與層理面法向呈一定夾角，并記錄該夾角；將鉆取的巖芯兩端切平并保證兩個端面與巖芯軸線垂直，然后進行編號；選取外觀完整的巖芯并測量其聲波時差，按照聲波時差值對巖芯進行篩選，篩選出聲波時差值相近的巖芯備用。
[0011] 所述第二步中，在巖樣與流體接觸端和沿著流體接觸后的軸線方向分別安裝1個軸向位移傳感器和4個徑向位移傳感器，用于檢測巖芯與流體接觸后的軸向和徑向應(yīng)變量，4個徑向位移傳感器與巖樣和流體入口端的距離分別為10mm、30mm、50mm和90mm，在安放徑向位移傳感器的位置還同時安放了4個測量電極(R1、R2、R3、R4)用于檢測巖芯電阻率的變化，聲波探頭分別放在巖芯端面用于監(jiān)測巖芯聲波的變化，在入口端安裝計量管用于計量巖芯的吸水量。
[0012] 所述第二步中，鉆井液從入口端侵入巖心，使用入口端的計量管測量鉆井液的侵入量，同時測試巖芯的聲波時差，以及巖芯的徑向應(yīng)變量和電阻率，并且實時記錄巖芯各個部位軸向和徑向應(yīng)變量、電阻率、聲波時差以及鉆井液侵入量。
[0013] 所述第三步中，測試不同吸水時間點下巖芯的聲波時差，根據(jù)巖芯原始聲波時差評價水化強度，其表達式為：
[0014]
[0015] 式中：R水化強度，％；Acs為某一吸水時間點下的聲波時差，um/s；Aco原始的聲波時差，um/s。
[0016] 所述第四步中，根據(jù)巖芯不同位置電阻率發(fā)生變化的時間，計算水化速度，其表達式為：
[0017]
[0018] 式中：Vh為水化速度，m/h；ΔLn分別為四個測量電極中任意以一個電極到入口端的距離；Tn該電極處巖芯電阻率發(fā)生變化的時間。
[0019] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：
[0020] 本發(fā)明針對鉆井液與泥頁巖地層理化作用問題，建立了基于礦場電阻率-聲波時差測井響應(yīng)統(tǒng)計關(guān)系及室內(nèi)聲波水化動態(tài)監(jiān)測與礦場鉆時曲線相結(jié)合的原狀泥頁巖地層聲波時差測井響應(yīng)反演方法，為鉆井剖面原狀泥頁巖地層巖石強度及坍塌壓力的預測奠定了方法基礎(chǔ)，為鉆井方式的優(yōu)化優(yōu)化提供了依據(jù)。附圖說明
[0021] 圖1為本發(fā)明鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法的實施流程框架圖；
[0022] 圖2為按照不發(fā)明本發(fā)明鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法的圖1所示實施例的不同時間點下泥頁巖的水化強度；
[0023] 圖3為按照不發(fā)明本發(fā)明鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法的圖1所示實施例的不同時間點下電極R4測得的泥頁巖電阻率。

具體實施方式

[0024] 為了更進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容，下面將結(jié)合具體實施例詳細闡述本發(fā)明。
[0025] 實施例：
[0026] 如圖1所示，一種鉆井液與泥頁巖地層理化作用的評價方法，其按照先后順序包括以下步驟：
[0027] 第一步，對礦場泥頁巖進行觀察描述，制備并篩選巖芯試樣；
[0028] 第二步，測試地層條件下的巖芯在不同吸水時間點的聲波時差和電阻率；
[0029] 第三步，根據(jù)不同吸水時間點下巖芯的聲波時差，評價泥頁巖的水化強度；
[0030] 第四步，根據(jù)不同吸水時間點下巖芯的電阻率變化情況，評價泥頁巖的水化速度；
[0031] 第一步中，觀察泥頁巖并確定其層理面的走向，使用空氣取芯機沿垂直層理面法線方向鉆取巖芯，打磨平巖芯的兩個端面并且保證兩個端面都垂直于巖芯軸線。在本實施例中，鉆取5個巖芯樣品，其形狀為圓柱形，直徑25mm，打磨處理后其長度為50mm。測量初始狀態(tài)下的巖芯聲波時差，選取其中三個聲波時差相近的巖芯作為試驗樣品。
[0032] 第二步中，地層條件包括地層溫度、地層圍壓和地層孔隙壓力等條件。利用水化動態(tài)檢測儀測試巖芯在不同吸水時間點的聲波時差、電阻率以及吸水量，按照先后順序包括以下步驟：
[0033] (1)將巖芯放置于巖芯夾持器中，兩端用壓頭手緊，入口端連接鉆井液吸管并保證鉆井液能侵入巖芯。
[0034] (2)通過圍壓增壓器向巖芯夾持器中注入液壓油，并使得巖芯所承受的圍壓為地層圍壓。本實施例中，所用圍壓油選用液壓油，施加圍壓至35MPa。
[0035] (3)將巖芯樣品和圍壓油升溫至地層原位狀態(tài)溫度。本實施例中，溫度升高至75℃。
[0036] (4)使用壓頭對巖芯施加軸向壓力。本實施例中，軸向壓力為1.5MPa。
[0037] (5)開啟聲波測試系統(tǒng)、電阻率測試系統(tǒng)以及位移測試系統(tǒng)，實時測試巖芯的聲波時差、不同位置處的電阻率以及徑向應(yīng)變和軸向應(yīng)變。
[0038] (6)打開鉆井液吸管控制閥，讓鉆井液侵入巖芯。記錄鉆井液侵入時間點以及侵入量，一段時間后，停止試驗，關(guān)閉系統(tǒng)，導出數(shù)據(jù)。本實施例中，試驗時間為14天。
[0039] (7)更換巖芯樣品，重復步驟(1)至步驟(6)，進行重復性試驗。本實施例中，重復進行三次試驗。
[0040] 第三步中，根據(jù)試驗得出的鉆井液侵入時間點、侵入量以及對應(yīng)的各個時間點的聲波時差，評價水化強度。本實施例中，巖芯在不同時間點的水化強度測試結(jié)果如圖2所示。
[0041] 第四步中，根據(jù)試驗得出的各個四個測量電極所測電阻率發(fā)生變化的時間，根據(jù)表達式即得出水化速度。本實施例中，為了準確描述水化速度，使用末端位置處電極測量的電阻率(R4)計算水化速度。如圖所示，電阻率隨接觸時間的變化規(guī)律，根據(jù)電阻率的改變時間以及電極R4到入口的距離。巖芯1、巖芯2和巖芯3計算出水化速度分別為0.119cm/h、0.132cm/h和0.100cm/h。
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