CN109900568A - 一种页岩井壁失稳研究中页岩强度降低程度的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩井壁失稳研究中页岩强度降低程度的评价方法。包括：(1)采用一面平整的页岩岩心或露头，将岩样置于岩石强度连续刻划测试系统进行刻划，并获取每一刻划位置处的强度值；(2)将岩样整体浸泡于工作流体中浸泡；(3)再次在相同的位置，以与第一次刻划相同的方向对岩样进行刻划，并获取浸泡后每一刻划位置处的强度值；(4)同一位置处浸泡前后强度之差即为页岩强度降低程度，降低程度除以浸泡前强度值即为强度降低率。本发明克服了传统抗压法中因取芯损伤带来的误差，具有准确便捷、对岩样损坏程度小的特点，可有效反应页岩非均质性特点，精细评价矿物组分、结构等对页岩强度及强度降低程度的影响。

Description

一种页岩井壁失稳研究中页岩强度降低程度的评价方法

技术领域

本发明涉及页岩技术领域，进一步地说，是涉及一种页岩井壁失稳研究中页岩强度降低程度的评价方法。

背景技术

与常规具有较强水敏性的膨胀性泥页岩所带来的井壁失稳形式不同，页岩储层通常水敏性黏土矿物含量较低，微裂缝和层理发育，易于坍塌掉块，引起井壁失稳的发生。加之目前页岩油气井均采用长水平段水平井方式开发，致使井壁失稳问题更加突出，因此开展页岩井壁稳定性能研究是非常有必要的。而准确全面地评价与钻井液流体接触前后的页岩强度特性，是页岩水平井井壁稳定研究的关键。

目前，国内外学者主要通过室内岩石抗压实验获取，根据岩样受压过程中的应力-应变曲线确定岩石强度及弹性等参数。该方式所需岩心数量较大，一般的井下取心难以满足。且抗压试验需要对岩样进行取心、断面磨平等深度加工，使之形成一定规格的标准岩心之后才能进行测试。而在岩样加工过程中，会对岩石造成一定程度的损坏。特别是对于层理性强、微裂隙发育的页岩来说，极易在加工过程中沿层理面发生断裂，使抗压实验结果精度大大降低；且抗压实验只可获取某一深度点处强度，无法反应整个地层的强度非均质性特征，因此也就难以全面有效地评价页岩的井壁稳定性能。另外，在采用抗压实验确定岩石强度降低率时，一般需要重复多次以降低实验误差。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种页岩井壁失稳研究中页岩强度降低程度的评价方法。以用于与工作流体接触后页岩强度变化表征，为页岩井壁稳定技术研究提供有效的研究手段。

本发明的目的是提供一种页岩井壁失稳研究中页岩强度降低程度的评价方法。

所述方法包括：

(1)采用一面平整的页岩岩心或露头，将岩样置于岩石强度连续刻划测试系统进行刻划，并获取每一刻划位置处的强度值；

(2)将岩样整体浸泡于工作流体中浸泡；

(3)再次在相同的位置，以与第一次刻划相同的方向对岩样进行刻划，并获取浸泡后每一刻划位置处的强度值；

(4)同一位置处浸泡前后强度之差即为页岩强度降低程度，降低程度除以浸泡前强度值即为强度降低率。

其中，优选：

步骤(1)中，对页岩岩心进行观察，选取具有明显不同颜色或结构特征的位置进行刻画；刻画2～8条线.

步骤(2)中，浸泡时间1-30天；浸泡温度为20～150℃；浸泡压力为0～60MPa。

每个划痕的深度为60～120微米；侵泡前后两次划痕的深度相同。

本发明具体可采用以下技术方案：

采用一面平整的页岩岩心或露头，将岩样置于岩石强度连续刻划测试系统进行刻划，获取原始岩石强度连续剖面，并获取每一刻划位置处的强度值；随后将岩样整体浸泡于工作流体中，浸泡压力和温度根据实际需要确定；浸泡一定时间后，再次以相同方向对岩样进行刻划，并获取浸泡后岩石强度连续剖面。同一位置处浸泡前后强度之差即为页岩强度降低程度，降低程度除以浸泡前强度值即为强度降低率。

本发明中岩石强度连续刻划测试系统优选采用美国TerraTek公司的全尺寸岩石强度连续刻划测试系统。系统主要由刻划驱动装置、载荷测量仪、深度测量仪、水平位移测量仪、刻划刀、岩样固定装置和计算机采集控制装置组成。试验时刻划刀以一恒定的速度和深度对岩样表面进行刻划，计算机实时采集刻划刀的位移和受力等数据，并将数据代入刻划理论模型计算得到岩石的抗压强度。

本发明所述方法克服了传统抗压法中因取芯损伤带来的误差，具有准确便捷、对岩样损坏程度小的特点，可有效反应页岩非均质性特点，精细评价矿物组分、结构等对页岩强度及强度降低程度的影响。本发明为深入研究页岩井壁稳定技术提供了有效评价手段。

附图说明

图1页岩岩心刻画线位置示意图；

图2页岩岩石强度连续剖面；

图3清水浸泡48h前后岩石抗压强度剖面；

图4清水浸泡48h前后岩石抗压强度降低率。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例

本实施例是一种用于与流体接触后页岩抗压强度变化程度的评价方法。可有效反应页岩强度的非均质特征，表征不同种类矿物组分富集对强度的影响，并精细评价与不同流体接触后岩石强度的变化情况，为页岩井壁稳定的研究提供借鉴。

方法的具体实施步骤如下：

(1)对页岩岩心进行观察，选取具有明显不同颜色或结构特征的位置，对此不同位置处矿物组分进行分析，以便评价矿物组分对强度的影响；选了8个位置刻线；

不同位置处矿物组分含量见表1。可发现不同位置处矿物组分与岩样表面颜色变化具有较强的相关性。

表1不同位置处矿物组分分析结果

(2)采用岩石强度连续刻划方法对页岩表面进行刻划，获取原始页岩岩石强度连续剖面，并获取页岩任一位置处强度值。此强度连续剖面为浸泡前抗压强度值σ₁。

(3)配制钻井液，并将页岩岩心在定温定压条件下置于钻井液中浸泡；温度25℃、时间2天、压力0MPa等，划痕的深度是18微米。

(4)再次以相同方向对岩样进行刻划，并再次获取浸泡后岩石强度连续剖面，并获取浸泡后任一位置处强度值。此强度连续剖面为浸泡后抗压强度值σ₂。通过对比可以发现，浸泡后不同位置处抗压强度值出现一定程度的降低。

(5)对页岩岩样任一位置处强度降低程度进行计算，可获取强度降低程度曲线

Δσ＝σ₁-σ₂

降低程度除以浸泡前强度值，即可得到页岩岩样任一位置处强度降低率η，进而获取强度降低率曲线

刻画线前后强度见表2.

表2

通过图4可见岩石抗压强度降低率整体变化较为剧烈，整体在0～40％不断变化，平均降低率为20.49％。通过对图4曲线进行深入分析，可以确定岩石抗压强度降低率主要由岩石矿物组分所决定。石英含量高、黏土矿物含量低的区域(如②④⑥等处)岩石抗压强度降低程度较小，仅有不到10％；而黏土矿物含量高、石英含量低的区域(如①③⑤⑦处)岩石抗压强度都在40～50％之间。岩石抗压强度降低率最大点出现在⑧处，降低率达80％以上，说明流体浸泡对页岩微裂缝处的岩石强度影响极大。综合上述分析，可以发现页岩储层中局部区域黏土矿物的相对富集可对水化后强度降低起到决定性的影响。黏土矿物含量越高，强度降低率也就越大。

Claims (7)

1.一种页岩井壁失稳研究中页岩强度降低程度的评价方法，其特征在于所述方法包括：

(1)采用一面平整的页岩岩心或露头，将岩样置于岩石强度连续刻划测试系统进行刻划，并获取每一刻划位置处的强度值；

(2)将岩样整体浸泡于工作流体中浸泡；

(3)再次在相同的位置，以与第一次刻划相同的方向对岩样进行刻划，并获取浸泡后每一刻划位置处的强度值；

(4)同一位置处浸泡前后强度之差即为页岩强度降低程度，降低程度除以浸泡前强度值即为强度降低率。

2.如权利要求1所述的页岩井壁失稳研究中页岩强度降低程度的评价方法，其特征在于：

步骤(1)中，对页岩岩心进行观察，选取具有明显不同颜色或结构特征的位置进行刻画。

3.如权利要求2所述的页岩井壁失稳研究中页岩强度降低程度的评价方法，其特征在于：

步骤(1)刻画2～8条线。

4.如权利要求1所述的页岩井壁失稳研究中页岩强度降低程度的评价方法，其特征在于：

步骤(2)中，浸泡时间1-30天。

5.如权利要求4所述的页岩井壁失稳研究中页岩强度降低程度的评价方法，其特征在于：

浸泡温度为20～150℃。

6.如权利要求5所述的页岩井壁失稳研究中页岩强度降低程度的评价方法，其特征在于：

浸泡压力为0～60MPa。

7.如权利要求1所述的页岩井壁失稳研究中页岩强度降低程度的评价方法，其特征在于：

每个划痕的深度为60～120微米；侵泡前后两次划痕的深度相同。