CN110748339B - 一种通过调节钻井液活度稳定泥页岩地层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过调节钻井液活度稳定泥页岩地层的方法，包括：（1）确定地层的水活度；（2）确定岩石的最小强度；（3）根据渗透压大于岩石最小强度的关系，利用渗透压的计算公式ΔP=αRT/Vwln(am/as)，计算出能平衡地层活度的钻井液活度；（4）根据计算的钻井液活度值，确定钻井液中活度调节剂的加量。本发明通过定量化的计算可以准确确定稳定泥页岩地层所需的钻井液活度，从而可以精确控制活度调节剂类处理剂的加量，既能到达有效平衡地层活度、稳定泥页岩地层的目的，又能避免过量加入导致的材料浪费、成本增加、钻井液性能不稳定等问题；同时定量化的程序的建立有利于实现操作的标准化、模块化，更有利于大面积推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井过程中稳定泥页岩地层的方法，具体地说，是涉及一种钻井过程中通过降低钻井液活度，使钻井液活度与地层活度适度平衡来稳定泥页岩地层的方法。
背景技术
早在1911年，英国物理化学家唐南提出了关于钻井液活度的唐南平衡理论，随后很多学者开展了钻井液活度与泥页岩水化关系之间的研究。研究表明受到较强压实作用的泥页岩或孔隙度低的泥页岩，其自身可以起到半透膜作用。因此，降低钻井液中水的活度就能够减少水向泥页岩地层近井壁地带扩散、渗透以及与地层矿物发生物理化学反应的趋势，有利于稳定井壁。
活度平衡理论最早应用于油基钻井液中，通过在水相中加入氯化钙等无机盐来降低钻井液的活度，起到平衡地层活度，抑制泥岩水化的目的。在水基钻井液中活度调节技术的主要应用就是无机盐和有机盐体系的应用，但无机盐和有机盐体系的应用考虑更多的是利用了离子交换作用，通过压缩黏土扩散双电层达到抑制黏土水化分散的目的，盐类物质没有起到活度平衡的作用；并且该类钻井液体系中盐类物质的加量通常是根据以往经验或出于钻井液常规性能的考虑，没有根据地层的活度进行计算、设计，盐类物质加少了达不到活度平衡的目的，加多了又会造成浪费，盐类物质的加量缺乏定量依据，不利于形成标准化的规范进行推广应用。
发明内容
本发明的目的是克服上述活度调节技术的不足，提供一种通过实验测定、计算等来定量确定钻井液活度的通过调节钻井液活度稳定泥页岩地层的方法，从而既能实现对泥页岩地层的适度活度平衡，又能达到节约钻井成本的目的。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种通过调节钻井液活度稳定泥页岩地层的方法，其特征包括：（1）确定地层的水活度；（2）确定岩石的最小强度；（3）根据渗透压大于岩石最小强度的关系，利用渗透压的计算公式ΔP =αRT/Vwln(am/as)，计算出能平衡地层活度的钻井液活度；（4）根据计算的钻井液活度值，确定钻井液中活度调节剂的加量。
上述方案中，所述的确定地层水活度方法是根据Mondshine的理论，利用有效应力法预测地层的水活度或利用邻井岩心模拟地层条件下进行水活度的测定。
所述的确定岩石最小强度的方法是取实验室实测岩石的抗拉强度、抗剪强度和抗压强度三者的最小值，或无法取得岩心时根据统计资料取通常的最小抗拉强度2MPa为岩石的最小强度。
所述的活度调节剂包括无机盐、有机盐、醇类化合物、糖类化合物中的一种或几种。无机盐是氯化钙、氯化钾、氯化钠、氯化镁中的一种或几种；有机盐是甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯、乙酸钾、乙酸钠中的一种或几种；醇类化合物是乙二醇、丙三醇、正丁醇、聚合醇、木糖醇、山梨醇中的一种或几种；糖类化合物是葡萄糖、蔗糖、麦芽糖中的一种或几种。
本发明所述的有效应力法预测地层的水活度的公式为
本发明所述的渗透压的计算公式ΔP＝αRT/Vwln(am/as)；
其中σv表示有效压力，其数值等于上覆压力-孔隙压力；as表示页岩地层水 活度；Vw表示水的摩尔体积其中α表示半透膜效率，R为气体常数，T为绝对温 度，Vw为水的摩尔体积，as为泥页岩的水活度，am为钻井液的水活度。
本发明的方法主要是应用于水基钻井液钻探泥页岩地层过程中。现有技术中钻井液活度的控制主要采用添加无机盐、有机盐、甲甙等处理剂的方式，处理剂的加量通常是根据经验或钻井液性能来衡量，缺乏定量依据。
与现有技术相比，本发明有如下优点：通过定量化的计算可以准确确定稳定泥页岩地层所需的钻井液活度，从而可以精确控制活度调节剂类处理剂的加量，既能到达有效平衡地层活度、稳定泥页岩地层的目的，又能避免过量加入导致的材料浪费、成本增加、钻井液性能不稳定等问题；同时定量化的程序的建立有利于实现操作的标准化、模块化，更有利于大面积推广应用。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但是本发明不仅限于这些例子。
实施例1
某井井深3000m处，地层温度为100℃，有效压差为24MPa，气体常数为 8.314，水的摩尔体积为1.8×10-5m3·mol-1。按如下方法制定稳定地层活度的钻井 液配方：
(1)确定钻井液的活度。根据地层水活度的计算公式为
得出地层水活度为0.9275。
（2）因无法获取岩心，根据统计资料，页岩的抗拉强度最小，通常为2-10MPa，取最小值2MPa为岩石的最小强度。
（3）根据渗透压大于岩石最小强度的关系，取渗透压等于2MPa，利用渗透压的计算公式ΔP =αRT/Vwln(am/as)，取半透膜效率为1，计算得出钻井液活度为0.98。
（4）由确定的钻井液活度值，确定加入质量体积分数为5%的氯化钾即可达到要求。
实施例2
取得某井4000m井深处岩心，地层温度125℃，地层压力32MPa，含水饱和度1.68%。按如下方法制定稳定地层活度的钻井液配方：
（1）确定钻井液的活度。在模拟地层条件下，采用高性能可调激光水分活度仪测得地层活度为0.8563。
（2）取邻井相同地层的岩心，分别测抗拉强度为2.5MPa，抗剪强度为6MPa，抗压强度为43MPa，取最小值2.5MPa为岩石的最小强度。
（3）根据渗透压大于岩石最小强度的关系，取渗透压等于2.5MPa，利用渗透压的计算公式ΔP =αRT/Vwln(am/as)，取半透膜效率为1，计算得出钻井液活度为0.92。
（4）由确定的钻井液活度值，确定加入质量体积分数为15%的甲酸钾即可达到要求。
实施例3
某井井深3500m处，地层温度为110℃，有效压差为28MPa，气体常数为 8.314，水的摩尔体积为1.8×10-5m3·mol-1。按如下方法制定稳定地层活度的钻井 液配方：
(1)确定钻井液的活度。根据地层水活度的计算公式为
得出地层水活度为0.8967。
（2）通过邻井岩石强度测试实验可知，岩石的最小强度为抗拉强度3.2MPa，取最小值3.2MPa为岩石的最小强度。
（3）根据渗透压大于岩石最小强度的关系，取渗透压等于3.2MPa，利用渗透压的计算公式ΔP =αRT/Vwln(am/as)，取半透膜效率为1，计算得出钻井液活度为0.97。
（4）由确定的钻井液活度值，确定加入质量体积分数为10%的甲基葡萄糖甙即可达到要求。
Claims (3)
1.一种通过调节钻井液活度稳定泥页岩地层的方法，其特征在包括：
(1)确定地层的水活度：预测地层的水活度的公式为：
其中，σv o表示有效压力，其数值等于上覆压力-孔隙压力；as表示页岩地层水活度；Vw表示水的摩尔体积；
(2)确定岩石的最小强度，所述的确定岩石最小强度的方法是取实验室实测岩石抗拉强度、抗剪强度和抗压强度三者的最小值，或无法取得岩心时，取2MPa为岩石的最小强度；
(3)根据渗透压大于岩石最小强度的关系，利用渗透压的计算公式：
ΔP＝αRT/Vwln(am/as)；
其中：α表示半透膜效率，R为气体常数，T为绝对温度，Vw为水的摩尔体积，as为泥页岩的水活度，am为钻井液的水活度；
计算出能平衡地层活度的钻井液活度；
(4)根据计算的钻井液活度值，确定钻井液中活度调节剂的加量；
所述的确定地层水活度方法是根据Mondshine的理论，利用有效应力法预测地层的水活度或利用邻井岩心模拟地层条件下进行地层水活度的测定。
2.根据权利要求1所述的一种通过调节钻井液活度稳定泥页岩地层的方法，其特征在：所述的活度调节剂包括无机盐、有机盐、醇类化合物、糖类化合物中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种通过调节钻井液活度稳定泥页岩地层的方法，其特征在：无机盐包括氯化钙、氯化钾、氯化钠、氯化镁中的一种或几种；有机盐包括甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯、乙酸钾、乙酸钠中的一种或几种；醇类化合物包括乙二醇、丙三醇、正丁醇、聚合醇、木糖醇、山梨醇中的一种或几种；糖类化合物包括葡萄糖、蔗糖、麦芽糖中的一种或几种。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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