[发明专利]一种破碎性地层钻井液加固井壁能力的评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井技术领域，具体涉及破碎性地层稳定井壁能力的钻井液评价方法。

背景技术

破碎性地层是指在外力作用下，具有破碎力学行为和物理机制的岩体，包含断层、解理、裂缝等多种弱面结构。最常见的破碎性地层是低强度的脆性岩石如煤层、页岩层、石灰岩、某些白云岩等。钻遇这类地层时，井壁垮塌情况往往十分严重，不仅浪费大量钻井时间和材料，导致钻井成本迅速上升，而且影响后期作业质量。

破裂是完整岩石中发生破坏的唯一机制，若岩石存在软弱面，如已存在的断层、层理面等弱面结构，沿软弱面的摩擦滑动则成为岩石发生破坏的主要机制。沿弱面的摩擦滑动是破碎性地层岩石进一步运动的主要方式。破碎面间摩擦系数越小，岩块间越容易发生摩擦滑动，井壁越易失稳。

由于破碎性地层的承压能力低，钻井液液柱压力波动下滤液极易沿岩石破碎面侵入地层，侵入的液相会浸润破碎面，导致破碎面间摩擦系数降低，诱发井壁失稳。破裂面间的摩擦系数，尤其是钻井液浸润下破碎面间静摩擦系数，是影响破碎性地层井壁稳定的关键因素，但目前针对钻井液加固井壁性能评价的已有方法，主要通过评价钻井液的水化抑制性，均未涉及通过测试岩石破碎面间的摩擦系数来优选钻井液。因此，通过测试钻井液浸润下破碎性地层岩石破碎面间的摩擦系数，是评价钻井液加固井壁能力的一种新的方法，也是一种具备现场可操作性的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种破碎性地层钻井液加固井壁能力的评价方法，该方法通过测试钻井液浸润下破碎性地层岩石破碎面间的摩擦系数曲线，根据测得的岩石破碎面间的最大静摩擦系数来评价钻井液的加固井壁性能。

该方法能够用于评价破碎性地层钻井液加固井壁能力的大小，协同钻井液水化抑制性评价方法，可以为防塌钻井液体系的优选提供有效的依据。

为达到以上目的，本发明提供以下技术方案。

一种破碎性地层钻井液加固井壁能力的评价方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)从破碎性地层的岩块上切割一定尺寸的岩块，用一定目数砂纸或砂轮对岩块表面进行抛光预处理后烘干、称重，将两块岩块抛光面之间边缘加入两条一定厚度钢片后固定，作为实验岩样；

(2)对待评价的钻井液在地层温度下热滚；

(3)将实验岩样放在容器中，将步骤(2)中的钻井液注入容器内，使钻井液液面淹没实验岩块之间的接触界面；

(4)模拟钻井压差，在容器内施加一定的压力，岩样在钻井液中浸泡一定的时间后，将实验岩样两岩块抛光面之间钢片取出，并测试两个岩块重量；

(5)将实验岩样两岩块抛光面相对上、下放置，安装在摩擦系数仪上，利用摩擦系数仪测试两岩块抛光面之间摩擦力随时间的变化曲线；

(6)根据步骤(5)测得的岩样摩擦力随时间变化曲线以及上部岩块的重量数据，根据测得的最大静摩擦系数来评价钻井液加固井壁的能力。

所述的岩样在钻井液中浸泡一定的时间是根据实际钻井过程中的钻井时间确定。

与现有技术相比，本方法具有以下有益效果：

(1)模拟地层温度、钻井压差、实际钻井液浸泡时间以及地层裂缝宽度条件，更加真实模拟含钻井液滤饼的岩块裂缝面之间摩擦行为；

(2)根据两岩块之间的最大静摩擦系数来评价钻井液加固井壁的能力，更加科学地反映破碎性地层井壁失稳的突变特性；

(3)提供了一种新的钻井液加固井壁能力评价的思路，为防塌钻井液体系的研制与优选提供借鉴；

(4)操作工艺简单，经济成本低。

附图说明

图1是本发明实验岩样；

图2是本发明页岩岩样在现场用油基与水基两种钻井液体系浸润下的时间与摩擦系数关系曲线；

图3是现场使用油基钻井液钻井过程中出现的掉块与垮塌碎岩样。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，结合附图对本发明的一个实施例作进一步描述。实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整也属于本发明保护的范围。

实施例1

为验证本发明的可靠性，利用典型的破碎性地层-富有机质页岩为实验岩样，钻井液为四川盆地某页岩区块现场用的油基与水基钻井液，开展了钻井液浸润下页岩破碎面摩擦系数测试实验，评价了现场钻井液加固页岩井壁的能力。具体操作步骤如下：