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一种 钻井液与泥 页岩 地层理化作用的评价方法

阅读：231发布：2020-05-28

专利汇可以提供一种钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法，属于石油天然气钻探技术领域，涉及石油天然气钻井井壁稳定、矿业地质技术领域。本发明主要包括以下步骤：对矿场泥页岩进行观察描述，制备并筛选岩芯；测试岩芯在不同吸水时间点的声波时差和电阻率；根据不同吸水时间点下岩芯的声波时差，评价泥页岩的水化强度；根据不同吸水时间点下岩芯的电阻率变化情况，评价泥页岩的水化速度。本发明的评价方法操作方便，结果准确可靠，能够定量评价泥页岩的水化特征，为调整钻井液泥浆密度提供依据。，下面是一种钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
第一步，对矿场泥页岩进行观察描述，制备并筛选岩芯试样；
第二步，测试岩芯在不同吸水时间点的声波时差和电阻率；
第三步，根据不同吸水时间点下岩芯的声波时差，评价泥页岩的水化强度；
第四步，根据不同吸水时间点下岩芯的电阻率变化情况，评价泥页岩的水化速度；
第五步，更换岩芯样品，重复第三步和第四步，至少重复进行3次试验。
2.根据权利要求1所述的一种钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法，其特征在于，所述第一步中，泥页岩发育有层理面，钻取的岩芯试样为圆柱体且岩芯轴线与层理面法线方向夹角在0°～90°之间，岩芯端面磨平，两个端面垂直于岩芯轴线。
3.根据权利要求1所述的一种钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法，其特征在于，所述第一步中，测试岩芯试样原始状态条件下的声波时差，然后筛选声波时差值相近的岩芯作为试验样品。
4.根据权利要求1所述的一种钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法，其特征在于，所述第二步中，在岩样与流体接触端和沿着流体接触后的轴线方向分别安装1个轴向位移传感器和4个径向位移传感器，用于检测岩芯与流体接触后的轴向和径向应变量，4个径向位移传感器与岩样和流体接触端的距离分别为10mm、30mm、50mm和90mm，在安放径向位移传感器的位置还同时安放了4个测量电极(R1、R2、R3、R4)用于检测岩芯电阻率的变化，声波探头分别放在岩芯端面用于监测岩芯声波的变化，在入口端安装计量管用于计量岩芯的吸水量。
5.根据权利要求1所述的一种钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法，其特征在于，所述第二步过程为：钻井液从入口端侵入岩心，并且实时记录岩芯各个部位轴向和径向应变量、电阻率、声波时差以及钻井液侵入量。
6.根据权利要求1所述的一种钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法，其特征在于，所述第三步中，测试不同吸水时间点下岩芯的声波时差，根据岩芯原始声波时差和吸水后的声波时差评价水化强度，其表达式为：
式中：R水化强度，％；Acs为某一吸水时间点下的声波时差，um/s；Aco原始的声波时差，um/s。
7.根据权利要求1所述的一种钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法，其特征在于，所述第四步中，根据不同位置电阻率发生变化的时间，计算水化速度，其表达式为：
式中：Vh为水化速度，cm/h；ΔLn分别为四个测量电极中任意以一个电极到入口端的距离,cm；Tn该电极处岩芯电阻率发生变化的时间,h。

说明书全文

一种钻井液与泥 页岩 地层理化作用的评价方法

技术领域

[0001] 本发明属于石油天然气钻探技术领域，涉及石油天然气钻井井壁稳定、矿业地质技术领域。

背景技术

[0002] 关于钻井液与泥页岩地层之间相互作用的评价在传统钻井领域已有很多成熟的方法和指标，如线性膨胀率、滚动回收率等。但这些方法和指标都主要是表现和表征泥页岩和钻井液相互作用的最终状态或结果，缺少对相互作用过程中地层岩石内部动态变化过程的反映。在钻井液与泥页岩地层接触过程中，这些方法和指标都不能反映钻井液对地层及其内部的影响速度及强度，同时室内评价结果与矿场实际应用之间也缺少可比较性。为此本发明提供了一种方法去研究泥页岩水化动态变化过程与声波时差、电阻率等岩石物理参数的动态变化过程之间的关系，以实现现场可测量、易测量的电阻率、声波时差等岩石物理参数与不可测量水化速度、水化强度等参数间的转换，建立通过矿场可测量、易测量岩石物理参数获得不可测量参数的方法和途径。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法，使得矿场测量的岩石物理参数更加满足工程需求。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0005] 第一步，对矿场泥页岩进行观察描述，制备并筛选岩芯试样；

[0006] 第二步，测试地层条件下的岩芯在不同吸水时间点的声波时差和电阻率；

[0007] 第三步，根据不同吸水时间点下岩芯的声波时差，评价泥页岩的水化强度；

[0008] 第四步，根据不同吸水时间点下岩芯的电阻率变化情况，评价泥页岩的水化速度；

[0009] 第五步，更换岩芯样品，重复第三步和第四步，至少重复进行3次试验。

[0010] 所述第一步中，对矿场取回的泥页岩进行描述，观察其层理发育情况，使用空气钻头进行取芯，取芯方向与层理面法向呈一定夹角，并记录该夹角；将钻取的岩芯两端切平并保证两个端面与岩芯轴线垂直，然后进行编号；选取外观完整的岩芯并测量其声波时差，按照声波时差值对岩芯进行筛选，筛选出声波时差值相近的岩芯备用。

[0011] 所述第二步中，在岩样与流体接触端和沿着流体接触后的轴线方向分别安装1个轴向位移传感器和4个径向位移传感器，用于检测岩芯与流体接触后的轴向和径向应变量，4个径向位移传感器与岩样和流体入口端的距离分别为10mm、30mm、50mm和90mm，在安放径向位移传感器的位置还同时安放了4个测量电极(R1、R2、R3、R4)用于检测岩芯电阻率的变化，声波探头分别放在岩芯端面用于监测岩芯声波的变化，在入口端安装计量管用于计量岩芯的吸水量。

[0012] 所述第二步中，钻井液从入口端侵入岩心，使用入口端的计量管测量钻井液的侵入量，同时测试岩芯的声波时差，以及岩芯的径向应变量和电阻率，并且实时记录岩芯各个部位轴向和径向应变量、电阻率、声波时差以及钻井液侵入量。

[0013] 所述第三步中，测试不同吸水时间点下岩芯的声波时差，根据岩芯原始声波时差评价水化强度，其表达式为：

[0014]

[0015] 式中：R水化强度，％；Acs为某一吸水时间点下的声波时差，um/s；Aco原始的声波时差，um/s。

[0016] 所述第四步中，根据岩芯不同位置电阻率发生变化的时间，计算水化速度，其表达式为：

[0017]

[0018] 式中：Vh为水化速度，m/h；ΔLn分别为四个测量电极中任意以一个电极到入口端的距离；Tn该电极处岩芯电阻率发生变化的时间。

[0019] 本发明提供的技术方案的有益效果是：

[0020] 本发明针对钻井液与泥页岩地层理化作用问题，建立了基于矿场电阻率-声波时差测井响应统计关系及室内声波水化动态监测与矿场钻时曲线相结合的原状泥页岩地层声波时差测井响应反演方法，为钻井剖面原状泥页岩地层岩石强度及坍塌压力的预测奠定了方法基础，为钻井方式的优化优化提供了依据。附图说明

[0021] 图1为本发明钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法的实施流程框架图；

[0022] 图2为按照不发明本发明钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法的图1所示实施例的不同时间点下泥页岩的水化强度；

[0023] 图3为按照不发明本发明钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法的图1所示实施例的不同时间点下电极R4测得的泥页岩电阻率。

具体实施方式

[0024] 为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。

[0025] 实施例：

[0026] 如图1所示，一种钻井液与泥页岩地层理化作用的评价方法，其按照先后顺序包括以下步骤：

[0027] 第一步，对矿场泥页岩进行观察描述，制备并筛选岩芯试样；

[0028] 第二步，测试地层条件下的岩芯在不同吸水时间点的声波时差和电阻率；

[0029] 第三步，根据不同吸水时间点下岩芯的声波时差，评价泥页岩的水化强度；

[0030] 第四步，根据不同吸水时间点下岩芯的电阻率变化情况，评价泥页岩的水化速度；

[0031] 第一步中，观察泥页岩并确定其层理面的走向，使用空气取芯机沿垂直层理面法线方向钻取岩芯，打磨平岩芯的两个端面并且保证两个端面都垂直于岩芯轴线。在本实施例中，钻取5个岩芯样品，其形状为圆柱形，直径25mm，打磨处理后其长度为50mm。测量初始状态下的岩芯声波时差，选取其中三个声波时差相近的岩芯作为试验样品。

[0032] 第二步中，地层条件包括地层温度、地层围压和地层孔隙压力等条件。利用水化动态检测仪测试岩芯在不同吸水时间点的声波时差、电阻率以及吸水量，按照先后顺序包括以下步骤：

[0033] (1)将岩芯放置于岩芯夹持器中，两端用压头手紧，入口端连接钻井液吸管并保证钻井液能侵入岩芯。

[0034] (2)通过围压增压器向岩芯夹持器中注入液压油，并使得岩芯所承受的围压为地层围压。本实施例中，所用围压油选用液压油，施加围压至35MPa。

[0035] (3)将岩芯样品和围压油升温至地层原位状态温度。本实施例中，温度升高至75℃。

[0036] (4)使用压头对岩芯施加轴向压力。本实施例中，轴向压力为1.5MPa。

[0037] (5)开启声波测试系统、电阻率测试系统以及位移测试系统，实时测试岩芯的声波时差、不同位置处的电阻率以及径向应变和轴向应变。

[0038] (6)打开钻井液吸管控制阀，让钻井液侵入岩芯。记录钻井液侵入时间点以及侵入量，一段时间后，停止试验，关闭系统，导出数据。本实施例中，试验时间为14天。

[0039] (7)更换岩芯样品，重复步骤(1)至步骤(6)，进行重复性试验。本实施例中，重复进行三次试验。

[0040] 第三步中，根据试验得出的钻井液侵入时间点、侵入量以及对应的各个时间点的声波时差，评价水化强度。本实施例中，岩芯在不同时间点的水化强度测试结果如图2所示。

[0041] 第四步中，根据试验得出的各个四个测量电极所测电阻率发生变化的时间，根据表达式即得出水化速度。本实施例中，为了准确描述水化速度，使用末端位置处电极测量的电阻率(R4)计算水化速度。如图所示，电阻率随接触时间的变化规律，根据电阻率的改变时间以及电极R4到入口的距离。岩芯1、岩芯2和岩芯3计算出水化速度分别为0.119cm/h、0.132cm/h和0.100cm/h。

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