頁巖氣低成本高效鉆完井基礎研究與應用

目錄
第1章 頁巖氣層巖石組分、結構及理化特征 1
1.1 礦物組分特征 1
1.2 有機碳含量 7
1.3 孔隙結構特征 9
1.3.1 低壓氮氣吸附-脫附等溫線 11
1.3.2 比表面積和總孔容 15
1.3.3 孔徑分布曲線 17
1.4 陽離子交換容量 18
1.5 潤濕性特征 20
1.6 微觀結構特征 24
第2章 頁巖氣層巖石變形破壞特征及其影響因素 30
2.1 頁巖氣層巖石強度特性及破壞模式分析 30
2.2 頁巖氣層巖石脆性評價 37
2.2.1 基于強度的巖石脆性評價方法 37
2.2.2 基于硬度和斷裂韌性的巖石脆性評價方法 40
2.2.3 基于峰后應力脆性跌落的巖石脆性評價方法 41
2.2.4 頁巖脆性的影響因素 48
2.3 孔隙壓力傳遞對頁巖氣層巖石破壞的影響 56
2.3.1 壓力傳遞對頁巖氣層巖石破壞影響的物理模擬試驗 57
2.3.2 壓力傳遞對頁巖氣層巖石破壞影響的數(shù)值模擬試驗 60
2.4 結構面發(fā)育對頁巖氣層巖石力學特性的影響 64
2.4.1 結構面對頁巖力學強度影響的巖石力學試驗研究 65
2.4.2 結構面對巖石力學強度影響的數(shù)值模擬研究 66
2.4.3 結構面對頁巖脆性指數(shù)的影響 75
2.4.4 結構面對頁巖氣層巖石聲學特性的影響 80
2.5 卸荷作用對頁巖力學特性及破壞特征的影響 83
2.5.1 圍壓對頁巖卸載破壞的影響 84
2.5.2 卸載速率對頁巖破壞特征的影響 89
2.5.3 卸載幅度對頁巖破壞特征的影響 107
2.6 頁巖層理面力學特征 115
2.6.1 層理面力學特性測試方法及原理 115
2.6.2 層理面力學強度特性 116
第3章 工作液對頁巖結構和強度的影響 120
3.1 工作液對頁巖氣層巖石宏觀和微觀結構的影響 120
3.2 工作液對頁巖水化應力應變的影響 129
3.3 工作液對頁巖氣層巖石抗壓強度的影響 130
3.4 工作液對頁巖氣層巖石抗張強度的影響 136
3.5 工作液對頁巖氣層巖石硬度的影響 137
3.6 工作液-頁巖氣層巖石相互作用機理研究 142
3.6.1 伊利石水化行為特征及水化機理 142
3.6.2 蒙脫石晶層間距膨脹規(guī)律及影響因素 150
3.6.3 頁巖自吸效應及對頁巖水化的影響 156
3.6.4 頁巖水化過程中物理化學作用和力學作用 159
3.7 自吸作用、水化作用對頁巖地層內部裂紋擴展的影響 162
3.7.1 裂紋擴展模型 162
3.7.2 水化作用對頁巖地層內部裂紋擴展的影響 164
3.7.3 毛細管效應對頁巖地層內部裂紋擴展的影響 165
3.8 水化作用程度、強度的表征與評價 167
3.8.1 頁巖水化對聲波時差的影響 167
3.8.2 頁巖水化對聲波衰減特性的影響 168
3.8.3 頁巖水化對聲波頻譜特性的影響 169
第4章 頁巖氣層井壁穩(wěn)定性化學調控技術 172
4.1 聚合物水化抑制劑的合成方法 173
4.1.1 陽離子單體氯化1-甲基-1烯丙基咪唑(MAC)的合成 173
4.1.2 聚合物水化抑制劑的合成 173
4.2 聚合物水化抑制劑合成條件 174
4.2.1 防膨率的測定方法 174
4.2.2 poly(AM/APEG/MAC)合成條件 175
4.2.3 poly(AM/APEG/MAC/AMPS)合成條件 176
4.3 聚合物水化抑制劑結構的表征 177
4.3.1 聚合物水化抑制劑分子結構的紅外表征 177
4.3.2 聚合物水化抑制劑分子結構的核磁表征 178
4.4 聚合物水化抑制劑特性黏數(shù)及分子量確定 180
4.4.1 聚合物特性黏數(shù)及分子量的確定方法 180
4.4.2 poly(AM/APEG/MAC)特性黏數(shù)及分子量測定 180
4.4.3 poly(AM/APEG/MAC/AMPS)特性黏數(shù)及分子量測定 182
4.5 聚合物水化抑制劑抑制性能 183
4.5.1 濃度對聚合物抑制性能的影響 183
4.5.2 聚合物水化抑制劑的抗溫性能 184
4.5.3 聚合物水化抑制劑的抗鹽性能 184
4.5.4 聚合物水化抑制劑對伊利石水化的抑制性能 185
4.5.5 聚合物水化抑制劑對頁巖的水化控制性能 187
第5章 頁巖地層水平井井壁穩(wěn)定性評價 191
5.1 頁巖氣層巖石強度準則 191
5.1.1 弱面強度理論 191
5.1.2 Hoek-Brown強度準則 193
5.2 頁巖氣井井周應力場分析 200
5.2.1 井周應力分析坐標系建立及坐標系變換 200
5.2.2 頁巖氣井井周應力分布 202
5.3 頁巖地層水平井井壁穩(wěn)定性及鉆井液影響分析 208
5.4 頁巖氣層坍塌壓力構成及軌跡對井眼穩(wěn)定的影響 210
5.4.1 頁巖氣儲層水平井井壁失穩(wěn)機理 210
5.4.2 鉆井液-頁巖相互作用引起的地層坍塌壓力增量 210
5.4.3 龍馬溪頁巖氣層巖石強度礦場預測方法 212
5.4.4 井眼軌跡對頁巖地層井壁穩(wěn)定性的影響 215
第6章 頁巖氣藏水平井井周網(wǎng)狀裂縫形成機制及主控因素 222
6.1 頁巖氣層巖石斷裂韌性及誘導裂縫前緣形態(tài)巖心實驗分析 222
6.1.1 頁巖斷裂韌性測試 222
6.1.2 層理面對頁巖斷裂韌性影響的數(shù)值模擬分析 225
6.1.3 誘導縫前緣形態(tài)巖心實驗分析 232
6.1.4 誘導縫前緣形態(tài)巖心數(shù)值模擬分析 236
6.2 井壁天然裂縫對誘導縫起裂和延伸影響的數(shù)值模擬分析 239
6.2.1 不考慮結構面發(fā)育條件下的誘導縫起裂與擴展 239
6.2.2 井壁天然裂縫與**主應力夾角的影響 241
6.2.3 井壁天然裂縫長度的影響 243
6.2.4 井壁天然裂縫力學性質的影響 248
6.3 井周地層天然裂縫對誘導縫擴展的影響 249
6.3.1 井周裂縫與**主應力夾角的影響 249
6.3.2 井周裂縫長度的影響 250
6.3.3 井周裂縫位置的影響 251
6.4 誘導縫起裂方位對誘導縫延伸的影響 253
6.4.1 不同起裂方位下井周裂縫的影響 254
6.4.2 不同起裂方位下井周裂縫位置的影響 256
6.5 地應力對誘導縫起裂和延伸的影響 261
6.5.1 地應力對誘導縫起裂的影響 261
6.5.2 地應力對誘導縫延伸的影響 264
6.6 層理及復雜裂縫分布對誘導縫形成的影響研究 267
6.6.1 層理與**主應力夾角的影響 267
6.6.2 層理間距的影響 269
6.6.3 層理力學性質的影響 269
6.6.4 層理及復雜裂縫共存對誘導縫形成的影響 271
6.7 鉆井完井參數(shù)對井周裂縫起裂擴展的影響 279
6.7.1 鉆井方位對井周裂縫形態(tài)影響 279
6.7.2 射孔參數(shù)井周裂縫形態(tài)影響 285
6.8 不同壓裂施工參數(shù)對頁巖地層水平井壓裂裂縫萌生與擴展的影響 297
6.8.1 水平井段內多簇壓裂裂縫延伸模型 297
6.8.2 布縫參數(shù)及射孔參數(shù)對水平井段內多簇壓裂裂縫延伸的影響 300
6.8.3 頁巖地層水平井段內多簇壓裂裂縫的調控方法 306
6.9 頁巖地層水平井井周裂縫形態(tài)影響因素及調控方法分析 309
第7章 應用分析 311
7.1 某硬脆性頁巖地層的井壁穩(wěn)定實例分析 311
7.1.1 基礎地質特征 312
7.1.2 結構面發(fā)育對井壁穩(wěn)定性的影響分析 313
7.1.3 鉆井液對井壁穩(wěn)定性的影響 314
7.1.4 區(qū)塊頁巖地層坍塌壓力剖面 317
7.2 某頁巖氣層的井壁穩(wěn)定實例分析 317
7.2.1 地層巖性特征 317
7.2.2 已鉆井的井壁失穩(wěn)狀況 317
7.2.3 地層“三壓力”剖面構建及穩(wěn)定性分析 322
7.3 頁巖氣水平井壓裂實例分析 326
7.3.1 基本井況 326
7.3.2 壓裂縫分析結果 328
參考文獻 330