钻井液组分对泥饼抗剪强度的影响.pdf

学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2 卷 第 3 期 王剑波等钻井液组分对泥饼抗剪强度的影响 6 7 摩擦角基本保持不变。由此可以得出结论 ，在一定范 围内，随着泥饼中膨润土的含量增大 ，泥饼 的抗剪切 强度线性增大 。 对 鼎 尽 蜜 鉴 熙 一膨润土质量分数为7 ． 5 ％ 正应力 a 注 膨润土含量t J -, N大拟合度分别为 0 ． 9 9 5 4 ，0 ． 9 9 9 7 ， 0 ． 9 9 6 7， 0 ． 9 9 8 0 。 图 5 膨润土对泥饼抗剪切强度的影响 以正应力作为横坐标 表 3 膨润土加量对泥饼抗剪切强度指标的影响 2 ． 2 铁矿粉加量对泥饼抗剪切强度的影响 实验使用的加重材料为铁矿粉 。室内实验表明， 当铁矿粉 的加量 为 3 0 ％ 时，钻井 液的流动性变 差。 因此，将铁矿粉的加量定为 0 、5 ％、1 0 ％、2 0 ％和 3 0 ％。在一定正应力强度梯度下进行测试 ，根据测试 结果作铁矿粉质量分数与膨润土 一 铁矿粉重塑土抗剪 切强度拟合 图 图 6 。 2 4 0 蠢 2 0 0 龋 1 6 0 尽 1 2 0 8 0 基 4 0 0 一 正应力为1 0 0 k P a 0 5 l 0 l 5 2 0 2 5 3 0 3 5 泥饼 中铁矿粉的质量 分数／ ％ 注 拟合优度分别为 0 ． 9 7 0 5 、0 ．9 7 6 4 、O ．9 4 3 5 、O ． 9 6 2 7 。 图 6 铁矿粉对泥饼抗剪切强度的影响 从图 6中可以看出 ，在不同的正应力水平下 ，膨 润土 一 铁矿粉重塑土的抗剪切强度随铁矿粉质量分数 的增加均呈线性减小。这说明泥饼中铁矿粉含量的增 加会使其抗剪切强度线性减小。 为进一步考察泥饼中铁矿粉含量对抗剪切强度的 指标，即内摩擦角和黏聚力的影响，首先通过作图求 出 值和 C 值。将所测样品数据放在 ． 盯坐标系中并 作拟合直线，根据摩尔 ． 库伦抗剪切强度理论，该直 线的斜率即为土的内摩擦角 ，直线在 r 轴上的截距即 为黏聚力 C ，如图 7所示。 重 骶 氰 基 熙 - - 一 铁矿粉加量为0 一铁矿粉加量为2 0 ％ 正应力／ k P a 注 拟合度分别为0 ． 9 9 6 7 、 0 ． 9 7 4 0 、 0 ． 9 8 5 6 、 0 ． 9 0 1 1 、 0 ．7 5 1 1 。 图 7 铁矿粉对泥饼抗剪切强度的 影响 以正应力作为横坐标 由图7 可知，膨润土 ． 铁矿粉重塑土的抗剪切强 度符合摩尔 ． 库伦抗剪切强度理论。根据图7 的拟合 结果， 各组样品的 值和 C 值列于表 4 中。 由表 4 可知， 膨润土 ． 铁矿粉重塑土的内摩擦角和黏 聚力均随铁矿 粉质量分数的增加 明显线性减小 。这说 明泥饼 中铁矿 粉含量的增加会使其内摩擦角及黏聚力均线性减小。 表 4 铁矿粉加量条件下黏土抗剪切强度指标对 比 2 ． 3 钻屑加量对泥饼抗剪切强度的影响 钻屑 的主要组成成分是 石英 ，采用石英 砂粉来 代替钻屑 ，实验将石英砂粉的加量定为 0 、5 ％、1 0 ％ 和 2 0 ％，在一定正应力强度梯度 下进行测试 ，根据 测试结果作钻屑质量分数与膨润土 ． 钻屑重塑土抗剪 切强度拟合图，见图 8 。根据所测数据在以正应力为 横坐标的坐标系中做拟合直线 ，结果见图 9 。 从图 8可以看出，膨润土 一 钻屑重塑土的抗剪切 强度随钻屑质量分数 的增加呈线性减小 的趋势 ，但在 钻屑含量较高时， 抗剪切强度随钻屑含量增加而减小 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 8 钻井液与 完井 液 2 0 1 5年 5月 的幅度相对较小。根据图9 直线的斜率即为土的内摩 擦 角 ，直线在 r 轴上 的截距 即为黏聚力 c 。各组样 品的 值和 c 值记录于表 5中。由表 5 可知 ， 膨润土 一 钻屑重塑土的内摩擦角和黏聚力均随石英砂粉质量分 数 的增加而有减小 的趋势。 2 2 。。 5 0 嘿 1 5 0 尽 1 00 签 5 0 熙0 一 正应力为4 0 0 k P a O 5 1 0 1 5 2 O 2 5 泥饼中钻屑质量 分数 注 拟合优度分别为 0 ． 8 5 5 7 、0 ． 7 8 9 6 、0 ． 9 0 7 6 、0 ． 8 0 7 2 。 图 8 钻屑对泥饼抗剪切强度的影响 一钻屑加量为0 矗 星 隈 尽 车 哥 { 巷 0 正 应 力 ／ k P a 注 拟合优度分别为 0 ． 9 9 6 7 、0 ． 8 8 4 0 、0 ． 7 8 4 0 、0 ． 9 3 2 8 。 图 9 钻屑加量对泥饼抗剪切强度的 影响 以正应力作为横坐标 表 5 不同钻屑加量条件下黏土抗剪切强度指标对比 泥饼 中的石英砂粉主要含石英 、长石 、云母黏土 矿物等，这些相对的无用固相进入泥饼中， 会使泥饼 中自由水减少 ， 颗粒间易于靠近， 形成卡片房子结构、 聚集变大，致使颗粒大小、级配不合理，影响黏土颗 粒的胶结和网状结构 ，改变泥饼渗透性和韧性。最终 影响泥饼的黏聚强度和摩擦强度。由图 8 可知，整体 上膨润土 一 钻屑重塑土的抗剪切强度随钻屑含量的增 加而线性减小，尤其是当钻屑质量分数低于 1 0 ％时 最为明显。由表 5 进一步分析，当膨润土 ． 石英砂粉 重塑土中钻屑质量分数小于 1 0 ％时，其内摩擦角和 黏聚力均随钻屑含量的增加而线性减小 ； 但当钻屑质 量分数大于 1 0 ％ 时 ，其 内摩擦角和黏聚力随钻屑含 量增加变化的 幅度很小 ，几乎稳定在某一水平 。由 此可以得 出结论 ，泥饼中钻屑质量分数低于 1 0 ％ 时， 泥饼的内摩擦角和黏聚力均线性减小，即泥饼的抗剪 切强度减小。 3 结论 1 ． 泥饼中膨润土含量的增加有利于提高泥饼黏聚 力 ，对 内摩擦角影响不大。因此在一定范围内，随着 泥饼中膨润土含量增大， 泥饼的抗剪切强度线性增大。 2 ． 当泥饼中石英砂粉质量分数低于 1 0 ％时，泥 饼的内摩擦角和黏聚力均线性减小 ； 而当泥饼中石英 砂粉质量分数高于 1 0 ％ 时 ，泥饼 的内摩擦 角、黏聚 力变化不大。但由于泥饼中主要含黏土矿物，仍可认 为泥饼的内摩擦角和黏聚力均随钻屑含量线性减小。 3 ． 在一定含水率和压实程度下 ，随着泥饼中铁矿 粉含量 的增大 ， 泥饼的内摩擦角和黏聚力均线性减小 。 4 ． 黏土矿物 、 钻屑和加重材料 3 种 固相颗粒的含 量和比例会影响泥饼的抗剪切强度 ，在保证施工安全 正常的条件下调整或优化钻井液固相组成 ，以改善泥 饼抗剪切强度， 对防止井内油气水窜流具有积极意义。 参 考 文 献 [ 1 ] 牟松茹 ，张士诚 ，张平 ，等 ． 大牛地气 田盒 1 气层压裂 技术分析 f J 1 ． 钻采工艺 ，2 0 1 2 ，3 5 1 3 8 ． 4 0 ． Mu S o n g r u，Zh a n g S h i c h e n g，Zh a n g Pi n g ，e t a 1 ． Da n i u d i g a s fi e l d l g a s f r a c t u r i n g t e c h n i c a l a n a l y s i s [ J ] ． Dr i l l i n g＆ P r o d u c t i o n T e c h n o l o g y ，2 0 1 2 ，3 5 1 3 8 - 4 0 ． [ 2 ] 孙泽辉，张劲，王秀喜 ． 隔层窜流现象的数值模拟 [ J ] ． 石 油学报，2 0 0 3 ，2 4 6 5 4 ． 5 7 ． S u n Ze h u i ， Zh a n g J i n， W a ng X i u x i ． The n u m e r i c a l s i mul a t i o n a n d r e s e a r c h o f t he i n t e r l a y e r c h a n n e l i n g p h e n o me n o n [ J ] ． A c t a P e t r o l e i S i n i c a ， 2 0 0 3 ， 2 4 6 5 4 - 5 7 ． [ 3 ] Ho s s a i n Mo f a z z a l Md ．，R a h ma n K M． Nu me r i c a l s i mu l i o n o f c o mp l e x f r a c t u r e g r o wt h d u r i n g t i g h t r e s e r v o i r s t i mu l a t i o n b y h y d r a u l i c f r a c t u r i n g [ J ] ，J o u r n a l o fP e t r o l e u m S c i e n c e a n dEn g i n e e r i n g， 2 0 0 7 ， 8 1 - 3 3 ． [ 4 ] 顾军，陈雪峰 ． 隔层厚度与第二胶结面抗剪切强度关系 研究 [ J ] ． 中国矿业大学学报，2 0 1 0 ，3 9 2 2 1 9 2 2 2 ． Gu J u n， Ch e n Xu e f e n g． Th e s t u d y o f I n s u l a t i o n l a ye r t h i c k n e s s a n d t h e s e c o n d c e me n t i n g s u r f a c e s h e a r s e n g t h [ J ] ． J o u r n a l o fC h i n a u n i v e r s i t y o fmi n i n g ，2 0 1 0 ，3 9 2 21 9 ． 2 22． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷 第 3期 王剑波等 钻井液组分对泥饼抗剪强度 的影响 6 9 广 告目 次 沈阳泰格石油仪器设备有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯① 中国石油集团渤海钻探工程有限公司工程技术研究院⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯④ 湖北创联石油科技有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯④ 河北光大石化有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯④ 青岛海通达专用仪器有限公司⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯⋯ ⋯ ⋯ 一 ⑦ 环球 香港 科技有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⑨ 国土资源部北京探矿工程研究所⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⑨ 国土资源部北京探矿工程研究所⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 保定华瑞化工有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 石家庄华莱鼎盛科技有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⑤ 山东得顺源石油科技有 限公 司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 河北华信泥浆助剂有限责任公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 天津中油渤星工程科技有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⑧ 淄博 中轩生化有 限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯④ 淄博联技化工有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯③ 山东聚鑫化工有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 牡丹江市华新化工助剂有限责任公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 中钢集团马鞍山矿院新材料科技有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯③ 河北华运鸿业化工有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 德州大陆架石油工程技术有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⑨ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m