页岩气低成本高效钻完井基础研究与应用 刘向君,梁利喜,熊健 著 专业科技 文轩网

   第1章页岩气层岩石组分、结构及理化特征1

1.1矿物组分特征1

1.2有机碳含量7

1.3孔隙结构特征9

1.3.1低压氮气吸附-脱附等温线11

1.3.2比表面积和总孔容15

1.3.3孔径分布曲线17

1.4阳离子交换容量18

1.5润湿性特征20

1.6微观结构特征24

第2章页岩气层岩石变形破坏特征及其影响因素30

2.1页岩气层岩石强度特性及破坏模式分析30

2.2页岩气层岩石脆性评价37

2.2.1基于强度的岩石脆性评价方法37

2.2.2基于硬度和断裂韧性的岩石脆性评价方法40

2.2.3基于峰后应力脆性跌落的岩石脆性评价方法41

2.2.4页岩脆性的影响因素48

2.3孔隙压力传递对页岩气层岩石破坏的影响56

2.3.1压力传递对页岩气层岩石破坏影响的物理模拟试验57

2.3.2压力传递对页岩气层岩石破坏影响的数值模拟试验60

2.4结构面发育对页岩气层岩石力学特性的影响64

2.4.1结构面对页岩力学强度影响的岩石力学试验研究65

2.4.2结构面对岩石力学强度影响的数值模拟研究66

2.4.3结构面对页岩脆性指数的影响75

2.4.4结构面对页岩气层岩石声学特性的影响80

2.5卸荷作用对页岩力学特性及破坏特征的影响83

2.5.1围压对页岩卸载破坏的影响84

2.5.2卸载速率对页岩破坏特征的影响89

2.5.3卸载幅度对页岩破坏特征的影响107

2.6页岩层理面力学特征115

2.6.1层理面力学特性测试方法及原理115

2.6.2层理面力学强度特性116

第3章工作液对页岩结构和强度的影响120

3.1工作液对页岩气层岩石宏观和微观结构的影响120

3.2工作液对页岩水化应力应变的影响129

3.3工作液对页岩气层岩石抗压强度的影响130

3.4工作液对页岩气层岩石抗张强度的影响136

3.5工作液对页岩气层岩石硬度的影响137

3.6工作液-页岩气层岩石相互作用机理研究142

3.6.1伊利石水化行为特征及水化机理142

3.6.2蒙脱石晶层间距膨胀规律及影响因素150

3.6.3页岩自吸效应及对页岩水化的影响156

3.6.4页岩水化过程中物理化学作用和力学作用159

3.7自吸作用、水化作用对页岩地层内部裂纹扩展的影响162

3.7.1裂纹扩展模型162

3.7.2水化作用对页岩地层内部裂纹扩展的影响164

3.7.3毛细管效应对页岩地层内部裂纹扩展的影响165

3.8水化作用程度、强度的表征与评价167

3.8.1页岩水化对声波时差的影响167

3.8.2页岩水化对声波衰减特性的影响168

3.8.3页岩水化对声波频谱特性的影响169

第4章页岩气层井壁稳定性化学调控技术172

4.1聚合物水化抑制剂的合成方法173

4.1.1阳离子单体氯化1-甲基-1烯丙基咪唑(MAC)的合成173

4.1.2聚合物水化抑制剂的合成173

4.2聚合物水化抑制剂合成条件174

4.2.1防膨率的测定方法174

4.2.2poly(AM/APEG/MAC)合成条件175

4.2.3poly(AM/APEG/MAC/AMPS)合成条件176

4.3聚合物水化抑制剂结构的表征177

4.3.1聚合物水化抑制剂分子结构的红外表征177

4.3.2聚合物水化抑制剂分子结构的核磁表征178

4.4聚合物水化抑制剂特性黏数及分子量确定180

4.4.1聚合物特性黏数及分子量的确定方法180

4.4.2poly(AM/APEG/MAC)特性黏数及分子量测定180

4.4.3poly(AM/APEG/MAC/AMPS)特性黏数及分子量测定182

4.5聚合物水化抑制剂抑制性能183

4.5.1浓度对聚合物抑制性能的影响183

4.5.2聚合物水化抑制剂的抗温性能184

4.5.3聚合物水化抑制剂的抗盐性能184

4.5.4聚合物水化抑制剂对伊利石水化的抑制性能185

4.5.5聚合物水化抑制剂对页岩的水化控制性能187

第5章页岩地层水平井井壁稳定性评价191

5.1页岩气层岩石强度准则191

5.1.1弱面强度理论191

5.1.2Hoek-Brown强度准则193

5.2页岩气井井周应力场分析200

5.2.1井周应力分析坐标系建立及坐标系变换200

5.2.2页岩气井井周应力分布202

5.3页岩地层水平井井壁稳定性及钻井液影响分析208

5.4页岩气层坍塌压力构成及轨迹对井眼稳定的影响210

5.4.1页岩气储层水平井井壁失稳机理210

5.4.2钻井液-页岩相互作用引起的地层坍塌压力增量210

5.4.3龙马溪页岩气层岩石强度矿场预测方法212

5.4.4井眼轨迹对页岩地层井壁稳定性的影响215

第6章页岩气藏水平井井周网状裂缝形成机制及主控因素222

6.1页岩气层岩石断裂韧性及诱导裂缝前缘形态岩心实验分析222

6.1.1页岩断裂韧性测试222

6.1.2层理面对页岩断裂韧性影响的数值模拟分析225

6.1.3诱导缝前缘形态岩心实验分析232

6.1.4诱导缝前缘形态岩心数值模拟分析236

6.2井壁天然裂缝对诱导缝起裂和延伸影响的数值模拟分析239

6.2.1不考虑结构面发育条件下的诱导缝起裂与扩展239

6.2.2井壁天然裂缝与优选主应力夹角的影响241

6.2.3井壁天然裂缝长度的影响243

6.2.4井壁天然裂缝力学性质的影响248

6.3井周地层天然裂缝对诱导缝扩展的影响249

6.3.1井周裂缝与优选主应力夹角的影响249

6.3.2井周裂缝长度的影响250

6.3.3井周裂缝位置的影响251

6.4诱导缝起裂方位对诱导缝延伸的影响253

6.4.1不同起裂方位下井周裂缝的影响254

6.4.2不同起裂方位下井周裂缝位置的影响256

6.5地应力对诱导缝起裂和延伸的影响261

6.5.1地应力对诱导缝起裂的影响261

6.5.2地应力对诱导缝延伸的影响264

6.6层理及复杂裂缝分布对诱导缝形成的影响研究267

6.6.1层理与优选主应力夹角的影响267

6.6.2层理间距的影响269

6.6.3层理力学性质的影响269

6.6.4层理及复杂裂缝共存对诱导缝形成的影响271

6.7钻井完井参数对井周裂缝起裂扩展的影响279

6.7.1钻井方位对井周裂缝形态影响279

6.7.2射孔参数井周裂缝形态影响285

6.8不同压裂施工参数对页岩地层水平井压裂裂缝萌生与扩展的影响297

6.8.1水平井段内多簇压裂裂缝延伸模型297

6.8.2布缝参数及射孔参数对水平井段内多簇压裂裂缝延伸的影响300

6.8.3页岩地层水平井段内多簇压裂裂缝的调控方法306

6.9页岩地层水平井井周裂缝形态影响因素及调控方法分析309

第7章应用分析311

7.1某硬脆性页岩地层的井壁稳定实例分析311

7.1.1基础地质特征312

7.1.2结构面发育对井壁稳定性的影响分析313

7.1.3钻井液对井壁稳定性的影响314

7.1.4区块页岩地层坍塌压力剖面317

7.2某页岩气层的井壁稳定实例分析317

7.2.1地层岩性特征317

7.2.2已钻井的井壁失稳状况317

7.2.3地层“三压力”剖面构建及稳定性分析322

7.3页岩气水平井压裂实例分析326

7.3.1基本井况326

7.3.2压裂缝分析结果328

参考文献330