【doc】气体钻井中泥页岩地层声波时差的实验研究

【doc】气体钻井中泥页岩地层声波时差的实验研究 气体钻井中泥页岩地层声波时差的实验研 究 第32卷第1期 2008年2月 测井技术 WELLLOGGINGTECHN0L0GY V0I.32No.1 Feb2008 文章编号:1004—1338(2008)01—0009—04 气体钻井中泥页岩地层声波时差的实验研究 李荣,孟英峰,汪绪刚 (1.中国石油勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊065007; 2.西南石油大学油气藏地质及开发 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 国家重点实验室,四川成都610500) 摘要:普通声波测井的径向探测深度甚小于泥页岩的水化深度,在水基钻井液井孔中只能测到泥页岩水化后的信 息.用这种声波测井数据直接进行气体钻井原状地层的井孔稳定性分析,存在一定偏差.因此,有必要设法从泥 页岩水化后声波时差来反求原状地层声波时差.为此,进行了不同声波频率的高压空气泥页岩钻心室内实验研 究,分析了水化时间,水化程度与声波时差变化的关系.实验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,泥页岩的纵波时差随水化时间的增加而增大; 大量的微裂缝会使纵波时差在水化后变小;频率增加会使声波时差变小. 关键词:气体钻井;声波时差;泥页岩;水化时间;实验研究 中图分类号:P631.81;TE122.23文献标识码:A ExperimentalStudyonAcousticSlownessofMudShaleFormationinGasDrillingWell LIRong,MENGYing-fenga,WANGXu-gang (1.LangfangSubsidiary,ChinaPetroleumExploration&DevelopmentResearchInstit ute,Langfang,Hebei065007, China2.TheStateKeyLaboratoryofOil&GasReservoirGeologyandExploration.Southwest PetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan610500,China) Abstract.Theradialinvestigationdepthofconventionalacousticwellloggingtoolismuchless thanthehydrateddepthofmudshale.Itisonlytheacousticinformationofthemudshalehaving alreadyhydratedwhichcanbemeasuredbythetoolrunninginaboreholefillingwithwater— base drillingfluid.Ifthiskindofacousticlogginginformationisdirectlyusedingasdrillingwel1. theremustbecertainerrorsinwellstabilityanalysisoforiginalmudshalestratum.SoitiSneces— sarytoinverselyextracttheslownessoftheoriginalstratumfromtheslownessafterthestratum havinghydrated.Highpressuregasdrillingcoresofmudshaleareexperimentallystudiedwith differentacousticfrequenciesinlab,andrelationsofhydratedtimeandhydrateddegreetochan— gesofacousticslownessareanalyzed.Experimentshowsthatthecompressionslownessofmud shaleincreaseswiththehydratedtime,abundantmicrofracturesmightdecreasetheslownessof hydratedmudshale,increasedfrequencymightcausedecreasedslowness. Keywords:gasdrilling,acousticslowness,hydratedtime,mudshale,experimentalresearch 0引言 气体钻井中泥页岩地层容易产生井壁失稳.当 研究泥页岩地层井壁稳定性时需要通过测井 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 得 到动态的岩石力学参数,其中声波时差是关键的测 井信息.但是传统测井的声波时差探测深度浅,一 般小于5cmL1.J,而泥页岩地层的水化可能很快,通 过大量计算表明在欠平衡负压差情况下,普通泥页 岩地层最大的水化距离可达到13.1cm;正压差情 况下最大的水化距离可达到19.1cmE.邓金根等 人[5的研究表明泥页岩水化将在井壁周围形成1个 厚约2O,25cm的水化带.由于普通井下声 波的探测深度不到5ClTI,而泥页岩水化带达到 基金项目:中国石油天然气集团公司"强化井壁稳定机理研究"项目(970406) ,现主要从事海外钻井工程项目研究及现场技术支持工作. 作者简介:李荣男,博士 测井技术2008正 20cm左右,因此普通声波的径向探测深度将小于 泥页岩的水化深度,声波测井得到的主要是水化后 的泥页岩信息.气体钻井中如果替换钻井液之后再 测井,几个小时后的水化距离已经超出了声波测井 仪器的探测距离,要探测原状地层声波信号需要采 用新的途径和方法. 气体钻井的声波测井问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,一种解决思路是直 接在气体介质中开展声波测井.我们希望能改变仪 器的测量方法,让声波仪器能贴着井壁进行测量,采 用补偿测井的方式解决声波仪器不居中的问题,尽 量避免声波在空气中的大幅度衰减,使之能测量到 地层声波信号.另一种思路是在充满钻井液的井 中,开发一种能直接测量几米以外原状地层声波信 号的测井仪器.通过降低仪器频率来实现声波的深 距离探测.近年来,国外提出在井下用地震勘探类 似的方法进行测井.深探测反射波测井不记录井壁 附近的滑行纵波,滑行横波,瑞利波等非均匀波,而 是记录距井壁表面较远处(10,15m)声学界面上 的反射波.该井下仪器的特点是声波信号的频率 低,为6,9kHz,声学探头的发射功率大,以使声波 信号能在井壁外地层中传播较远距离l_6].但是该技 术还没有得到广泛的现场运用. 传统的声波测井探测到的是水化带的泥页岩性 质.所以有必要通过对水化后的泥页岩声波进行试 验研究来反演原状地层的声波信号.水化应力附加 到原有应力状态上,增加了地层的应力状态;水化降 强使岩石强度降低,这样就显着地改变了应力状态 与岩石强度的关系.这种改变往往使应力状态超过 了泥页岩强度,使泥页岩失稳.ChenevertI7在1970 年就开始注意到泥页岩吸水以后各种物理化学性质 的变化.实验表明泥页岩的密度,屈服强度,吸水膨 胀与吸水量之间具有一定关系.不同浓度,不同类 型的无机盐溶液对页岩力学性质和声波变化规律也 不相同.大量实验表明泥页岩水化使得声波时差呈 和实验室探头频率不一致,为了使实验结果更好的 运用到气体钻井工程中,需要进行不同频率声波探 头下的实验研究. 1水化与声波变化规律的室内实验 理论上讲,测井响应值随着钻井液与地层接触 时间增加,声波时差测井都应呈递增趋势,水化程度 越高,幅度差越大.定期对地层进行声波时差测井, 并将测得的曲线与初始状态下所得曲线进行对比, 可以很好地反映泥页岩地层的水化程度.因此,通 过测井曲线的变化来研究气体条件下的泥页岩井壁 稳定性问题.但是,大多数区块不采用油基钻井液 钻井,而且没有随时间推移多次测井的记录,因此目 前还只有通过实验室水化前后泥页岩声波时差数据 的变化进行研究.声波,孔隙度,渗透率实验的仪器 是油气藏地质及开发工程国家重点实验室自行研制 的SCMS-B2型高温高压岩心多参数测量仪.该仪 器可用于测量气体孔隙度,气体渗透率,纵横声波时 差,电阻率等参数. 获取泥页岩岩心样本之后,按规定要求进行制 心,切片,打磨,并予以妥善保存,准备实验.泥页岩 制心绝不能用水进行循环冷却,也不能用油;用液氮 成本太高.因此,实验采用高压压缩空气钻心.岩 心制备后立即进行腊封,冷藏保存.实验时候采用 矿化度较高的地层水预先饱和泥页岩.实验前将岩 心放人饱和装置,用真空泵抽真空,保持0.1MPa 的负压12h,再将抽过真空的模拟钻井液缓慢注 人,并对岩心继续抽真空,直至岩心内无气泡排出为 止.然后将岩心端面浸泡在水基钻井液中,保持实 验所需要的时间,取出岩心进行声波测试实验.水 化时间分别为0,2,5,8,16,32,58,65,72,96h.每 次取出岩心进行声波实验之后马上放回原溶液中继 续水化.实验岩心的基本参数见表1. 获得岩心孔隙度和渗透率等基本参数可以用于 现逐渐增加的规律.同时,由于井下声波测井探头地层条件下的孔隙度与声波参数 关系的研究;另外, 表1实验岩心的基本参数 第32卷第1期李荣,等:气体钻井中泥页岩地层声波时差的实验研究?11? 看 ? 型 图1泥页岩纵波时差变化规律随水化时间的关系曲线 实验基本参数的测量可以为该实验的准确性和再重 复性提供参考.实验采用的声波频率为500kHz, 实验总的变化规律见图l. 从图l可见,随着水化时间的增加,泥页岩的纵 波时差增大,水化时间越长,泥页岩的纵波时差越 大.D5与D7泥页岩岩心的变化规律存在相反的 现象,这与该岩心本身的裂隙和成份有一定关系. 虽然宏观上总的孔隙度和渗透率相差不大,但是扫 描电镜表明D5,D7岩心表面存在大量的微裂缝,并 伴随有部分砾石颗粒.同时,估计该岩心中存在死 孔隙,其中的气体不能被排出,于是在骨架和气体的 综合作用下,其传播时间会增加,传播速度将减小, 也会出现水化后纵波时差变小的规律.井下泥页岩 岩心是非常珍贵的,必须按照有关规定在取心后进 行腊封冷藏,防止其干裂.否则一旦泥页岩脱水后, 即使再让岩心水化,由于泥岩岩心存在物质交换等 原因,一方面岩心很容易遇水破裂;另一方面岩心将 不能恢复到原始的状态,影响实验效果.由于在该 实验中需要对同一泥页岩岩心进行不同时间下的多 次重复声波测试,因此实验过程一旦开始便无法停 止,岩心从实验设备中取出后动作要快,且要求轻拿 轻放,避免损坏已经部分水化的岩心.实验过程中 有部分泥页岩提前破裂,无法继续进行水化实验. 实验后先进行单个岩心回归,再进行所有岩心 的统计回归,表2仅列出水化后纵波与原岩心纵波 之间的统计. 实验中的相关系数不高,这与实验条件,泥页岩 成份和基本性质都有一定的关系.总之,根据实验 可进行实验室内水化前后的声波时差校正,实验表 明泥页岩岩心的平均纵波时差变化达到36.7/~s/ft, 采用同样的方法对地层的横波进行实验研究,其 变化值为49.68/~s/ft.为了使实验结果更好地运 *非法定计量单位,1ft一12in=O.3048m,不同 表2泥页岩纵波时差与水化泥页岩纵波时差统计表 用到气体钻井工程中,需要进行不同频率声波探头 下的实验研究. 2不同频率声波探头对测井信息的影响 井下声波频率和实验室存在很大差异,不同探 测仪器的频率,探测深度等不一样_8.,为检验井下 常用的声波探头同实验室声波探头之间的关系,进 行了不同频率下的声波实验.在进行不同频率下声 波探头对测井信息的影响实验中采用自制的声波测 试设备,该简易设备可以实现利用不同的声波探头 进行泥页岩声波测试. 分别更换25,50,100,250kHz和500kHz的 声波探头进行声波对比实验.为了验证实验的准确 性,采用了多块泥页岩岩心进行实验.图2是泥页 岩在不同频率下的声波时差变化规律. 图2泥页岩在不同频率下声波时差的变化规律 图2中不同频率的探头对泥页岩测量结果不 同,随着探头频率的加大,声波时差逐渐变小,具有 明显的声频散特性,这与楚泽涵等人的研究规律相 同l1.在其他条件不变的前提下,通过大量室内实 验,在消除了探讨初值等的影响之后,可以得出 25kHz频率同500kHz频率2种常用探头之间的 ^.槲笛杖 ? 12?测井技术2008年 关系为 AC25—0.8545×ACs00+2.1811(1) 式中,AC2s为25kHz探头声波时差,~s/ft;AC5oo为 500kHz探头声波时差,~s/ft. 利用该实验关系就可实现实验室声波和井下声 波信息之间的单因素转换.以上实验表明水化前后 泥页岩声波变化在8,12~s/ft,泥质砂岩在0,4 ~s/ft.综合考虑泥质砂岩也受到声波时差影响,水 化前后纵波时差的平均变化为8.03~s/ft.采用同 样的思路对横波时差进行了研究,泥页岩的横波变 化在15----22~s/ft,泥质砂岩在0,8~s/ft. 3实验中存在问题及注意事项 影响声波测量的因素很多,除了泥页岩本身的 泥质含量外,还有如信号变化,噪音影响和泥页岩水 化.由于泥页岩含有大量吸水性的粘土矿物,这种 矿物是层状结构,遇水后晶层之间的距离会扩大. 靠近井壁的泥页岩吸水后膨胀,改变了自身的密度 和压力,随着钻井液浸泡时间的增加,靠近井壁的岩 石发生塌落,造成井径扩大.泥页岩由于吸收了水 分造成自身密度压强等的改变,从而造成波速降低. 因此声波时差主要与泥页岩水化程度,水化时间,水 化距离,测量频率等密切相关 AC—f(W,t,z,F)(2) 式中,W为含水量,;z为水化距离,m;F为声波 探头频率,~s/ft;,为水化时间,h. 在实验中应该注意下面一些问题. (1)岩心样品与测量探头之间要紧密接触. (2)每次端面吸水之后,岩心应在密闭容器中 放置一段时间,以便岩心之中的水重新均匀分布,避 免末端和界面效应带来误差(水在岩心中的分布状 态对声波时差的测量有明显的影响). (3)测量过程中声波仪器读值一定要等待数值 稳定,保证吸水量与吸水时间与声波值相匹配. (4)由于该实验仪器为新研制的,在整个实验 过程中,仪器会出现一些问题,如胶皮套密闭不严, 出现漏油和不能加压及加压后压力不能稳定的情 况,这会污染岩心,使岩心声波测量不准,此时就需 要更换胶皮套和重新处理岩心;有时压力传感器会 出现问题以及气动阀门会出现松动现象,这些问题 都需要花大量时间进行检测和维修以及对仪器进行 调试.为检验吸水泥页岩的含水量,在每块岩心实 验结束之后利用电子天平对岩心进行再次称重. (5)在实验过程中压力不能太高,而且为了尽 量保证模拟地层水在岩心中均匀分布,需要放置一 段时间,加上泥页岩需要重复吸水. 4结论与建议 本文在分析气体钻井声波测井现状的基础上, 认为现有条件下进行室内水化泥页岩声波实验是目 前解决泥页岩去水化问题的必然选择.由于影响声 波时差变化的因素很多,本文只提供了声波时差与 泥页岩水化和测量频率之间的实验思路. 本文采用高温高压多参数测量仪器等实验设备 对水化泥页岩的声学特性进行了大量实验研究,结 合多频率声波探头对不同频率下泥页岩的声波时差 进行的实验分析,为实验室模拟井下声波测井信息 奠定了基础.该文的方法已经成功运用到气体钻井 泥页岩地层井壁稳定性的评价中. 参考文献: [1]吴仕荣,陈刚,孟英峰,等.气体钻井配套技术破解难 题[J].中国石油石化,2005,72(4):59. [23项德贵,孙梦慈,陈志学.青西油田空气钻井井眼稳定 问题的探讨[J].断块油气田,2005,12(6):68—70. Ea]牛一雄,潘和平,王文先,朱留方,许东辉.中国大陆科 学钻探主孑L0.2000m地球物理测井[J].岩石, 2004,20(1). [4]李荣.气体钻井中泥页岩稳定性的评价研究ED].成 都:西南石油大学博士学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ,2007:106—108. E5]邓金根.泥页岩井眼力学稳定理论及工程应用[【)].北 京:中国石油大学博士学位论文,2000. 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