Método de evaluación en interiores de las características del tejido de formación, propiedades físicas y químicas y estabilidad de las paredes del pozo.
3.2.1 Métodos de análisis de las propiedades de la formación y propiedades físicas y químicas
Para estudiar las causas y contramedidas técnicas de la inestabilidad de la pared del pozo, es necesario comprender las propiedades de la estructura y las propiedades de En formaciones con paredes de pozo inestables. Propiedades físicas y químicas, los métodos de análisis comúnmente utilizados incluyen los siguientes.
(1) Observación visual desnuda
A través de la observación a simple vista, podemos comprender el desarrollo del lecho, fisuras y rayones de espejo de la formación, el tamaño del ángulo de inclinación de la formación. , la dureza y suavidad de la formación y su expansión después de la exposición al agua , dispersión y cambios cualitativos en intensidad.
(2) Análisis de difracción de rayos X, método de absorción del espectro infrarrojo, análisis térmico diferencial y otros métodos
Utilice análisis de difracción de rayos X, método de absorción del espectro infrarrojo, análisis térmico diferencial y otros métodos Determinar el contenido relativo y absoluto de varios minerales no arcillosos, minerales arcillosos cristalinos y minerales arcillosos amorfos en la formación.
(3) Análisis con microscopio electrónico de barrido
El microscopio electrónico de barrido se puede utilizar para determinar cualitativamente las características del mineral arcilloso, el desarrollo de grietas y el ancho de grietas en la formación.
(4) Análisis de sección delgada
El análisis de sección delgada puede determinar la composición y el patrón de distribución de clastos, lecho de roca y cemento, y determinar la distribución y el origen de los minerales arcillosos.
(5) Método de densidad
Utilice el picnómetro de Gann o el picnómetro de Lee para medir y luego utilice coordenadas semilogarítmicas para hacer diagramas de densidad o de correlación densidad-profundidad.
(6) Capacidad de intercambio catiónico
La compactación hace que la formación se vuelva más densa y también provoca cambios en los minerales arcillosos. En términos generales, a medida que aumenta el grado de compactación, la montmorillonita se transformará en illita. Por lo tanto, se puede esperar que el contenido de montmorillonita disminuya con la profundidad. Dentro de la zona de compactación normal también aparecerá una línea de tendencia decreciente. Al ingresar a la zona de transición de compactación, debido a la temperatura más alta, la tasa de ilitización se acelera y casi toda la montmorillonita se convierte en illita.
La característica de fuerte disminución del contenido de montmorillonita también se puede utilizar para indicar zonas de alta presión. Mida el contenido de montmorillonita de los cortes de esquisto y haga un diagrama de correlación de profundidad. Se encuentra que la curva cae repentinamente, lo que es una advertencia de la aparición de zonas de alta presión.
En la actualidad, la prueba de azul de metileno (MBT) se utiliza generalmente para medir la capacidad de intercambio catiónico (CIC) de recortes de esquisto para evaluar el contenido de montmorillonita, y para realizar un diagrama de correlación de CIC versus profundidad.
(7) Contenido de sales solubles
En capas sedimentarias normalmente compactadas, el contenido de cloro del agua de formación en la lutita aumenta con la profundidad. Esta tendencia creciente se interrumpe. La zona de transición de presión. . Además, la tendencia de la salinidad del agua de arenisca en la zona de compactación normal también es consistente con la del agua de esquisto, pero su concentración es mayor que la del agua de esquisto. Sin embargo, dentro de la zona de transición de presión, las salinidades del agua de arenisca y del agua de esquisto tienden a ser consistentes. Con base en esta característica, la zona de alta presión se puede identificar midiendo continuamente el contenido de iones cloruro del filtrado de lodo y haciendo un diagrama de correlación de profundidad del pozo.
(8) Prueba de isoterma de adsorción
Describe la naturaleza y el tipo de poros y mide el contenido de agua de la lutita arcillosa en diferentes condiciones de equilibrio para estimar el grado de expansión y la actividad de la formación. .
(9) Método del área de superficie específica
El área de superficie específica es una cantidad física que caracteriza las características de hidratación o el comportamiento de hinchamiento de la lutita arcillosa. Medir el área de superficie específica es útil para comprender las características de expansión por hidratación de la lutita arcillosa y analizar los problemas de estabilidad de las paredes del pozo. Existen muchos métodos para medir una superficie específica, como el método del azul de metileno, el método CST, el método de la masa de etilenglicol, etc.
(10) Método del potencial zeta
El potencial zeta de las partículas normalmente se puede determinar mediante electroforesis. En la piscina eléctrica, bajo una cierta intensidad de campo eléctrico, se mide la velocidad de migración de las partículas y se calcula el potencial ζ de acuerdo con la siguiente fórmula:
Informe de logros especiales en la investigación preliminar sobre ciencia ultra- Programa de tecnología de perforación de pozos profundos (Volumen 2)
En la fórmula: η es la viscosidad del medio; μ es la velocidad de electroforesis de las partículas coloidales; D es la constante dieléctrica del medio; gradiente de potencial del campo eléctrico externo.
El tamaño del potencial zeta de la lutita bituminosa se puede utilizar para juzgar las características de expansión y dispersión de la lutita bituminosa. El erudito estadounidense Lauzon expresó una vez las siguientes opiniones: cuando el potencial ζ es -60 mV, está extremadamente disperso; cuando el potencial ζ es -40 mV, está fuertemente disperso; cuando el potencial ζ es -20 mV, es posible dispersarse; cuando el potencial ζ es -10 mV, no se dispersa.
(11) Método del gradiente de temperatura del lodo
La propagación del calor incluye conducción, convección y radiación. Los mecanismos de propagación de los tres son diferentes: la conducción del calor se basa en el movimiento de las moléculas del material. Al posicionar el movimiento térmico, solo hay intercambio de energía en el proceso de transferencia de calor, y no hay intercambio de masa macroscópico es diferente, la posición de las partículas cambia, en el proceso de flujo continuo, se produce tanto el intercambio de energía como el intercambio de masa. ; radiación térmica Solo depende de la emisión de energía. En términos generales, las capas de petróleo y gas, las capas de agua y las capas de agua geotérmica se consideran del tipo de transferencia de calor por convección, mientras que todas las demás formaciones, incluidas las rocas de capa y las lutitas fangosas en la zona de transición de presión, se consideran formaciones del tipo de conducción de calor.
En la lutita arcillosa, que está estrechamente relacionada con la presión de la formación, lo que afecta a su conductividad térmica es su porosidad y el fluido en los poros. En la zona de transición de presión, debido a la existencia de poros y fluidos, el coeficiente de conductividad térmica es bajo y el gradiente de temperatura de la formación (gradiente geotérmico) aumentará significativamente. Esta alta anomalía en el gradiente geotérmico también afectará la alta anomalía en la temperatura del lodo; este es el primer indicador de temperatura de la capa de alta presión.
El método del factor de gradiente de temperatura del lodo es otra expresión del método del gradiente de temperatura del lodo. El llamado factor de gradiente de temperatura del lodo es la relación entre el gradiente de temperatura del lodo y el gradiente de temperatura (gradiente de temperatura normal) determinado por la línea de tendencia de temperatura normal. El factor del gradiente de temperatura del lodo se representa en función de la profundidad. , indica presión alta.
3.2.2 Método de evaluación interior de la estabilidad de la pared del pozo
3.2.2.1 Prueba de dispersión
Hay dos métodos de prueba de dispersión comúnmente utilizados: prueba de rodadura de esquisto y CST (tiempo de succión capilar) prueba.
(1) Prueba de laminación de lutita
El método de prueba de laminación de lutita se puede utilizar para evaluar las características de dispersión de la lutita lodosa y estudiar la capacidad del fluido de perforación para inhibir la dispersión de la formación. Esta prueba utiliza muestras secas de lutita lodosa (si no hay núcleo, se pueden usar cortes de roca), tritúrelas, pase las muestras de roca a través de un tamiz de malla 10, agregue 350 ml de agua (líquido de prueba) y 50 g de muestras de roca al tanque de calentamiento. Y luego coloque el tanque de calentamiento en el horno de calentamiento de rodillos y haga rodar durante 16 horas (controlado a la temperatura requerida). Vierta el líquido de prueba y la muestra de roca, páselos a través de un tamiz de malla 30, seque y pese la muestra de roca en el tamiz y calcule la tasa de recuperación de masa (expresada como porcentaje). Luego se toma la muestra de roca antes mencionada secada a través de un tamiz de malla 30, se coloca en un tanque calentador lleno con 350 ml de agua, se continúa rodando durante 2 horas, se vierte el agua y la muestra de roca, se pasa a través de un tamiz de malla 30. Tamice, seque y pese la muestra de roca en el tamiz, y calcule. La muestra de roca recuperada representa el porcentaje de masa de la muestra de roca original.
(2) Prueba CST
La prueba CST es un método para medir las características de dispersión del esquisto a través del tiempo de pérdida del filtro, es decir, medido en un mezclador de velocidad constante (alta- mezclador de velocidad) El tiempo de pérdida de fluido de una suspensión espesa de esquisto con una fracción de volumen del 15% (pasada a través de un tamiz de malla 100) después de cizallamiento durante diferentes tiempos se utiliza para representar las características de dispersión del esquisto. El tiempo necesario para que el filtrado de la suspensión de esquisto migre una distancia de 0,5 cm en el papel de filtro característico del instrumento CST (Figura 3.1) generalmente se denomina valor CST. Según los resultados de la prueba, se puede dibujar la curva de relación entre el valor CST y el tiempo de corte. Las dos son relaciones lineales y las características de dispersión de la lutita se pueden expresar mediante la siguiente fórmula:
Pozo científico ultraprofundo. Informe de resultados especiales previos a la investigación del programa de tecnología de perforación (Parte 2) Libro)
En la fórmula: Y es el valor CST, s; m es la tasa de dispersión de hidratación de la lutita, cm/s; tiempo de corte, s; b es el número de partículas coloidales formadas instantáneamente.
El valor b depende del grado de cementación de la lutita, que es función del contenido de agua, contenido de arcilla y grado de compactación de la lutita. El valor máximo de Y representa el contenido total de coloide de la lutita, y el valor (Y-b) es la diferencia entre el contenido total de coloide y el contenido de arcilla instantáneamente dispersable, que se utiliza para representar la capacidad potencial de hidratación y dispersión de la lutita.
Figura 3.1 Instrumento de medición CST
El valor 1/(Y-b) medido utilizando el método CST se puede utilizar para predecir la posibilidad de colapso de la pared del pozo. Cuanto mayor sea este valor, mayor será la probabilidad de que la pared del pozo colapse.
3.2.2.2 Prueba de hidratación
Mida la tasa de desintegración de la lutita de acuerdo con el método para medir la tasa de desintegración de la bentonita y luego calcule el índice de hidratación de la lutita de acuerdo con el siguiente fórmula h:
Informe de logros especiales previos a la investigación del plan tecnológico de perforación de pozos ultraprofundos científicos (Volumen 2)
En la fórmula: Ys e Yb representan respectivamente la tasa de pulpa (hidratación ) de esquisto y bentonita 24h), el Yb se considera generalmente de 16 m3/t.
3.2.2.3 Prueba de hinchamiento
El hinchamiento de la formación es el resultado de la hidratación de los minerales arcillosos contenidos en la formación.
El rendimiento de expansión de la formación generalmente se expresa midiendo el porcentaje de expansión lineal de la muestra de roca (llamado tasa de expansión) o la absorción de agua de la muestra de roca. Dado que la temperatura tiene una gran influencia en la tasa de expansión de las muestras de roca, no solo se debe medir la tasa de expansión de las muestras de roca a temperatura normal, sino también la tasa de expansión a alta temperatura y alta presión.
(1) Determinación de la tasa de expansión a temperatura normal
La tasa de expansión a temperatura normal generalmente se determina mediante los siguientes métodos:
1) Usando NP- 01 expansión de esquisto El instrumento se utiliza para realizar pruebas. El diagrama esquemático del instrumento se muestra en la Figura 3.2. Pesar una cierta cantidad de muestras de roca secadas al aire (pasadas a través de un tamiz de malla 100), medir los cambios en la expansión lineal de las muestras de roca cuando se exponen al agua (u otros líquidos) en diferentes momentos y luego calcular la tasa de expansión lineal. según la siguiente fórmula.
Figura 3.2 Medidor de expansión de esquisto NP-01
Informe especial de resultados de la investigación previa sobre el plan científico de tecnología de perforación de pozos ultraprofundos (volumen 2)
Dónde : Vt es la tasa de expansión lineal de la muestra de roca en el momento t, %; Lt es la cantidad de expansión lineal en el momento t, mm H es la altura original de la muestra de roca, mm;
2) Utilice un sensor de expansión extensímetro (es decir, un indicador de expansión digital de lectura directa, consulte la Figura 3.3) para realizar la prueba. Tome la muestra de roca cortada perpendicular a la superficie de la base del núcleo, colóquela en una bolsa de polietileno y colóquela en la abrazadera en una dirección determinada para que la tensión inicial en el sensor sea de 1,5 μ. La bolsa se llena con el líquido de prueba. . Cuando la muestra de roca se expande, el medidor de tensión registra el desplazamiento, la deformación se lee directamente en el indicador y la expansión lineal se calcula usando la siguiente fórmula:
Informe de logros especiales sobre investigaciones preliminares sobre ultra- Programa de tecnología de perforación de pozos profundos (Volumen 2))
En la fórmula: Vt es la tasa de expansión lineal de la muestra de roca en el tiempo t, % Ki es una constante; , mm; δ es la lectura del indicador.
Figura 3.3 Indicador de expansión digital de lectura directa
3) Utilice el medidor de expansión Ensulin para realizar la prueba (Figura 3.4). Durante la prueba, el polvo de roca de prueba se coloca en una taza y se pone en contacto con el disco de filtro para adsorber el líquido de prueba. La cantidad de adsorción se puede leer con una pajita graduada. En un tiempo t, la cantidad de agua absorbida por unidad de masa de muestra de roca es la tasa de expansión. La relación entre la cantidad de adsorción y el tiempo de adsorción se puede trazar en papel cuadriculado logarítmico. Debido a que existe una relación lineal entre los dos, se puede expresar mediante la siguiente fórmula:
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En la fórmula: Mt es en el tiempo t La cantidad de fluido adsorbido por unidad de masa de muestra de roca, g/g; Mi es la absorción instantánea de agua, g/g; N es la tasa de hidratación o tasa de expansión, g/min; t es el tiempo de adsorción, min.
El tamaño de M depende del contenido de arcilla y agua en la muestra de roca y del efecto de compactación. Disminuye a medida que aumenta la densidad de la roca de formación y el efecto de compactación.
Figura 3.4 Dilatómetro de ensulina
(2) Determinación de la tasa de expansión a alta temperatura y alta presión
Utilice el dispositivo de prueba de simulación de expansión de lutita YPM-01 o HTHP- El medidor de expansión de esquisto de alta temperatura y alta presión tipo 1 puede medir la tasa de expansión de esquisto a temperaturas desde temperatura ambiente hasta 180 °C y presiones de 0 a 10 MPa. Sin embargo, existe una gran diferencia entre la tasa de expansión medida a alta temperatura y alta presión y la de temperatura y presión normales.
3.2.2.4 Prueba de constante dieléctrica
La constante dieléctrica de la lutita depende principalmente del tipo y contenido de minerales arcillosos sensibles al agua, y su tamaño está relacionado con la resistencia de la roca y estrés efectivo relacionado. Por lo tanto, medir la constante dieléctrica de la formación puede comprender las propiedades de la formación y predecir la estabilidad del pozo y la resistencia de la roca. Este parámetro generalmente se mide utilizando un instrumento de medición de la constante dieléctrica. El principio es medir la relación entre la capacitancia de un recipiente lleno con una muestra de roca y la capacitancia del recipiente cuando se llena con aire, obteniendo así la constante dieléctrica de la muestra de roca.
3.2.2.5 Método del índice de estabilidad de la lutita
El índice de estabilidad de la lutita indica el efecto integral de la resistencia, expansión y erosión por dispersión de la formación en el pozo bajo la acción del fluido de perforación y otros líquidos. Efectos sobre la estabilidad ocular. Este método fue establecido por la American Baroid Drilling Fluid Company. Durante la prueba, primero se molió finamente la pizarra arcillosa, se pasó a través de un tamiz de malla 100 y se mezcló con agua de mar artificial para formar una suspensión (la proporción fue de 7:3) y luego se colocó en una secadora para prehidratarla durante 16 horas.
Utilice una prensa para presionar el filtro a 7 MPa durante 2 horas, saque el núcleo y colóquelo en una taza de acero inoxidable, presurícelo con 9,1 MPa durante 2 minutos, raspe la superficie del núcleo, mida la penetración con un penetrómetro y luego Coloque el núcleo junto con la copa de acero. Caliente el rodillo a 65,6 ° C durante 16 horas, sáquelo y mida la penetración, y mida la altura de expansión o erosión de la muestra de roca en la copa. Calcule el índice de estabilidad de la lutita (SSI). de acuerdo con la siguiente fórmula:
Informe especial de resultados previo al estudio del proyecto de tecnología científica de perforación de pozos ultraprofundos (volumen 2)
En la fórmula: Hy es la penetración antes del laminado en caliente, mm; Hi es la penetración después del laminado en caliente, mm; D es la cantidad total de expansión o erosión, mm.
3.2.2.6 Probador de estabilidad de lutita con tensión triaxial
Utilizando el probador de estabilidad de lutita con tensión triaxial, puede realizar tensiones radiales, tensiones longitudinales y probar la columna de líquido. Se utiliza la prueba de estabilidad de lutitas bajo presión. estudiar la influencia del fluido de perforación en los siguientes tres tipos de inestabilidades: ① cambios en el diámetro de los poros causados por la expansión; ② expansión del diámetro de los poros en rocas frágiles; ③ inestabilidad del pozo causada por tensiones in situ; Este instrumento se puede utilizar para juzgar el impacto del fluido de perforación desde los siguientes aspectos: ① Determinar el momento en que la muestra de roca se destruye bajo una determinada presión y caudal; ② El porcentaje de muestra de roca que se erosiona; ③ Cambios en el contenido de agua; de la muestra de roca y el diámetro de los poros de la muestra de roca. Hay dos tipos diferentes de instrumentos de este tipo, uno para medir a temperatura ambiente y el otro para medir a alta temperatura.
3.2.2.7 Dispositivo de simulación de fondo de pozo DSC
Este instrumento puede simular la presión de sobrecarga, la presión de confinamiento y la temperatura de fondo de pozo, perforar y hacer circular fluido de perforación en muestras de esquisto con un diámetro de 165 mm, utilizado para evaluar la efectividad de varios fluidos de perforación para inhibir el colapso de la formación en condiciones simuladas de fondo de pozo.
3.2.2.8 Medidor de pérdida de filtro de alta temperatura y alta presión modificado
Usando el medidor de pérdida de filtro de alta temperatura y alta presión modificado, se puede evaluar la efectividad del fluido de perforación para bloquear el Se puede evaluar la pared del pozo. Se utiliza un trozo de arenisca Berea con un diámetro de 25,4 mm y un espesor de 12,7 mm como medio de percolación, se fija en el soporte del núcleo y luego se carga en el contenedor del medidor de pérdida de filtro de alta temperatura y alta presión, y luego se vierte el fluido de perforación en el instrumento anterior, se ajusta la temperatura y la presión a los valores requeridos, luego se inicia la prueba y se registra la pérdida del filtro. Una vez completada la prueba, se extrae el núcleo, se corta en rodajas después de enfriarlo y se detecta la profundidad de obstrucción y el efecto del fluido de perforación bajo un microscopio de alta potencia.