细观和宏观下离子稳定剂对煤层气钻孔的化学与力学护壁机理研究

批准号:
41602372
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
18.0 万元
负责人:
孙平贺
依托单位:
学科分类:
D0209.第四纪地质学
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
曹函、张绍和、吴晶晶、关蕾蕾、牛磊星、田明锦
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
钻探技术是实现煤层气资源勘探、抽采的重要手段,而孔壁稳定对钻探质量、安全及成本具有较大影响。已有研究表明离子稳定剂可提高地层强度,从而增强孔壁承压能力。本课题以近孔壁煤储层为研究对象,从细观、宏观双重尺度,采用分析化学、损伤力学及钻探工程学等理论方法,对离子稳定剂作用下的煤储层化学特征、细观裂隙演化规律及宏观力学特性展开研究,揭示近孔壁煤储层相变、ξ电位、结合水膜等变化特征;获取加载过程中细观裂隙数量、总面积、定向度、间距等演化规律;完成不同浓度稳定剂作用下的岩心损伤变量和弹性模量、轴向应变关系分析;构建近孔壁煤储层损伤本构模型;建立基于稳定剂浓度、岩心组分、损伤变量、内聚力、摩擦角等参数的孔壁稳定临界荷载计算模型,揭示不同因素对孔壁稳定的影响规律。本课题综合运用多学科理论与方法,探求离子稳定剂对煤层气钻孔的化学和力学护壁机理,拓宽泥浆安全密度窗口,为煤层气钻探的基础研究及工程提供借鉴。
英文摘要
Drilling technology is an important method to achieve coalbed methane exploration and gas extraction. Stability of the drilling borehole wall is the key to keep quality, safety and cost control drilling. Study results have indicated that formation strength can be improved with ion stabilizer, and the borehole wall bearing capacity can be enhanced. The proposal selected coalbed methane reservoirs near the borehole wall as the research object. Analytical chemistry, damage mechanics and drilling engineering, and other theoretical approaches were used from double scales with microscopic and macroscopic. The proposal objectives were achieved chemical properties of coal reservoirs under ion stabilizers as phase change, ξ potential, combined with the water film thickness, etc. Micro fractures like fracture of the total area, the degree of orientation, number, spacing, etc.were also obtained. The evolution of macroscopic mechanical properties stress, strain, strength, cohesion, friction angle, etc. were used to establish damage variable parameter model with ion stabilizer. Borehole wall stability critical load calculation model was based on concentration of stabilizer, core components, and parameters such as damage variable, cohesion, and friction angle. It could reveal the influence degree of different factors on the stability of borehole wall.Multi-disciplinary subject theory and methods were introduced to obtain ion stabilizers on chemical and mechanical mechanisms in the proposal. Thus the study results could expand mud density limit, which could be also helpful for CBM basic research on exploration drilling and gas extraction.
本项目根据湘西北储层的地质特征,研究了一种以ENI型离子稳定剂为关键处理剂的力学主动强化钻井液配方体系并分析了其作用机理。通过线性膨胀率、滚动回收率和高温高压膨胀率试验,评价了设计钻井液配方体系的抑制性能,结果表明该体系具有良好抑制性,岩屑回收率达85%,岩心线性膨胀率低于6%,符合API规范要求,且ENI浓度越高,钻井液抑性越强。不同ENI浓度钻井液浸泡实验表明:岩心单轴抗压强度和弹性模量均随ENI浓度升高而增大,说明ENI有助于增强岩心抵抗变形破坏的能力。较高浓度的ENI能更显著地降低炭质页岩的阳离子交换容量;减小页岩中黏土的扩散层厚度,降低黏土电动电位;减小黏土晶层间距,说明ENI可抑制黏土水化膨胀,且浓度越高,抑制越强。此外,ENI可在一定程度上封堵岩石的孔隙、裂隙,从而增强岩体的整体结构与稳定性。主要体现为:炭质页岩相当于半透膜,钻井液在页岩表面附近发生浓差极化现象,其中的ENI在页岩表面附近聚集、析出,析出的沉淀一方面阻碍了更多的滤液渗入岩层,减弱了页岩水化;同时又以一定的方式填充于岩石的孔隙裂隙中,降低岩石孔隙系统的分形维数,阻碍了岩石损伤发展。研究成果对复杂地质条件下的深地资源有效勘探开发具有借鉴意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2019
期刊:非开挖技术
影响因子:--
作者:王靖源;孙平贺;刘伟胜;曹函
通讯作者:曹函
DOI:--
发表时间:2018
期刊:煤炭科技
影响因子:--
作者:骆中山;曹函;孙平贺
通讯作者:孙平贺
DOI:--
发表时间:2018
期刊:科技通报
影响因子:--
作者:田明锦;曹函;孙平贺;张绍和
通讯作者:张绍和
DOI:--
发表时间:2017
期刊:非开挖技术
影响因子:--
作者:朱俊霖;孙平贺
通讯作者:孙平贺
DOI:--
发表时间:2018
期刊:煤田地质与勘探
影响因子:--
作者:骆中山;曹函;孙平贺
通讯作者:孙平贺
剪切感知微粒流体对HDD高渗地层泥饼生长与增效机制研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60万元
- 批准年份:2021
- 负责人:孙平贺
- 依托单位:
国内基金
海外基金
