器（8)包括巖心夾持器上端蓋（29)、巖心夾持器下端 蓋（30)、環(huán)氧樹脂（9)和密封圈（31)，巖心（10)夾在巖心夾持器上端蓋（29)和巖心夾持器 下端蓋（30)之間，環(huán)氧樹脂（9)將巖心的四周包裹形成規(guī)則的試樣； (五） 如果確定使用某種鉆井液時，則利用濕度計(jì)測量待用鉆井液活度，確定鉆井液與 地層流體之間的化學(xué)勢差，再根據(jù)總勢能平衡原理，利用化學(xué)勢差和地層孔隙壓力確定鉆 井液液柱壓力，根據(jù)鉆井液液柱壓力和井深確定鉆井液密度； (六） 如果確定鉆井液密度，則確定鉆井液液柱壓力同地層壓力之間的差值為欠壓值， 根據(jù)總勢能平衡原理，利用欠壓值獲得化學(xué)勢差，再根據(jù)化學(xué)勢差和地層水活度確定鉆井 液活度； (七） 根據(jù)確定結(jié)果調(diào)整鉆井液密度或活度來保持井壁穩(wěn)定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于欠平衡鉆井的井壁穩(wěn)定方法，其特征是：所述的步驟 (一）中的具體方法是： (a) 稱量若干個重量為（WJ的頁巖樣品； (b)將頁巖樣品放置在200° F的烘箱中24小時，然后測量每個干頁巖樣品重量（Wd); (c) 則每個頁巖樣品的原始含水量為：
(d)將烘干的頁巖試樣放置在不同活度的干燥器中； (e) 每天測量每個試樣重量，直到重量不在增加，記錄重量:w* ; (f)根據(jù)頁巖的吸附量和放置頁巖的干燥器濕度繪制等溫吸附曲線； (g) 利用原始地層含水星確定原始地層水活度ashale;。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于欠平衡鉆井的井壁穩(wěn)定方法，其特征是：所述的步驟 (四）中的膜效率測試實(shí)驗(yàn)裝置中的伺服控制注入泵（1)通過第一高壓管線（2)穿過恒溫箱 (7)的下端與巖心夾持器（8)的下端相連，第一高壓管線（2)上設(shè)置第一閥門（3)、第一壓力 傳感器（5);伺服控制注入泵（1)用于實(shí)現(xiàn)給巖心的下端鉆井液提供壓力和給巖心的上端鉆 井液提供循環(huán)壓力；第一閥門（3)用于控制巖心加持器（8)下端鉆井液的進(jìn)出；第一壓力傳 感器（5)用于指示和記錄巖心加持器（8)下端的鉆井液壓力；在第一閥門（3)和第一壓力傳 感器（5)之間外接第二閥門（4)，第二閥門（4)用于放空或調(diào)節(jié)巖心加持器（8)下端面的鉆 井液壓力；恒溫箱（7)用于提供和保持膜效率測試時巖心加持器（8)所需要的溫度。
4. 一種應(yīng)用于權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的適用于欠平衡鉆井的井壁穩(wěn)定方法中的 實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是：包括伺服控制注入泵（1)、恒溫箱（7)、巖心夾持器（8)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)（19)、背壓調(diào)節(jié)器（21)、儲液箱（28)，巖心夾持器（8)置于恒溫箱（7)內(nèi)，伺服控制注 入泵（1)用于實(shí)現(xiàn)給巖心的下端鉆井液提供壓力和給巖心的上端鉆井液提供循環(huán)壓力，背 壓調(diào)節(jié)器（21)用于保持巖心加持器（8)上端鉆井液的流動壓力恒定；計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (19) 用于實(shí)時采集和記錄壓力和恒溫箱（7)中的溫度；所述巖心夾持器（8)包括巖心夾持 器上端蓋（29)、巖心夾持器下端蓋（30)、環(huán)氧樹脂（9)和密封圈（31)，巖心（10)夾在巖心夾 持器上端蓋（29)和巖心夾持器下端蓋（30)之間，環(huán)氧樹脂（9)將巖心的四周包裹形成規(guī)則 的試樣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于欠平衡鉆井的井壁穩(wěn)定方法中的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征 是：所述的伺服控制注入泵（1)連接第二高壓管線（11)的一端，第二高壓管線（11)的另一 端穿過恒溫箱（7)的上端與巖心夾持器（8)的上端入口連接，第二高壓管線（11)上設(shè)有第 三閥門（12)和第二壓力傳感器（13)，第三閥門（12)用于控制巖心加持器（8)上端鉆井液的 流入，第二壓力傳感器（13)用于指示和記錄巖心加持器（8)上端入口處的鉆井液壓力； 第三高壓管線（15)的一端與背壓調(diào)節(jié)器（21)連接，另一端穿過恒溫箱（7)的上端與巖 心夾持器（8)的上端出口連接，第三高壓管線（15)上設(shè)有第四閥門（20)和第三壓力傳感器 (16);第四閥門（20)用于控制巖心加持器（8)上端鉆井液的流出，第三壓力傳感器（16)用 于指示和記錄巖心加持器（8)上端出口處的鉆井液壓力，背壓調(diào)節(jié)器（21)用于保持巖心加 持器（8)上端鉆井液的流動壓力恒定，第四高壓管線（22)將第五閥門（23)連接在第四閥門 (20) 和背壓調(diào)節(jié)器（21)之間，第五閥門（23)用于放空和置換巖心加持器（8)上端面的循 環(huán)鉆井液； 第五高壓管線（27)的一端與背壓調(diào)節(jié)器（21)連接，另一端與儲液箱（28)的上端連接， 第五高壓管線（27)上設(shè)有第四壓力傳感器（25)和第六閥門（26);第四壓力傳感器（25)用 于指示和記錄背壓調(diào)節(jié)器（21)出口處的鉆井液壓力，第六閥門（26)用于控制背壓調(diào)節(jié)器 (21) 出口處鉆井液的流出，儲液箱（28)用于收集循環(huán)流出的鉆井液； 所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（19)分別通過第一數(shù)據(jù)采集線（6)、第二數(shù)據(jù)采集線（14)、 第三數(shù)據(jù)采集線（17)、第四數(shù)據(jù)采集線（18)和第五數(shù)據(jù)采集線（24)連接第一壓力傳感器 (5)、第二壓力傳感器（13)、第三壓力傳感器（16)、恒溫箱7和第四壓力傳感器（25)，計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（19)用于實(shí)時采集和記錄第一壓力傳感器（5)、第二壓力傳感器（13)、第三 壓力傳感器（16)、第四壓力傳感器（25)的壓力和恒溫箱（7)中溫度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于欠平衡鉆井的井壁穩(wěn)定方法中的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征 是：所述的巖心夾持器（8)包括巖心夾持器上端蓋（29)、巖心夾持器下端蓋（30)、環(huán)氧樹脂 (9)和密封圈（31)，巖心（10)夾在巖心夾持器上端蓋（29)和巖心夾持器下端蓋（30)之間， 環(huán)氧樹脂（9)將巖心的四周包裹形成規(guī)則的試樣，固定巖心同時防止鉆井液從側(cè)面滲出； 與巖心接觸的巖心夾持器上端蓋（29)底面和巖心夾持器下端蓋（30)頂面各有一個密封圈 (31)，密封圈（31)用來密封巖心、防止頂?shù)锥艘后w的相通。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于欠平衡鉆井的井壁穩(wěn)定方法中的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征 是：所述的巖心夾持器上端蓋（29)的下端面和巖心夾持器下端蓋（30)的上端面分別設(shè)有 凹槽，便于鉆井液的流動；第二高壓管線（11)和第三高壓管線（15)分別與巖心夾持器上端 蓋（29)相連，第二高壓管線（2)與巖心夾持器下端蓋（30)相連。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于欠平衡鉆井的井壁穩(wěn)定方法及實(shí)驗(yàn)裝置。包括以下步驟：（一）確定泥頁巖的地層水活度；（二）確定待鉆地層孔隙壓力；（三）計(jì)算地層溫度；（四）利用膜效率測試實(shí)驗(yàn)裝置測量地層膜效率；（五）根據(jù)鉆井液液柱壓力和井深確定鉆井液密度；（六）如果確定鉆井液密度，則確定鉆井液液柱壓力同地層壓力之間的差值為欠壓值，根據(jù)總勢能平衡原理，利用欠壓值獲得化學(xué)勢差，再根據(jù)化學(xué)勢差和地層水活度確定鉆井液活度；（七）根據(jù)確定結(jié)果調(diào)整鉆井液密度或活度來保持井壁穩(wěn)定。有益效果：充分考慮了化學(xué)勢的作用，精確的給出保持地層總勢能平衡時的鉆井液密度，有效的防止了鉆井液濾液侵入地層，提高了井壁穩(wěn)定性，增強(qiáng)了欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用推廣。
【IPC分類】E21B21-06, B01D65-10
【公開號】CN104563927
【申請?zhí)枴緾N201410721094
【發(fā)明人】黃浩勇, 程遠(yuǎn)方, 韓忠英, 閆傳梁, 朱新潮, 賈江鴻, 馬慶濤
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月3日