器（8)包括岩心夹持器上端盖（29)、岩心夹持器下端 盖（30)、环氧树脂（9)和密封圈（31)，岩心（10)夹在岩心夹持器上端盖（29)和岩心夹持器 下端盖（30)之间，环氧树脂（9)将岩心的四周包裹形成规则的试样； (五） 如果确定使用某种钻井液时，则利用湿度计测量待用钻井液活度，确定钻井液与 地层流体之间的化学势差，再根据总势能平衡原理，利用化学势差和地层孔隙压力确定钻 井液液柱压力，根据钻井液液柱压力和井深确定钻井液密度； (六） 如果确定钻井液密度，则确定钻井液液柱压力同地层压力之间的差值为欠压值， 根据总势能平衡原理，利用欠压值获得化学势差，再根据化学势差和地层水活度确定钻井 液活度； (七） 根据确定结果调整钻井液密度或活度来保持井壁稳定。
2. 根据权利要求1所述的适用于欠平衡钻井的井壁稳定方法，其特征是：所述的步骤 (一）中的具体方法是： (a) 称量若干个重量为（WJ的页岩样品； (b)将页岩样品放置在200° F的烘箱中24小时，然后测量每个干页岩样品重量（Wd); (c) 则每个页岩样品的原始含水量为：
(d)将烘干的页岩试样放置在不同活度的干燥器中； (e) 每天测量每个试样重量，直到重量不在增加，记录重量:w* ; (f)根据页岩的吸附量和放置页岩的干燥器湿度绘制等温吸附曲线； (g) 利用原始地层含水星确定原始地层水活度ashale;。
3.根据权利要求1所述的适用于欠平衡钻井的井壁稳定方法，其特征是：所述的步骤 (四）中的膜效率测试实验装置中的伺服控制注入泵（1)通过第一高压管线（2)穿过恒温箱 (7)的下端与岩心夹持器（8)的下端相连，第一高压管线（2)上设置第一阀门（3)、第一压力 传感器（5);伺服控制注入泵（1)用于实现给岩心的下端钻井液提供压力和给岩心的上端钻 井液提供循环压力；第一阀门（3)用于控制岩心加持器（8)下端钻井液的进出；第一压力传 感器（5)用于指示和记录岩心加持器（8)下端的钻井液压力；在第一阀门（3)和第一压力传 感器（5)之间外接第二阀门（4)，第二阀门（4)用于放空或调节岩心加持器（8)下端面的钻 井液压力；恒温箱（7)用于提供和保持膜效率测试时岩心加持器（8)所需要的温度。
4. 一种应用于权利要求1-3中任一项所述的适用于欠平衡钻井的井壁稳定方法中的 实验装置，其特征是：包括伺服控制注入泵（1)、恒温箱（7)、岩心夹持器（8)、计算机数据采 集系统（19)、背压调节器（21)、储液箱（28)，岩心夹持器（8)置于恒温箱（7)内，伺服控制注 入泵（1)用于实现给岩心的下端钻井液提供压力和给岩心的上端钻井液提供循环压力，背 压调节器（21)用于保持岩心加持器（8)上端钻井液的流动压力恒定；计算机数据采集系统 (19) 用于实时采集和记录压力和恒温箱（7)中的温度；所述岩心夹持器（8)包括岩心夹持 器上端盖（29)、岩心夹持器下端盖（30)、环氧树脂（9)和密封圈（31)，岩心（10)夹在岩心夹 持器上端盖（29)和岩心夹持器下端盖（30)之间，环氧树脂（9)将岩心的四周包裹形成规则 的试样。
5. 根据权利要求4所述的适用于欠平衡钻井的井壁稳定方法中的实验装置，其特征 是：所述的伺服控制注入泵（1)连接第二高压管线（11)的一端，第二高压管线（11)的另一 端穿过恒温箱（7)的上端与岩心夹持器（8)的上端入口连接，第二高压管线（11)上设有第 三阀门（12)和第二压力传感器（13)，第三阀门（12)用于控制岩心加持器（8)上端钻井液的 流入，第二压力传感器（13)用于指示和记录岩心加持器（8)上端入口处的钻井液压力； 第三高压管线（15)的一端与背压调节器（21)连接，另一端穿过恒温箱（7)的上端与岩 心夹持器（8)的上端出口连接，第三高压管线（15)上设有第四阀门（20)和第三压力传感器 (16);第四阀门（20)用于控制岩心加持器（8)上端钻井液的流出，第三压力传感器（16)用 于指示和记录岩心加持器（8)上端出口处的钻井液压力，背压调节器（21)用于保持岩心加 持器（8)上端钻井液的流动压力恒定，第四高压管线（22)将第五阀门（23)连接在第四阀门 (20) 和背压调节器（21)之间，第五阀门（23)用于放空和置换岩心加持器（8)上端面的循 环钻井液； 第五高压管线（27)的一端与背压调节器（21)连接，另一端与储液箱（28)的上端连接， 第五高压管线（27)上设有第四压力传感器（25)和第六阀门（26);第四压力传感器（25)用 于指示和记录背压调节器（21)出口处的钻井液压力，第六阀门（26)用于控制背压调节器 (21) 出口处钻井液的流出，储液箱（28)用于收集循环流出的钻井液； 所述计算机数据采集系统（19)分别通过第一数据采集线（6)、第二数据采集线（14)、 第三数据采集线（17)、第四数据采集线（18)和第五数据采集线（24)连接第一压力传感器 (5)、第二压力传感器（13)、第三压力传感器（16)、恒温箱7和第四压力传感器（25)，计算机 数据采集系统（19)用于实时采集和记录第一压力传感器（5)、第二压力传感器（13)、第三 压力传感器（16)、第四压力传感器（25)的压力和恒温箱（7)中温度。
6. 根据权利要求4所述的适用于欠平衡钻井的井壁稳定方法中的实验装置，其特征 是：所述的岩心夹持器（8)包括岩心夹持器上端盖（29)、岩心夹持器下端盖（30)、环氧树脂 (9)和密封圈（31)，岩心（10)夹在岩心夹持器上端盖（29)和岩心夹持器下端盖（30)之间， 环氧树脂（9)将岩心的四周包裹形成规则的试样，固定岩心同时防止钻井液从侧面渗出； 与岩心接触的岩心夹持器上端盖（29)底面和岩心夹持器下端盖（30)顶面各有一个密封圈 (31)，密封圈（31)用来密封岩心、防止顶底端液体的相通。
7. 根据权利要求6所述的适用于欠平衡钻井的井壁稳定方法中的实验装置，其特征 是：所述的岩心夹持器上端盖（29)的下端面和岩心夹持器下端盖（30)的上端面分别设有 凹槽，便于钻井液的流动；第二高压管线（11)和第三高压管线（15)分别与岩心夹持器上端 盖（29)相连，第二高压管线（2)与岩心夹持器下端盖（30)相连。
【专利摘要】本发明涉及一种适用于欠平衡钻井的井壁稳定方法及实验装置。包括以下步骤：（一）确定泥页岩的地层水活度；（二）确定待钻地层孔隙压力；（三）计算地层温度；（四）利用膜效率测试实验装置测量地层膜效率；（五）根据钻井液液柱压力和井深确定钻井液密度；（六）如果确定钻井液密度，则确定钻井液液柱压力同地层压力之间的差值为欠压值，根据总势能平衡原理，利用欠压值获得化学势差，再根据化学势差和地层水活度确定钻井液活度；（七）根据确定结果调整钻井液密度或活度来保持井壁稳定。有益效果：充分考虑了化学势的作用，精确的给出保持地层总势能平衡时的钻井液密度，有效的防止了钻井液滤液侵入地层，提高了井壁稳定性，增强了欠平衡钻井技术的应用推广。
【IPC分类】E21B21-06, B01D65-10
【公开号】CN104563927
【申请号】CN201410721094
【发明人】黄浩勇, 程远方, 韩忠英, 闫传梁, 朱新潮, 贾江鸿, 马庆涛
【申请人】中国石油大学(华东)
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月3日