基于声频频谱的泥岩水化损伤评价方法

【作者】 余小龙； 刘向君； 丁乙；

【机构】 西南石油大学油气藏地质与开发国家重点实验室；

【摘要】 钻井中钻遇富含粘土矿物的泥岩地层时,泥岩与钻井液接触,其中的粘土矿物与钻井液作用发生水化膨胀,造成岩石的机械强度降低,从而导致井壁易发生失稳。如何应对这种损伤带来的井壁失稳以及如何将水化程度进行量化,是钻井工程中的难题。对于水化损伤评价方法的研究,前人进行了大量的研究。物理特性、机械特征和水化膨胀应力等均可以被用来表征水化损伤程度;核磁共振(NMR)和CT扫描技术也常被用来研究水化作用;同时,由于水化作用破坏了岩石的结构,其性质也会发生相应的变化。因此,密度、孔隙率和弹性模量的变化已被用于评估水化损伤。声学特性是岩石物理的重要参数,易从现场测井中得到,方便快速。而水化作用使得泥岩的结构发生改变,影响岩石的声学特性。前人也曾利用声速和机械能变化来研究水化损伤,结合声学测试和单轴测试获取加载中的速度,以此来反映水化损伤的演化过程,但其忽略了温度和压力的影响,也没有考虑钻井液浸泡时的钻井压差,所得结果存在一定的误差。本文对研究区块的岩心进行XRD分析,测得样品的粘土矿物含量和种类,并利用声波频谱,通过傅里叶变换,建立一个高温条件下表征水化损伤的变量并探讨了围压对声波频谱中振幅的影响。结果表明,研究区块的泥岩粘土矿物含量为21.49%,含量一般,粘土矿物种类以伊利石和绿泥石为主;浸泡实验中,随着钻井液浸泡时间的增加,泥岩内部逐渐产生裂缝并不断扩大,增加了岩石中声传播过程中声反射、折射和散射的次数,使得声波能量损失,导致振幅减小;随着围压的增大,岩石被压密,裂缝空间变小,减少了声波能量的衰减,振幅数值明显变大。通过对部分泥岩样品的浸泡实验,得到了本批岩心样品的水化指数。其中,钻井液浸泡了24小时的水化指数为0.23,浸泡了48小时的水化指数为0.67,与理论实际相符合,对钻井施工具有一定的指导意义。本文考虑了地下因素的影响,实验条件更加接近原地层条件,所得变量的实用性更强,为泥岩地层的水化损伤评价提供了一种新方法,此变量对于泥岩地层的井壁稳定性评价具有重要意义。更多还原