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层理性页岩变形机理及力学特性研究

地下空间与工程学报 2023年第S1期19卷 174-180页

作者：刘厚彬孙航瑞崔帅王帅杜爽西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610500

为研究威荣区块龙马溪组页岩由于自身变形及力学强度变化对井壁稳定性的影响,开展了页岩被钻井液浸泡前后的微观组构、理化性能动态变化及力学实验测试,明确了页岩的变形机理和影响井壁失稳的主要因素。结果表明:威荣区块龙马溪组页岩... 详细信息

为研究威荣区块龙马溪组页岩由于自身变形及力学强度变化对井壁稳定性的影响,开展了页岩被钻井液浸泡前后的微观组构、理化性能动态变化及力学实验测试,明确了页岩的变形机理和影响井壁失稳的主要因素。结果表明:威荣区块龙马溪组页岩脆性矿物含量高,水化膨胀能力弱;龙马溪组页岩层理缝较为发育,受力学弱面效应影响明显,页岩力学强度的各向异性特征明显;常温常压环境浸泡下,水基钻井液相对比油基钻井液更易使页岩发生水化膨胀及变形,然而在循环加载压力的实验条件下两者对页岩的水化膨胀性能影响程度相近;钻井液浸泡效应对龙马溪组层理性页岩力学强度影响明显,不同层理角度的页岩在钻井液浸泡后力学强度降低的程度各有不同。

关键词：页岩层理理化性能力学性能井壁稳定

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四川盆地蓬莱气区地层压力纵向分布规律

大庆石油地质与开发 2023年第2期42卷 59-67页

作者：范宇于兴川郭建华刘森刘厚彬中国石油西南油气田公司工程技术研究院四川成都610031 西南石油大学石油与天然气工程学院四川成都610500 油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500

针对四川盆地蓬莱气区超深井地层压力系统纵向展布不清晰、溢漏复杂频发等问题,综合运用理论研究与工程地质信息分析方法,剖析蓬莱气区不同岩性地层异常高压形成机制,建立科学合理的蓬莱气区砂泥岩与碳酸盐岩地层异常高压预测模型,并以... 详细信息

针对四川盆地蓬莱气区超深井地层压力系统纵向展布不清晰、溢漏复杂频发等问题,综合运用理论研究与工程地质信息分析方法,剖析蓬莱气区不同岩性地层异常高压形成机制,建立科学合理的蓬莱气区砂泥岩与碳酸盐岩地层异常高压预测模型,并以现场溢漏信息与地层压力实测数据为参考,构建蓬莱气区全井段地层压力纵向展布剖面。结果表明:蓬莱气区发育有多套地层压力系统,不同岩性地层异常高压形成机制不同,应分层分段科学选择地层压力预测模型;蓬莱气区陆相砂泥岩地层多为异常高压地层,建议选用声波时差方法与Eaton方法进行地层压力预测,海相碳酸盐岩地层异常高压形成机制有别于陆相地层,采用Eaton方法与Fillippone方法预测结果最佳;蓬莱气区发育有多套异常高压地层,地表至沙溪庙组中上部地层为正常压力系统,沙溪庙组下部至灯影组顶部存在多套异常高压,灯影组地层为正常压力。建立蓬莱气区全井段地层压力预测模型,明确全井段地层压力纵向变化规律,研究成果为蓬莱气区超深井井身结构优化设计与关键工程参数设计提供科学依据。

关键词：蓬莱气区地层压力异常高压压力预测 Eaton法

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济阳坳陷油页岩力学性能特征实验

特种油气藏 2023年第5期30卷 144-150页

作者：王爱民王发明贺文卿王帅刘厚彬中国石化胜利油田分公司山东东营257000 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500

济阳坳陷页岩油勘探开发成效显著,但大斜度水平井井壁垮塌异常突出,多次引发井下阻卡,甚至埋钻事故。针对上述问题,通过岩石力学室内系列实验研究油页岩力学性能与崩塌破坏规律,剖析油页岩水平井井壁失稳机理与主控因素。研究表明:油页... 详细信息

济阳坳陷页岩油勘探开发成效显著,但大斜度水平井井壁垮塌异常突出,多次引发井下阻卡,甚至埋钻事故。针对上述问题,通过岩石力学室内系列实验研究油页岩力学性能与崩塌破坏规律,剖析油页岩水平井井壁失稳机理与主控因素。研究表明:油页岩岩体裂缝极为发育,主要为近平行低角度层理缝,伴有高角度交叉缝,岩体破碎程度高;油页岩力学参数各向异性特征明显,当井壁最大主应力与层理缝垂直时,井壁整体力学强度最大,随着井壁最大主应力与层理缝面夹角减小,井壁力学强度呈减小趋势,当夹角为60°左右时力学强度最低,井壁稳定性最差;济阳坳陷油页岩整体力学强度低,井下应力环境下抗压强度最大值为165 MPa,最低仅为52 MPa;油页岩岩体破坏方式存在差异,当井壁最大主应力与层理缝面夹角较小时,以沿层理缝间剪切滑移破坏为主,反之为油页岩基岩剪切破坏。济阳坳陷油页岩井壁失稳作用机理研究成果可为油页岩大斜度水平井井壁稳定性预测及工程参数优化设计提供支撑。

关键词：济阳坳陷油页岩力学强度各向异性钻井液浸泡作用

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泥页岩井壁稳定性研究

泥页岩井壁稳定性研究

作者：刘厚彬西南石油大学

学位级别：硕士

泥页岩井壁稳定性研究一直是国内外钻井界十分关注而未能很好解决的工程难题，是目前制约我国油气田勘探开发速度的重要因素之一。泥页岩水化问题在研究井壁稳定过程中扮演着极其重要的角色，是绝大数井壁失稳的真正原因。因此深入研究... 详细信息

泥页岩井壁稳定性研究一直是国内外钻井界十分关注而未能很好解决的工程难题，是目前制约我国油气田勘探开发速度的重要因素之一。泥页岩水化问题在研究井壁稳定过程中扮演着极其重要的角色，是绝大数井壁失稳的真正原因。因此深入研究泥页岩水化机理，并探索有效抑制泥页岩水化的方法具有极其重要的意义。本论文的主要目的是对泥页岩井壁稳定性进行分析研究，尤其是水基钻井液与泥页岩地层接触后，水力势差、化学势差和温度差对井壁稳定性的影响。通过分析研究本论文的主要取得的研究成果包括以下几方面：①首先从泥页岩的组成及物理性质出发，系统分析了泥页岩水化的内在原因;②利用测井方法确定地层孔隙压力大小和水平主应力大小及方向;③利用试验方法和测井资料确定岩石弹性力学参数，用热扩散模型模拟吸附水扩散，结合质量守恒方程研究了井眼周围岩石吸附含水量的分布状况，并根据岩石力学参数与岩石含水量间的关系，研究了泥页岩水化对泥页岩岩石力学参数的影响;④研究了斜井井眼周围岩石应力分布情况，并建立数学模型进行泥页岩井壁纯力学稳定性分析;⑤利用非理想半渗透膜模型结合连续方程研究了溶质(离子)和溶剂(水分子)在压力势差和化学势差的驱动下，在钻进液与地层间的耦合流动，研究了井壁周围岩石孔隙流体溶质浓度、孔隙压力变化及分布情况，定量分析了溶质和溶剂的耦合流动对岩石应力分量的影响，并对泥页岩井壁稳定性进行力学化学耦合分析研究;⑥定量分析了钻井液与地层间温度差异对泥页岩井壁稳定性的影响。

关键词：泥页岩水化井壁稳定水化应力半渗透膜力学化学耦合

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深层脆性页岩井钻井液漏失机理及主控因素

特种油气藏 2022年第3期29卷 162-169页

作者：李文哲于兴川赖燕刘厚彬文雯张震吴申尭四川长宁天然气开发有限责任公司四川成都610051 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500 西南石油大学四川成都610500 中国石油长庆油田分公司陕西榆林719000 中国石油西南油气田分公司四川成都610051

四川长宁区块页岩气资源丰富,但在水平井钻井中钻井液漏失问题突出,制约了长宁区块页岩气资源勘探开发进程。基于单井测井数据与地震解释数据,建立了长宁区块页岩气地层裂缝、地应力及地层压力展布模型,研究了三者与钻井液漏失情况的响... 详细信息

四川长宁区块页岩气资源丰富,但在水平井钻井中钻井液漏失问题突出,制约了长宁区块页岩气资源勘探开发进程。基于单井测井数据与地震解释数据,建立了长宁区块页岩气地层裂缝、地应力及地层压力展布模型,研究了三者与钻井液漏失情况的响应关系。结果表明:长宁区块构造背斜高部位裂缝密度大,地层埋藏浅地应力小,闭合裂缝的开启临界压力与裂缝延伸临界压力都较小,地层孔隙压力低,钻井液漏失情况严重;构造向斜低部位裂缝密度相对于构造高部位小,地层埋藏较深地应力大,闭合裂缝的开启临界压力与裂缝延伸临界压力都较大,地层孔隙压力高,钻井液漏失情况不突出。长宁区块断层裂缝发育,钻井液漏失主要为压差性漏失和闭合裂缝扩展性漏失。研究结果揭示了长宁区块深层页岩钻井液漏失机理,明确了其主要影响因素,可为长宁区块页岩储层防漏及效益化开发提供科学依据。

关键词：钻井液漏失裂缝地应力地层压力页岩主控因素

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石墨烯的合成及复合材料电化学性能研究

石墨烯的合成及复合材料电化学性能研究

作者：刘厚彬天津大学

学位级别：硕士

石墨烯由于具有独特的物理性能和优越的电化学性能,如电子输运-零质量的狄拉克-费米子行为,量子霍尔效应,最小电导率,优良的导电性能等诸多优点,已经成为现在研究的热点。石墨烯的制备方法包括微机械剥离法、石墨插层法、氧化石墨还原... 详细信息

石墨烯由于具有独特的物理性能和优越的电化学性能,如电子输运-零质量的狄拉克-费米子行为,量子霍尔效应,最小电导率,优良的导电性能等诸多优点,已经成为现在研究的热点。石墨烯的制备方法包括微机械剥离法、石墨插层法、氧化石墨还原和化学气相沉积。通过三种方法制备了石墨烯：利用氧化石墨还原法制备石墨烯,通过FTIR、 XRD、XPS、HR-TEM、循环伏安以及恒流充放电分析等对其进行表征;利用氧化石墨经过LiAlH4还原后,除去氧化石墨中大部分的含氧基团,再经过与PBr3反应,可以使其含氧基团被进一步消除得到石墨烯,通过FTIR、HR-TEM、恒流充放电分析表明制备的石墨烯具有良好的电化学性能,在100mAh·g-1的电流密度下,首次放电比容量为1029.4mAh·g-1,充电比容量为855.1mAh·g-1,并且容易操作,合成简单;首次利用芳香卤代烃(AHH)发生偶联反应合成石墨烯,并通过FTIR、Raman、SEM、XPS及HR-TEM对制得的产品进行表征,证明了用芳香卤代烃合成石墨烯的可行性。近年来,锂离子电池因其优异的性能,具有能量密度大、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点,发展十分迅速,广泛应用于家电产品。锂硫二次电池因为具有高的比容量,是现在锂离子电池研究的热点之一。单质硫的理论比容量是已知锂离子电池正极材料中最高的。硫具有廉价易得,对环境友好,本文主要用低温回流、高压反应、气相沉积和对石墨烯／硫球磨4种方法对石墨烯/硫进行复合制备锂离子电池正极材料。

关键词：石墨烯芳香卤代烃锂硫电池正极材料

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华北ND1区块气体钻井地层适应性评价

天然气工业 2013年第5期33卷 86-91页

作者：孟英峰严俊涛沈华李皋刘厚彬 "油气藏地质及开发工程"国家重点实验室.西南石油大学中国石油华北油田公司

华北地区ND1区块ND101井中深部古近系沙河街组首次采用气体钻井提速,因井壁失稳、地层流体产出及井下燃爆等一系列的难点,严重阻碍了该区块气体钻井的实施。为此,基于气体钻井理论并与现场实践相结合,建立了一套有效的气体钻井适应性评... 详细信息

华北地区ND1区块ND101井中深部古近系沙河街组首次采用气体钻井提速,因井壁失稳、地层流体产出及井下燃爆等一系列的难点,严重阻碍了该区块气体钻井的实施。为此,基于气体钻井理论并与现场实践相结合,建立了一套有效的气体钻井适应性评价分析体系,包括气体钻地层井壁稳定评价和产出地层流体影响评价。通过评价产出地层流体对气体钻井壁坍塌、井下燃爆的影响,得到了3个方面重要认识:①快速产出的储层气体降低了近井壁地层孔隙压力,对气体钻井壁稳定更有利,因而,适当提高注气量可保障沙河街组氮气钻井有效进行;②修正的气体钻井井壁稳定分析模型提高了地层产水条件下坍塌压力当量密度预测的精度,可作为合理筛选该地区中下部地层气体钻井井段的依据;③采用邻井测井资料估算地层出水量并计算不同产水量下立管压力的方法,可确定维持气体钻井在一定湿度范围内的相应注气量参数,实钻中可根据立管压力、排砂管线湿度变化判断井下地层出水、出油及井壁干燥情况,及时调整或改变钻井措施。

关键词：气体钻井适应性评价地层流体产出井壁稳定井下燃爆冲蚀腐蚀随钻监测华北地区古近纪

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深层脆性页岩力学性能及破坏规律实验研究

地下空间与工程学报 2019年第S2期15卷 604-608页

作者：刘厚彬余安然范宇崔帅刘腾西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室中国石化西南油气分公司工程技术研究院

对川南埋深3 762.3～3 849 m页岩进行实验研究,通过岩体矿物组分测试、微观结构CT扫描分析、以及设计0°、30°、60°和90°等4种层理角度深层页岩的三轴压缩试验,总结深层脆性页岩破坏规律,进而深入认识脆性页岩力学性质及其变形特征,... 详细信息

对川南埋深3 762.3～3 849 m页岩进行实验研究,通过岩体矿物组分测试、微观结构CT扫描分析、以及设计0°、30°、60°和90°等4种层理角度深层页岩的三轴压缩试验,总结深层脆性页岩破坏规律,进而深入认识脆性页岩力学性质及其变形特征,为川东南地区后续的页岩层段高效钻进提供理论支撑。研究结果表明:该层段页岩含有大量石英和白云石,脆性矿物含量高,蒙脱石等膨胀性黏土组分含量极低;深层页岩十分致密,力学强度高,层理弱面和基质体分布及层理间的胶结作用使得岩体力学各向异性特征明显;单剪切滑移破坏和共轭剪切拉伸破坏为该地区深层页岩的主要破裂形式。三轴压缩时,0°和90°试样易发生沿着层理的张拉劈裂和穿越基质剪切破坏,30°和60°岩样易沿着层理发生剪切滑移破坏。

关键词：深层页岩力学特征各向异性破坏规律

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氮气钻井井底岩爆机理及动态过程演化

天然气工业 2019年第7期39卷 99-105页

作者：罗成波孟英峰李皋刘厚彬杨旭林楠 “油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学中国石油西部钻探工程公司巴州钻井公司

氮气钻井钻遇致密砂岩裂缝圈闭高压导致井底岩爆是QL1井恶性井喷事故的根本原因,针对岩爆机理进行系统分析并形成正确的认识是恢复气体钻井技术良性发展的紧迫需要。为此,通过分析井底岩石性质、计算井底岩石裂缝面应力,利用常规井壁失... 详细信息

氮气钻井钻遇致密砂岩裂缝圈闭高压导致井底岩爆是QL1井恶性井喷事故的根本原因,针对岩爆机理进行系统分析并形成正确的认识是恢复气体钻井技术良性发展的紧迫需要。为此,通过分析井底岩石性质、计算井底岩石裂缝面应力,利用常规井壁失稳分析方法研究井底岩爆机理;在此基础上,借助Visual Basic语言和Matlab软件编程,进行了岩爆的动态演化模拟,分析判断QL1井录井监测参数的异常变化。研究结果表明:当井底逐渐接近裂缝圈闭高压的过程中,裂缝面周向应力和径向应力差值逐渐增大,主应力之间的差值所引起的剪应力的增长使裂缝面产生压剪破坏以及压剪和拉伸复合破坏模式,直至破坏区连通井筒,高压气体携带大量碎屑喷入井内,释放大量能量,产生井底岩爆,上顶压缩钻具。结论认为,该研究成果系统地解释了QL1井录井监测参数的异常变化,其分析方法可以为井底岩爆的防治提供理论基础。

关键词：氮气钻井有效应力缝圈闭高压弹塑性井底应力井底岩爆