非常规天然气井纳米钻井液离散元流固耦合及井壁稳定机理-出版社

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非常规天然气井纳米钻井液离散元流固耦合及井壁稳定机理

作者：杨现禹等主编

定价：58.00

ISBN：978-7-5625-6161-3

出版日期：2025-04-01

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本书主要介绍了页岩气、煤层气等非常规天然气水平井钻井开发现状、纳米颗粒堆积封堵数值模拟等内容，总结了非常规天然气水平井基本信息、矿物成分、钻遇地层所遇问题，掌握了目前国内外页岩气水平井所应用的钻井液配方，探究了岩石矿物组成成分及其形貌特征，分析了纳米材料封堵岩石孔隙机理。同时，研究不同温度下纳米材料的类型、存在状态、粒径大小和浓度等因素对盐水基钻井液性能的影响规律，掌握了盐水和纳米材料复配对于井壁稳定性的影响。并通过室内实验，提出由纳米材料、盐类、降滤失剂、润滑剂和增粘剂等组成的页岩气、煤层气水平井盐水基钻井液的环保型配方

第 1章 非常规天然气井壁稳定与钻井液 （ 1）

1. 1 概述 （ 1）

1. 2 泥页岩及煤岩特征 （ 2）

1. 2. 1 泥页岩水化特征 （ 2）

1. 2. 2 泥页岩纳米级孔隙特征 （ 4）

1. 2. 3 煤岩储层和孔隙特征 （ 6）

1. 3 页岩井壁稳定性 （ 7）

1. 3. 1 页岩井壁稳定模型 （ 7）

1. 3. 2 页岩井壁失稳的解决方案 （ 8）

1. 4 煤层气井壁稳定性 （9）

1. 4. 1 煤层气井壁稳定模型 （10）

1. 4. 2 煤层气井壁失稳的解决方案 （10）

1. 5 钻井液化学抑制维持井壁稳定现状 （11）

1. 5. 1 国外页岩气水平井钻井液技术 （12）

1. 5. 2 国内页岩气水平井钻井液技术 （13）

1. 5. 3 盐水基钻井液技术 （15）

1. 6 纳米材料物理封堵维持井壁稳定现状 （15）

1. 6. 1 纳米 sio2 的作用机理 （16）

1. 6. 2 纳米 sio2 配伍性及稳定性 （17）

1. 6. 3 纳米颗粒封堵页岩孔隙现状 （18）

第 2章 页岩 、煤岩物性特征和纳米材料封堵性能评价 （20）

2. 1 页岩物性特征 （20）

2. 1. 1 页岩矿物成分分析 （21）

2. 1. 2 页岩形貌分析 （21）

2. 2 煤岩物性特征 （23）

2. 2. 1 煤岩矿物成分分析 （23）

2. 2. 2 煤岩形貌分析 （23）

2. 3 纳米材料筛选和封堵测试评价 （24）

2. 3. 1 纳米材料筛选 （24）

2. 3. 2 纳米材料制备 （25）

2. 3. 3 纳米材料封堵页岩孔隙评价 （28）

第 3章 纳米材料封堵岩石微纳米孔隙的数值模拟 （32）

3. 1 颗粒封堵和堆积理论基础 （32）

3. 1. 1 DEM 简介 （32）

3. 1. 2 颗粒碰撞模型 （34）

3. 1. 3 颗粒之间非接触力模型 （35）

3. 1. 4 粒子 流体相互作用力模型 （36）

3. 1. 5 颗粒在流体中流动模型 （36）

3. 2 纳米材料封堵模拟简介 （37）

3. 3 颗粒堆积模型及其参数设置 （38）

3. 3. 1 流体及颗粒运动本构模型 （38）

3. 3. 2 模型尺寸 、物理特性 、网格及碰撞属性 （41）

3. 4 封堵效率影响规律研究 （42）

3. 4. 1 重力对颗粒封堵孔隙效率的影响 （45）

3. 4. 2 颗粒拖挟力对封堵孔隙效率的影响及其 UDF模型 （45）

3. 4. 3 颗粒与出 口 尺寸比率对封堵效率的影响 （46）

3. 4. 4 颗粒入口速度对封堵效率的影响 （47）

3. 4. 5 颗粒浓度对封堵效率的影响 （47）

3. 4. 6 颗粒释放模型对封堵效率的影响 （48）

3. 4. 7 颗粒密度对封堵效率的影响 （49）

3. 4. 8 颗粒旋转对封堵效率的影响 （49）

3. 4. 9 颗粒形状对封堵效率的影响 （49）

3. 4. 10 颗粒粗糙度和孔隙粗糙度对封堵效率的影响 （51）

3. 4. 11 孔道曲折度对模型效率的影响 （52）

3. 5 实验验证 （53）

3. 5. 1 纳米颗粒浓度实验验证 （53）

3. 5. 2 纳米颗粒尺寸实验验证 （54）

3. 5. 3 SEM 测试 （55）

第 4章 盐溶液影响页岩渗流过程 、膜效率和润湿性研究 （56）

4. 1 实验材料及仪器 （56）

4. 2 盐溶液对人造页岩渗流过程的影响规律 （56）

4. 2. 1 渗流过程测试理论基础 （57）

4. 2. 2 渗流过程实验程序及方法 （58）

4. 2. 3 人工 页岩渗流过程数据分析 （59）

4. 3 盐溶液对页岩渗流过程的影响规律 （63）

4. 3. 1 渗流过程实验结果 （63）

4. 3. 2 龙马溪组页岩渗流过程数据分析 （72）

4. 4 盐溶液对含页岩膜效率的影响规律 （74）

4. 4. 1 测试原理 （74）

4. 4. 2 实验程序及方法 （75）

4. 4. 3 实验数据 （75）

4. 4. 4 膜效率数据分析 （76）

4. 5 盐溶液对页岩接触角的影响规律 （77）

4. 5. 1 实验方法 （77）

4. 5. 2 实验数据 （77）

4. 5. 3 接触角数据分析 （79）

第 5章 增强井壁稳定性的纳米盐水基钻井液体系 （81）

5. 1 实验方法 （81）

5. 1. 1 基于纳米材料物理封堵和盐溶液化学抑制的协同方法 （81）

5. 1. 2 实验材料 、实验仪器和评价方法 （83）

5. 2 基于纳米颗粒的盐水基钻井液体系实验数据 （84）

5. 2. 1 高性能盐水基钻井液体系配方 （84）

5. 2. 2 基础性能测试 （84）

5. 2. 3 水活度及润滑性评价 （86）

5. 2. 4 流体流型分析 （87）

5. 2. 5 抑制性评价 （87）

5. 2. 6 润湿性评价 （89）

5. 2. 7 环保性评价 （89）

5. 2. 8 井壁稳定性性能评价 （92）

参考文献 （93）

中国地质大学（武汉）工程学院勘察与基础工程系教师。加拿大卡尔加里大学联合培养博士，研究方向：井壁稳定（钻井液）；CFD流固耦合模拟；智能纳米磁性双面人颗粒；发表学术论文十余篇。

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