深层脆性页岩力学性能及井壁稳定性研究

发布时间：2021-06-27 07:04

　　四川盆地中部龙马溪组页岩地层硬度高、脆性强,钻井过程中井壁坍塌严重,阻卡频发。为解决钻井过程中井壁坍塌问题,测试了以四川盆地自201井为代表的深层页岩微细观组构、水理化性能及力学性能参数各向异性特征,并考虑井眼轨迹、层理缝产状、井筒-地层耦合渗流效应、层理缝力学弱面效应等因素,建立了深层脆性页岩水平井井壁稳定理论模型。实验结果表明:深层页岩脆性矿物含量高达70%,水化膨胀性极低,页岩基质力学强度高,但层理缝间强度低,页岩容易沿层理缝滑移崩落。模型计算结果表明:层理缝力学弱面效应影响明显,当井眼轨迹与层理缝面法向之间夹角满足一定角度,井壁倾向沿层理缝剪切滑移垮塌;井筒-地层间渗流效应不可忽略,压力穿透效应降低钻井液的有效径向支撑力,诱发层理缝起裂、延伸至崩落,合理的钻井液密度及有效封堵性可提高深层页岩水平井井壁稳定性。研究成果揭示了深层脆性页岩井壁坍塌作用机理,可为深层脆性页岩水平井关键工程参数设计提供理论依据。 

【文章来源】：特种油气藏. 2020,27(05)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

自201井龙马溪组页岩岩心

破碎岩样微观结构

当裂缝倾向为90°、倾角为30°时，井眼轨迹对坍塌压力当量密度的影响如图5所示。由图5可知，井眼方位角为270°时，井壁坍塌压力当量密度最大值在4个情况下最小。由图5b可知，井斜角为0～30°时，井壁坍塌压力当量密度最小。当井斜角为30～90°，方位角为30～150°和210～330°时，井壁的坍塌压力当量密度高达1.790 g/cm3以上，井壁处于易坍塌状态，不利于造斜段以及水平井的井壁稳定。坍塌压力当量密度增大的主要原因:该层段岩石破碎导致近井壁地带钻井液渗流能力增大，压力穿透破碎地带，孔隙压力增大，同时，起下钻过程中井筒孔隙压力瞬间减小，形成异常低压，导致井壁岩石崩落，井筒形成卡钻。图4 不同井斜角、方位角与坍塌压力当量密度的关系

【参考文献】：
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本文编号：3252375