焦石坝页岩气储层水平井井壁失稳机理
钻井井壁失稳的原因分析及预防处理探讨
井壁稳定主要是井眼受到地质的因素、钻井作业的因素以及泥页岩和泥浆的不稳定因素等方面影响而出现的井壁失稳现象。
钻井过程进行的是复杂的地下工程，很多问题不能完全预估，对地下情况的分析并不是完整、系统的，研究人员一直致力于分析井壁的稳定机理，争取在稳定井壁的技术上获得新的突破，减少钻井事故的发生。
1 钻井井壁失稳问题的研究现状1.1 国外研究现状分析国外研究人员为解决井壁失稳的问题，早在本世纪40年代就提出将井壁从化学和力学两个角度分开研究，在理论方面进行定性的分析。
现场研究人员根据测井的相关资料从应用的角度提出稳固井壁的一些方法，70年代利用测井的数据来分析力学问题，井眼力学、岩石力学和测井力学稳定性等技术逐渐开发出来。
80年代以后，水平井和大位移井应用发展，对井壁稳定性的研究逐渐进入到定量化，并进行的现场应用。
1.2 国内研究现状分析 我国在钻井井壁稳定方面的研究比国外要晚，80年代初主要通过岩石力学分析地层蠕变对套管造成的破坏问题，直到90年代才在井壁稳固方面有所研究。
黄荣樽等人分析了水平井井壁力学和大斜度井的井壁受力情况，并建立相应的模型，计算井壁渗透性造成的坍塌压力。
之后石油大学岩石力学研究人员又研究了泥页岩的井壁坍塌力学问题。
还有学者根据损伤力学的理论建立硬脆性泥页岩的本构方程；在实验的基础上，用固体力学的方式建立膨胀性泥页岩水化的本构方程。
逐渐研究出选择合适的钻井液密度来解决井壁稳定问题的新方法[1]。
2 造成井壁失稳的原因分析2.1 地质原因造成失稳除高压油气层以外，地层的构造是造成井壁失稳现象的一个主要原因。
受到原始地应力的影响，地壳运动导致地层之间产生构造应力，岩石受到挤压或拉伸力、剪切力的作用会产生断裂等现象，从而将能量释放出来，有时候构造应力的大小未能使岩石破裂，而是以潜能的形式隐藏在岩石结构之中，遇到一定的条件就会显现。
岩石自身性质差别，孔隙内的压力也各有不同，受温度和压力的影响，孔隙内会隐藏高压，如生油岩、泥页岩等，孔隙压力达到一定值时会产生高压气体，使岩石崩散。
井壁失稳机理分析及技术对策
1 井壁失稳机理分析(1)地应力 地壳运动时在地层的不同部位形成不同的构造应力，这些应力以潜能的方式存储在岩石内[1]。
在形成井眼时，钻井液液柱压力代替了被钻掉的岩石所提供的应力，井眼周围的应力将重新分配，当钻井液液柱压力不足以平衡地层的侧向力时，侧向力将向井眼内释放，造成地层剥落掉块或井壁垮塌。
(2)岩石本身性质 泥岩中，粘土矿物的含量一般为20%～30%，若黏土矿物以伊蒙混层为主，因一部分比另一部分水化能力强，易发生非均匀膨胀[2]，减弱了泥页岩的结构强度，实践证明，伊蒙混层是最不稳定的地层。
而在南堡4号构造东二、东三地层，粘土矿物的含量达到37%～48%。
(3)毛细管作用 泥岩在成岩过程中本就存在许多层理面和纹理，在构造力的作用下，泥岩很容易产生断裂而释放能量，从而形成更多微细裂纹，这些微细裂纹是良好的毛细管通道，很容易吸取泥浆滤液，这就为钻井过程中井壁垮塌提供更好的条件。
(4)渗透水化 当钻井液中的电解质浓度低于泥岩中电解质浓度时，泥浆中的水分子将向渗透地层中渗透[3]，渗透水化在泥岩内部进行，可以使蒙脱石的体积增加25倍，并形成很高的渗透压，对井壁造成很大的破坏。
2 南堡41-4568井失稳情况(1)基本情况 南堡41-4568三开钻进周期25.75天，裸眼段长2038.24米，原井眼于9月2日第一次电缆测井时在3100-3700米井段出现刮卡现象，通井后第二次测井出现同样问题，再次通井时下放至3170米遇阻，后经多次划眼无效后填眼侧钻。
(2)原因分析①本井三开裸眼井段较长，加之多次出现设备故障，增加了钻井液对井壁的浸泡时间。
原井眼在3280米反复划眼，表明东二段井眼已经发生井壁失稳。
②泥浆密度不能平衡地层坍塌压力，原井眼使用的泥浆密度为1.33g/cm ³，与后期新眼施工对比密度较低。
③钻井液性能。
含盐量：本井检测含盐量3.33%，根据研究及经验分析，钻井液中保持8%以上KCL 能够有效的保证井壁稳定，所以本井抑制性相对较差。
页岩井壁失稳机理分析及钻井液对策研究
第49卷第1期 当 代 化 工 Vol.49，No.1 2020年1月 Contemporary Chemical Industry January，2020基金项目：国家科技重大专项课题《涪陵页岩气水平井钻井液与固井技术研究》（项目编号：2016ZX05060-015）。
收稿日期：2019-03-30作者简介：刘喜亮(1984-)，男，辽宁省葫芦岛市人，中级工程师，2007年毕业于大庆石油学院应用化学专业，主要从事钻完井液技术的研究与应页岩井壁失稳机理分析及钻井液对策研究刘喜亮1，由福昌2，吴素珍2，严锐2，邓聪2（1. 中海油田服务股份有限公司，广东 湛江 524057； 2. 荆州嘉华科技有限公司，湖北 荆州 434023）摘 要：页岩气开发主要以大位移井、水平井为主，由于页岩地层裂缝与层理发育、水敏性强，在长水平段钻井过程中极易发生页岩脱落掉块、垮塌和缩径等井壁失稳问题，同时还存在携岩困难、摩阻大及井眼轨迹难以控制等一系列难题。
在对页岩岩性评价和页岩井壁失稳机理分析的基础上，探索出了适合于页岩气开发，保持井眼稳定的页岩气钻井技术，该技术一方面主要是对页岩表面微裂缝进行有效的封堵，另一方面主要是对页岩表面易分散和膨胀性黏土矿物进行有效抑制。
关 键 词：页岩气；水平井；失稳；井眼稳定；封堵；抑制中图分类号：TE 254 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2020）01-0129-05Mechanism Analysis of Shale Wellbore Instabilityand Drilling Fluid CountermeasuresLIU Xi-liang 1, YOU Fu-chang 2, WU Su-zhen 2, YAN Rui 2, DENG Cong 2（1. China Oilfield Services Co., Ltd., Guangdong Zhanjiang 430100, China;2. Jingzhou Jiahua Technology Co., Ltd., Hubei Jingzhou 434023, China ）Abstract : Shale gas development mainly uses large displacement wells and horizontal wells. Due to shale formation and bedding development, the water sensitivity is strong, and shale falling off, collapse and other problems easy happen in the long horizontal drilling process. Based on the evaluation of shale lithology and analysis on the instability mechanism of shale shaft wall, a shale gas drilling technology suitable for shale gas development and maintaining wellbore stability was developed. The micro-cracks on the surface of the rock can be effectively blocked by using the technology, on the other hand, clay minerals that are easy to disperse and expand can be effectively suppressed. Key words : Shale gas; Horizontal well; Instability; Wellbore stability; Seal; Suppression页岩气通常具有储量大，生产周期长等特点，针对页岩气的成藏特征，页岩气钻井多以采用大位移水平井的钻井方式为主。
页岩气钻井井壁失稳机理试验与理论模型探索
摘
要 目前 ， 威 远一 长 宁构造 页岩 气钻 井最 引人 关注 的工程难 点之一是井壁 失稳 问题 ， 而作 为主要产 气层 的龙马溪页岩地 层
更是频繁发生严重的井壁坍塌事故。基于室 内实验分析 了多个地方龙马溪 页岩 露头 的矿 物组分 、 微 观特征 等性质 ， 并结合层 状 弱面体理论一 带 弱面 的 Ｍｏ ｈ ｒ — Ｃ ｏ ｕ ｌ ｏ ｍ ｂ准 则一 对比分析 了层理弱面对两类 页岩露 头强度 的影响。在 此基础 上， 还 简单讨论 了页岩倾角为 ０时 ， 层理对 页岩直 井和水平 井的井壁稳定 性的影响及 井眼破坏 形式。
类油 基钻 井液 ， 页岩 井 壁 坍 塌机 理 研 究 转 移 到 页岩 本身微 观 特 征 和 层 理 构 造 上来 Ｊ ， 认 为微 裂 缝 、 层
理弱 面 以及 层 理 问渗 透 是 引起 页岩 气 井 井 壁 稳 定
菱铁矿薄层 、 条带或透镜体 ， 反映总体处在还原一 弱
还原 环境 。 。 。
昭通李家湾 、 四川长 宁双河镇 等地均有 出露 ， 岩性
上 有所 差异 ， 为 巨厚 龙 马溪 页岩 主力 产 层 不 同 亚层 段 出露 位置 。
第一作 简 介 ： 任
。
铭（ １ ９ ８ ８ 一） ， 男 。硕 ｆ ＝ 。研 究方 向 ： 油 气 井丁
Ｅ－ ｍａ ｉ ｌ ： ３ ５ ７ ２ ４１ ２ ７ ０＠ ｑ ｑ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
⑥
２ ０ １ ３ Ｓ ｃ ｉ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
石 油 技 术
页 岩气 钻 井 井 壁 失稳 机 理 试 验 与理论模 型探 索
任 铭 ’ 汪海阁 邹灵战 冯晓炜 李 洪
页岩气产层漏失井固井难点及技术措施
1 漏失情况1.1 裂缝/断裂漏失焦石坝地区产层龙马溪组、五峰组，页岩层理发育，构造裂缝发育，地层疏松，漏点多，漏失情况复杂，地层承压能力薄弱，地层破裂压为1.41~1.45g/cm3。
因此，裂缝发育段及靠近大断裂附近极易漏失。
1.2 堵漏措施不足目前工区三开钻进采用油基钻井液，钻进过程中裂缝发育处漏失速度大，很难进行封堵。
钻进过程中形成的滤饼不致密，堵漏材料也无法滞留在裂缝中。
只能通过降低排量，降低循环压耗和泥浆密度，在泥浆中加入细颗粒随钻堵漏材料，加强随钻封堵能力。
无效堵漏严重制约着固井措施的实施，同时由于堵漏进行的钻井液处理造成钻井液性能差，冲洗和顶替效率不高造成固井质量变差。
2 固井难点1）地层承压能力低，无法使用常规密度水泥浆进行封固。
2）水平段长，目前已由最初的1000~1200m加大为1300-1500m，垂深的加深也加大了对井底的压力，长井段大排量循环会造成泵压过高，易压漏地层。
3）顶替效率难以提高。
4）油基钻井液在堵漏过程中经过处理后，固含增大、粘度升高、动切力大，冲洗效果难以保证。
5）对水泥浆性能要求高，低密度要求良好的沉降稳定性。
固井施工发现，低密度水泥浆在候凝过程中会在环空沉降出现200~400的胶结不良井段。
6）后期压裂作用要求水泥石具有良好的弹韧性和胶结强度。
7）套管下入过程中由于扶正器的刮擦及激动压力的影响容易造成井底已堵漏成功的井段重新出现漏失。
8）由于漏失的存在，压稳存在难度，增加过大的回压，有在固井结束后重新压漏地层的风险。
3 技术措施3.1 提升地层承压能力针对漏失后堵漏成功的井，固井之前采用动态和静态承压抬高地层承压能力，为固井施工提供依据。
通过漏失前后的钻井液密度计算漏失压力，根据固井时管外浆柱结构计算所需提承压能力；通井时以固井施工排量计算的环空返速为基准大排量循环，求取漏失量和漏失速率。
3.2 钻井液固井前的处理为了防止漏失，下套管过程中维持原井浆性能不变。
钻井井壁失稳思考
(12三、)井壁失稳的处理
4、井壁失稳后的处理措施：
① 选择合适的钻具结构和钻头类型（松软地层、硬地层）； ② 选择合适的划眼畅通井眼措施（松软地层、硬地层）； ③ 软地层防出新眼的划眼方式（“冲、通、划”、“拨放点划”）； ④ 划出新眼时的处理； ⑤ 硬地层划眼注意事项（防蹩钻）； ⑥ 严重阻卡时的应急处理； ⑦ 稠浆“封井”或“段塞携带”注意事项等。
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(三)12井、壁井失壁稳失的稳分的析处及理处理
3、硬脆性地层防塌体会
（１）硬脆性地层坍塌机理； （２）防塌思路； （３）防塌措施：
① 强化“吸附”泥饼和迅速“充填裂纹”的概念，重视膨润土含量； ② 强化“沉积”泥饼的概念，“高粘切”改变流型，促进“层流”护壁； ③ 借助油性润滑剂改变井壁润湿特性； ④ 研究地层沉积环境，改进钻井液液相性质（矿化度）； ⑤ 定期用“稠浆”封井，确保起下钻顺利，减少“拨动”效应； ⑥ 控制起、下钻速度和钻柱旋转速度，减少对井壁碰撞等。
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(四)岩盐、高压盐水层的处理
① 选择合适的钻井液体系； ② 适当提高钻井液密度； ③ 根据蠕变速率确定施工工艺；
④ 简化底部钻具组合； ⑤ 采取“少钻多划”的方式； ⑥ 采用扩眼和随钻扩眼措施； ⑦ 防止套管挤毁变形； ⑧ 高压盐水层喷、漏同存时施工注意事项等。
根据温度、压力确定 钻井液密度示意图
(三)井壁失稳的分析及处理
１、防塌的常规做法
（抑制、物理、携带、稳定）
（1）浅层流砂、松散地层
（物理：稠膨润土浆护壁，携带，“悬浮”）
（2）易水化膨胀泥岩地层
（抑制：抑制水化；物理：利用微扩眼器、射流、返 速、低粘切泥浆扩径）
（3）易剥蚀垮塌页岩地层
（物理＋抑制：封堵防塌、抑制防塌）
钻井中井壁不稳定因素浅析
钻井中井壁不稳定因素浅析摘要：钻进生产中井壁失稳最为常见，机理复杂，难于预防。
对井壁失稳机理重新认识，为井壁稳定技术对策提供依据。
关键词：井壁不稳定；水化膨胀；坍塌压力井壁不稳定是指钻井或完井过程中的井壁坍塌、缩径、地层压裂三种基本类型，是影响井下安全的主要因素之一。
一、井壁不稳定地层的特征钻井过程中所钻遇的地层，如泥页岩、砂质或粉砂质泥岩、流砂、砂岩、泥质砂岩或粉砂岩、砾岩、煤层、岩浆岩、灰岩等均可能发生井壁不稳定。
但井塌大多发生在泥页岩地层中，约占90%以上。
缩径大多发生在蒙皂石含量高含水量大的浅层泥岩、盐膏层、含盐膏软泥岩、高渗透性砂岩或粉砂岩、沥青等类地层中。
二、坍塌地层的特征井塌可能发生在各种岩性、不同粘土矿物种类及含量的地层中；但严重井塌往往发生在具有下述特征的地层中：（1）层理裂隙发育或破碎的各种岩性地层；（2）孔隙压力异常泥页岩；（3）处于强地应力作用地区；（4）厚度大的泥岩层；（5）生油层；（6）成岩第一或第二脱水带；（7）倾角大易发生井斜的地层；（8）含水量高的泥岩或砂岩、粉砂岩等。
三、井壁不稳定实质是力学不稳定问题井壁不稳定根本原因是钻井液作用在地层的压力地层破裂压力，从而造成井壁岩石所受的应力超过岩石本身强度，引起井壁不稳定。
钻井液与地层所发生物理化学作用，最终均因造成地层坍塌压力增高和破裂压力降低，而引起井壁不稳定。
四、井壁失稳原因探讨1.力学因素地层被钻开之前，地下的岩石受到上覆压力、水平方向地应力和孔隙压力的作用下，处于应力平衡状态。
当井眼被钻开后，井内钻井液作用于井壁的压力取代了所钻岩层原先对井壁岩石的支撑，破坏了地层和原有应力平衡，引起井壁周围应力的重新分布；如井壁周围岩石所受应力超过岩石本身的强度而产生剪切破坏，对于脆性地层就会发生坍塌，井径扩大；而对于塑性地层，则发生塑性变形，造成缩径。
我们把井壁发生剪切破坏的临界井眼压力称为坍塌压力，此时的钻井液密度称为坍塌压力当量钻井液密度。
煤层气水平井井壁失稳机理及预防措施
本科毕业设计（论文）题目煤层气水平井井壁失稳机理及预防措施研究学生姓名学号教学院系石油工程学院专业年级石油工程2007级指导教师职称教授单位辅导教师职称单位完成日期2011 年 6 月Southwest Petroleum University Graduation ThesisMechanics of Wellbore Instability and Preventing Measures of Horizontal Well for Coalbed MethaneGrade: 2007Name:Speciality:Petroleum EngineeringInstructor: LI QianPetroleum Engineering College2011-6摘要井壁失稳问题是限制水平井在煤层气开发中大规模应用的最主要因素之一。
煤层割理和裂缝非常发育，机械强度低，因此在煤层中钻进时风险极高。
当使用清水做钻井液时井壁极易坍塌并造成井下钻具组合被埋。
特别是水平井，据报道截止2008年1月，沁水地区的水平井有32.65%发生了井壁坍塌。
井壁最容易发生破裂的位置在井壁被面割理和端割理切割处，本文依据已有的井壁应力分布模型推导出井壁任意位置的三向主应力以及最大主应力方向向量，再根据面割理和端割理的空间位置关系得出面割理和端割理的法向向量，计算出割理面法向与最大主应力的夹角，根据摩尔-库伦圆计算出井壁任意位置出现的面割理和端割理的有效正应力和切应力，进而判断面割理和端割理是否会发生剪切破坏。
依据面割理和端割理的有效正应力是否大于零判断其是否会张开即发生井壁破裂。
使用常规大位移井井壁稳定评价方法评价了煤岩基质的稳定性。
根据建立的煤层气水平井井壁稳定性评价模型编制出相应的计算机程序，用数值分析的方法分析各个地质因素以及工程因素对井壁稳定性的影响。
煤层气水平井井壁稳定性受多个因素的影响，要做好井壁稳定工作必须从地质选区、优化井身结构设计、使用合适的钻井液、选用合适的井下工具等方面共同努力。
浅析水平井井壁失稳原因分析及对策
浅析水平井井壁失稳原因分析及对策作者：黄智来源：《中小企业管理与科技·上中下旬刊》 2015年第6期黄智中油辽河油田公司钻采工艺研究院辽宁盘锦124010摘要院地层岩性为砂岩，且埋藏浅，因此不可能存在残余构造应力，应为正常压力地层，地层压力系数为0.98-1.01。
由于地层砂岩胶结疏松，区块亏空严重，地层压力低。
当钻井液压力高于地层压力的时候就会导致钻井液漏进，严重的会导致地层坍塌，给钻井和油井的后期开采带来困难，本文就水平井井壁失稳原因分析及对策进行一下粗浅的探讨。
关键词院辽河油田;水平井;井壁;失稳;欠平衡1 钻井液物理性质我们开采的陆地油田，多具有弱膨胀特性和低活性特征，我们通常不使用含有氯离子的无机盐来抑制地层水化膨胀，泥质成分伊蒙混层和高岭石的水化可以通过减少游离OH-浓度来减弱；由于后期开发的油田地层压力低、胶结疏松，必须控制好压井液进入地层，避免地层污染，对于这类地层首先封堵性的钻井液，控制钻井液进入地层的量。
在体系中添加封堵粒子，适当增加固相浓度，控制合理的固相级配，减少钻井液带来的污染和岩石骨架结构的影响。
在稠油开发的油藏，由于地层温度低，稠油不能流动。
稠油对岩石骨架起到很好的支撑作用。
随着稠油的开采和井底注入温度的升高，原有的平衡被破坏，削弱地层岩石强度和原有的胶结状况，我们通常以提高润滑性的作法来避免岩石骨架的破坏，采用加入足量胶体沥青。
稠油性质与胶体沥青基本相同，它能吸附在井壁上形成一层保护膜保护稠油不被溶解，能保持和提高井壁强度。
2 工程措施井浅地层欠压实,胶结强度低，加上水平井作业，井筒的激动压力不容忽视，必须保持井筒内液柱压力稳定。
工程措施是：保证低速、匀速起下钻，短提下、严禁速度突然增加。
泵速度控制均匀，每立柱起钻时灌泥浆一次。
迅速循环减少泥浆的停留时间，减少地层的污染。
3 失稳机理3.1 地质原因由于地层的压实作用，泥页岩的颗粒排列定向程度明显增加层理发育、微裂隙。
页岩储层水敏性及井壁失稳规律分析
页岩。页岩气储层 的岩性一 般是富含有 机质的低 孔一 特低渗暗色泥页岩 Ｊ 。以往 的井壁稳定性研究
的主要 方 向就是水 敏 性 页 岩 地 层 ， 而 页岩 气 储 层 是
散的现象并不明显（ 如图 １ 所示 ） ， 浸泡饱和盐水后
几 乎 不 分 散 。 与 之 对 比 鲜 明 的 是 常 规 盖 层 页
岩—— Ａ ｌ ａ ｓ ｋ ａ页岩 （ 如 图 ２所示 ） ， 浸 泡 自由水 后发
否也有水 敏性 ， 其井壁 失稳规 律 如何 尚无充 分研
２ ０ １ ３ 年７ 月 １ ７日 收到 重庆市重大科 技专项 （ Ｃ Ｑ Ｇ Ｔ — Ｋ Ｊ － ２ ０ １ ２ ）
和国家 自然科学基金 （ ５ １ １ ７ ４ ２ １ ９ ） 资助
脱石等黏土矿物 ， 在研究井壁稳定 的过程 中， 此类
页岩 的水 化 对 地 层 强 度 的影 响是 不 可 忽 略 的 。而
页岩储层是否还具有相 当的水敏性 ， 国外 学者 的调
查研 究认 为 ， 北美 地 区 不 同层 系 的页 岩 储层 水 敏 性 差 异较 大 。 学者 Ｓ ． Ｇ ｏ ｍ ｅ ｚ 针对 Ｕ Ｓ Ａ页 岩 的 黏 土组 分 研 究 表明Ｌ ４ Ｊ ： 含气 页 岩 的 阳离 子容 量 一 般 低 于 １ ０ ％， 易 水 化黏 土矿 物 含 量 低 于 ６ ％， 浸 泡 自由水 后 岩 心 分
摘
要
页岩 气储层段钻井过程 中普遍存在严 重的井壁 失稳问题 。研 究过 程 中， 将页岩储 层与常规 的盖层页岩做 了对 比， 分
析 页岩储层水敏性 ， 发 现其 受水 化的影响程度 较小 ， 原 因是蒙脱石 等易水 化黏土矿 物含 量远低 于常规盖层 页岩。 同时结合 四 川盆地下 志留系龙马溪组 页岩所取岩 芯进行 的室 内强度 实验 ， 在逆冲 断层地应力下分析定 向井井周应 力状 态， 选取摩 尔． 库伦 破坏准则 ， 得 出了页岩储层定 向井的坍塌压力 与破裂压力随 井斜角 、 方位角 的变化规律。研 究结论 可 以为 页岩气井钻 井设计 提供参考 。 关键词 页岩储层 井壁 失稳 黏土矿物 层理性地层
页岩气水平井井壁稳定影响因素与技术对策
第３ ２期
２ ０ １ ３年 １ １ 月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ １ ＿ １ ３ Ｎｏ ． ３２ ＮＯ Ｖ．２ ０１ ３
１ ６ ７ １ —１ ８ １ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ３ ２ — ９ ５ ９ ８ — ０ ６
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
探 开发 的主 力 军 。 中石 油 在 四川 Ｉ 盆 地 的 页 岩 气 区 块主要 有三 个 ， 分别为长宁、 威 远 以及 富顺 ． 永 川 区 块 。截 至 ２ ０ １ ２年 １ １月 底 ， 中石 油 西南 油 气 田公 司
已生 产并销 售 页岩气 １ １ ２ ５ ． ３万 Ｉ ｌ ｌ 。根据 中 的大 安 寨 页 岩 气 项
目未 来将建 成 １ １亿 ｍ 的产 能 区块 。预 计 在 ２ ０ １ ４
对 我们来 讲其 实并不 陌生 ， 我 国研 究人 员从 １ ９ ９ ０年
开始对水平井钻井技术 开展科技攻关 ， 尤其在“ 八
２ ０ １ ３年 ６月 １ ７日收到 重庆市科技攻关计划项 目 （ ｃ ｓ ｔ ｃ ２ ０ １ ２ ｇ ｇ Ｃ ９ ０ ０ ０ ２ ） 资助 第一作者简介 ： 刘 洪（ １ ９ ８ １ 一） ， 博 士， 研究方 向： 石油工程 岩石 力
标所 得 。据 了解 ， 除 中石 油 和 中石 化 外 ， 其 他 企 业 的 页岩气 勘查工 作 还处 于 初级 阶段 ， 主 要 是对 区块 的地 质调 查 ， 如二维和三维地震 ， 有 少 数 区块 钻 了 参数 井 。
水平 钻井 技 术 和 大 型 水 力 压 裂 技 术 是 实 现 页
涪陵焦石坝区块页岩气水平井钻井完井技术
涪陵焦石坝区块页岩气水平井钻井完井技术周贤海【摘要】针对涪陵焦石坝区块地质条件复杂、各向异性大，易导致发生井下故障、钻速慢、钻井周期长及成本居高不下的问题，在分析该区块页岩气钻井完井技术难点的基础上，进行了页岩气水平井钻井工程技术适应性评价，通过对丛式井布井方案、井身结构、井眼轨道设计、优快钻井技术、钻井液技术及页岩气层长水平段固井技术等进行优选及进一步优化，提出了涪陵焦石坝区块页岩气水平井钻井完井技术方案。
该技术方案在焦页12HF井等17口井进行了现场实践及应用，初步形成了涪陵焦石坝区块页岩气水平井钻井完井技术。
应用表明，该技术可显著提高机械钻速、缩短钻井周期，可为涪陵焦石坝区块页岩气规模开发提供技术支持。
%In view of the problems of frequent downhole accidents in shale gas well drilling in Jiashiba Block of Fuling Area ,slow penetration rate ,long drilling cycle ,and high cost caused due to complex geological conditions and strong anisotropy ,the adaptability of drilling technologies used in Jiaoshiba Block was evaluated based on the a-nalysis on the difficulties of shale gas well drilling .The technical drilling scheme for Jiaoshiba Block shale gas hori-zontal wells in Fuling Area was then proposed through evaluation ,selection and optimization of cluster well place-ment ,casing program ,well trajectory ,fast drilling techniques ,drilling fluid ,and cementing techniques for the long horizontal section .The technical scheme has been applied in 17 wells including Well Jiaoye 1 2HF resultingin sig-nificant increase in penetration rate and drilling cycle reduction .Theresearch provides sound technical support for shale gas’commercial development in Jiaoshiba Block of Fuling Area .【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2013(000)005【总页数】5页(P26-30)【关键词】页岩气;水平井;钻井;固井;井身结构;钻井液;焦石坝区块【作者】周贤海【作者单位】中国石化江汉油田分公司地质工程设计监督中心，湖北潜江 433124【正文语种】中文【中图分类】TE24;TE25涪陵焦石坝区块页岩气藏位于川东高陡褶皱带包鸾-焦石坝背斜带焦石坝构造，为构造位置相对较高、地层产状较为宽缓的主体部位。
陆相页岩气水平井段井壁失稳机理及水基钻井液对策
天 然 气 工 业Natural Gas INdustry 第40卷第4期2020年 4月· 104 ·陆相页岩气水平井段井壁失稳机理及水基钻井液对策王波1,2 孙金声1,3 申峰2 李伟2 张文哲21.中国石油大学（华东）石油工程学院2.陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院3.中国石油集团工程技术研究院有限公司摘要：鄂尔多斯盆地陆相页岩气井水平段井壁失稳问题，是制约该盆地延长区块中生界上三叠统延长组页岩气资源勘探开发的重大工程技术难题。
为此，采用X射线衍射分析获取页岩矿物组分特征，并分析其理化特征、比表面积及微观结构，在此基础上研发了基于纳米封堵的低自由水活度页岩水基钻井液体系（PSW-2），并现场应用于5口陆相页岩气水平井，保障了其长水平段钻进井眼的稳定性。
研究结果表明：①该区延长组页岩黏土矿物含量高，属弱膨胀、易分散、多层理裂缝地层，井壁失稳是力学、物理化学、钻井机械扰动等因素综合作用的结果；②页岩平均孔径为4.494～8.502 nm，毛细管作用明显、吸水能力较强、水化不均匀，导致页岩局部强度下降，易形成突发性垮塌；③研制的PSW-2体系API滤失量低于2.8 mL、滚动回收率为95.15%（接近于油基钻井液98.25%的回收率）、线性膨胀率低至1.38%，润湿角由干岩样的26°增大为56.5°；④该钻井液体系浸泡后抗压强度增加至95.806 MPa，接近于原岩的强度（110.70 MPa）。
结论认为，该水基钻井液体系通过微纳米成分封堵页岩孔隙、降低液相活度提高抑制性、减弱页岩毛细管自吸效应的多元协同，破解了井壁失稳的难题。
关键词：鄂尔多斯盆地；陆相页岩气；晚三叠世延长期；水平井；井壁失稳；水基钻井液；抑制性DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2020.04.013Mechanism of wellbore instability in continental shale gas horizontal sections andits water-based drilling fluid countermeasuresWANG Bo1,2, SUN Jinsheng1,3, SHEN Feng2, LI Wei2, ZHANG Wenzhe2(1. School of Petroleum Engineering, China University of Petroleum <East China>, Qingdao, Shandong 266580, China;2. Research In-stitute, Shaanxi Yanchang Petroleum <Group> Co. Ltd., Xi'an, Shaanxi 710075, China;3. CNPC Engineering Technology R&D Co. Ltd., Beijing 102206, China)NATUR. GAS IND. VOLUME 40, ISSUE 4, pp.104-111, 4/25/2020. (ISSN 1000-0976; In Chinese)Abstract: The wellbore instability in the horizontal sections of continental shale gas wells in the Ordos Basin is a major engineering and technical problem that restricts the exploration and development of the shale gas resources in the Yanchang Formation of Upper Triassic of Mesozoic in the Yanchang Block. To solve this problem, this paper analyzed the characteristics of mineral components in shale by means of X-ray diffraction. In addition, its physical and chemical characteristics, specific surface area and microstructure were analyzed. On this basis, a shale water-based drilling fluid system (PSW-2) of low free water activity based on nano plugging was developed. And it was applied on site at five horizontal wells in continental shale gas reservoirs to ensure the wellbore stability of their long horizontal sections. And the following research results were obtained. First, the Yanchang Formation shale in this area has a high content of clay mineral, and it is a fractured formation of weak expansion, easy dispersion and multiple bedding, so the wellbore instability here is the result of the comprehensive action of mechanical factors, physical and chemical factors, drilling mechanical disturbance, etc. Second, the shale has average pore diameter is 4.494-8.502 nm and is characterized by obvious capillary action, strong water absorption capacity and uneven hydration, which result in the decrease of local shale strength, so sudden collapse tends to happen easily. Third, the API loss of PSW-2 system is less than 2.8 mL, the rolling recovery rate is 95.15% (close to the recovery rate of oil-based drilling fluid 98.25%), the linear expansion rate is as low as 1.38%, and the wetting angle increases from 26° of dry rock samples to 56.5°. Fourth, the compressive strength of the system after immersion increases to 95.806 MPa, which is close to the original rock strength (110.70 MPa). It is concluded that this water-based drilling fluid system can effectively ensure wellbore stability by blocking the pores of shale with micro nano com-ponents, reducing the activity of liquid phase to increase the inhibition, and weakening the multi-element collaboration of the capillary imbibition effect of shale.Keywords:Ordos Basin; Continental shale gas; Upper Triassic Yanchang Formation; Horizontal well; Wellbore instability; Water-based drilling fluid; Inhibition基金项目：国家科技重大专项“陆相页岩气水平井高效低成本钻完井技术”（编号：2017ZX05039-003）。
井壁不稳定地层的类型与井壁不稳定现象
一、井壁不稳定地层的类型与井壁不稳定现象1．井壁不稳定地层的类型钻井过程中所钻遇的地层，如泥页岩、砂质或粉砂质泥岩、流砂、砂岩、泥质砂岩或粉砂岩、砾岩、煤层、岩浆岩、碳酸盐岩等均可能发生井壁不稳定。
但井塌大多发生在泥页岩地层中，约占90％以上。
缩径大多发生在蒙脱石含量高、含水量大的浅层泥岩、盐膏层、含盐膏软泥岩、高渗透性砂岩或粉砂岩、沥青等类地层中。
压裂则可发生在任何一类地层中。
井塌可能发生在各种岩性、不同粘土矿物种类及含量的地层中；但严重井塌往往发生在下述地层中：(1)层理裂隙发育或破碎的各种岩性地层。
(2)孔隙压力异常的泥页岩。
(3)处于强地应力作用的地区。
(4)厚度大的泥岩层。
(5)生油层。
(6)倾角大易发生井斜的地层等。
2．井壁不稳定现象(1)井塌的现象钻井或完井过程中如发生井塌会出现以下现象：①返出钻屑尺寸增大，数量增多并混杂。
②泵压增高且不稳定，严重时会出现憋泵现象，并可憋漏地层③扭矩增大，蹩钻严重，停转盘打倒车。
④上提钻具遇卡，下放钻具遇阻；接单根、下钻下不到井底时会发生卡钻或无法划至井底。
⑤井径扩大，出现糖葫芦井眼，测井遇阻卡。
(2)缩径的现象当钻井过程中地层发生缩径时，由于井径小于钻头直径，会出现扭矩增大，蹩钻等现象，严重时转盘无法转动，甚至被卡死；上提钻具或起钻遇卡，严重时发生卡钻；下放钻具或下钻遇阻，如地层缩径严重，可使井眼闭合，如胜利油田和南疆钻含盐软泥时均出现过此现象。
(3)压裂的现象当钻井液的循环压力大于地层的破裂压力时，就会压裂地层，使地层出现裂缝，从而导致泵压下降，钻井液漏入地层，井筒中液柱压力下降。
如液柱压力降至上部易塌地层的坍塌压力或孔隙压力之下，就可能发生井塌或井喷等井下复杂情况。
二、地层组构特性、理化性能和井壁稳定性的室内评价方法返回1．地层组构特性和理化性能的分析方法研究井壁失稳的原因及技术对策必须搞清井壁不稳定地层的组构特性和理化性能，常用的分析方法有以下几种：(1)肉眼观察通过肉眼观察可以掌握地层的层理、裂隙和镜面擦痕发育情况，地层倾角大小，地层软硬程度及遇水后膨胀、分散和强度定性变化情况。
井壁失稳机理和几种新型防塌泥浆的防塌机理_文献综述
第16卷第2期油 田 化 学Vol.16 No.2 1999年6月25日Oilfield Chemistry25June1999文章编号:1000 4092(1999)02-0179-06井壁失稳机理和几种新型防塌泥浆的防塌机理文献综述杨振杰(中原石油勘探局钻井四公司,河南清丰457321)摘要:本文综述了几年来国内外有关井壁失稳机理和一些新型防塌泥浆作用机理研究的文献,由此归纳出防塌泥浆作用机理的一些共同规律,为泥浆防塌处理剂新的作用机理的研究和建立提供具有启发性的思路。
关键词:井壁稳定;井壁失稳机理;水基防塌钻井液;防塌机理;综述中图分类号:T E254.3:T E28 文献标识码:A1 井壁稳定研究的趋势与特点井眼由于地质因素、泥页岩与泥浆相互作用和钻井作业等因素而出现不稳定的问题,即井壁稳定问题,是钻井系统工程中所遇到的一个十分复杂的世界性难题,迄今还没有研究出可以彻底解决这个问题的一套完整的有效方法[1]。
因此,人们更加重视井壁稳定机理的研究,以求在井壁稳定技术方面获得新的突破。
目前在井壁稳定机理和技术研究方面有一个重要的特点,即将研究工作与环境保护、油层保护、钻井液综合性能的改善相结合[2-8]。
2 新型防塌泥浆体系研究的目标新型防塌泥浆体系研究的目标基本上是一致的,即用优质的水基防塌泥浆替代油基泥浆,达到油基泥浆的基本的优良性能而又不对环境造成危害[2-8]。
为达到这两个目标,人们对防塌泥浆的防塌机理(包括油基泥浆的防塌机理)进行了深入的研究。
3 对化学因素引起的井壁失稳原因的认识在许多情况下,井壁失稳主要由两方面的原因引起[2]:泥浆密度过低,泥浆液柱压力难于支撑力学不稳定的地层;泥浆液柱压力高于地层孔隙应力,驱使泥浆进入泥页岩孔隙,产生压力穿透效应(pressure penetration effects),使井眼附近的泥页岩含水量增加,孔隙压力增大,泥页岩强度降低[2,3,9-11]。
焦石坝构造页岩气水平井井身结构设计探讨
焦石坝构造页岩气水平井井身结构设计探讨摘要：页岩气藏储层具有孔隙度低和渗透率低等物性特征[1]，目前主要使用水平井技术等特殊开发技术来获得较好的开发效率。
合理的井身结构是水平井成功钻进的重要保障，文章分析了焦石坝构造已钻水平井的井身结构，并根据实际钻进过程中所出现的事故情况，指出目前井身结构设计的不足之处。
同时在原设计基础上，充分利用实钻经验资料，给出了该区水平井井身结构优化方案。
关键词：页岩气水平井井身结构焦石坝优化页岩气是目前天然气勘探开发的重要领域，由于页岩气藏储层具有孔隙度低和渗透率低等物性特征[1]，要想获得更好的开发效率和更高的天然气产量，合理选择井型非常重要。
水平井能够增大储层泄流面积，在页岩气层钻水平井，能够大大提高开发效率，可以说水平井技术是页岩气藏成功开发的关键因素。
水平井井身结构是水平井实现快速、优质、安全钻井的前提保障，文章根据焦石坝构造已钻的水平井资料，对该区页岩气水平井井身结构设计进行探讨并结合实际给出合理的优化建议。
一、地质简况焦石坝构造位于川东南地区川东高陡褶皱带包鸾-焦石坝背斜带，地理位置属于重庆市涪陵区，该区采用水平井技术，所钻井目的层：上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组下部页岩气层；设计井深：靶点垂深约2400m，水平段长约1400m，完钻井深约4100m；完钻层位：志留系龙马溪组完钻原则：钻至靶点留足口袋完钻；完井方式：套管完井。
该区页岩气成藏条件复杂，不可遇见因素多，井控风险高；地层软硬交替，水平段长，井眼轨迹难控制难度大；焦石坝构造长兴组及茅口组气层裂缝发育，韩家店组泥岩易掉块、跨塌，容易造成井下复杂或者是卡钻故障；直井段套管自重轻，水平段套管摩阻大，下套管困难等复杂情况。
二、已钻井井身结构情况焦页XX井位于重庆市涪陵区焦石镇，是部署在川东南地区川东高陡褶皱带包鸾-焦石坝背斜带焦石坝构造的一口评价井，井型：水平井，设计井深3980米，水平段长度1404.14米，主要目的层是上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组下部页岩气层，主要钻探目的是评价焦石坝地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩气资源潜力。
井壁失稳与坍塌卡钻预防及处理
井壁失稳与坍塌卡钻预防及处理1．井壁坍塌发生的原因（1）由于地质构造力造成的井壁坍塌。
如所钻井处在地层断裂带、褶皱、地层滑动上升或下降、地层倾角大地区。
此类坍塌在塔里木油田山前地区井表现较为突出，而且处理难度也较大。
（2）在欠压实地层井段，由于地层胶结不好而形成的坍塌，如流沙层。
（3）煤系地层和泥页岩地层的坍塌，在塔里木油田表现较为突出。
（4）复合盐岩层盐溶后，充填在复合盐层中的砂泥岩薄夹层失去支撑，引发的井壁坍塌。
（5）泥页岩孔隙压力异常，高压油气水层引发的井壁坍塌。
（6）水化膨胀是引起地层坍塌的重要原因。
这主要是由于粘土吸收钻井液中的水分子造成的。
由于普遍使用水基钻井液，因此，泥页岩水化膨胀始终是存在的，只是其轻重程度不同而已。
（7）由于钻井液密度低，不能平衡地层坍塌压力。
钻井液体系和性能不能满足井下情况的需要，与地层特性不适应，引发的井壁坍塌。
（8）井身质量对井壁坍塌有一定影响，如狗腿严重井，无论是起下钻还是钻进中，由于钻具与井壁碰撞、蹭刮造成的井壁失稳，在定向井、水平井中表现较为突出。
（9）由于起钻中未按规定灌好钻井液，或因激动、抽汲压力过大，进行某项作业时降低了钻井液液柱压力（如中途测试），而引发的井壁坍塌。
（10）溢流、井喷后引发的井壁坍塌。
（11）井漏后，由于钻井液液柱压力下降造成的井壁坍塌。
2．井壁失稳与坍塌卡钻的预防井壁坍塌在钻进、起下钻和其它作业中都可能发生。
井壁坍塌造成的卡钻是处理难度较大的井下事故。
（1）选用合适的钻井液体系，强化钻井液防塌性能，如硅酸盐体系、钾基钻井液体系，加足防塌、封堵材料，严格控制钻井液滤失量，并在设计范围内适当提高钻井液密度、粘度，提高钻井液携砂能力。
（2）控制起下钻速度，降低抽汲压力和激动压力；起钻时按规定要求灌好钻井液；在进行其它作业时，要控制好钻井液液柱压力降低对井壁稳定的影响；要避免在易坍塌井段长时间循环钻井液。
（3）在易坍塌井段钻进时，要适当控制排量、泵压。
气体钻井井壁失稳机理及评价方法研
气体钻井井壁失稳机理及评价方法研究Gao Li 等著翻译：张志财（油化所）审校：赵怀珍（油化所）摘要：井壁失稳已经成为严重制约气体钻井技术进一步发展和应用的瓶颈。
为此，对气体钻井井壁失稳机理进行了研究，并提出了四种井壁失稳机理，包括力学强度较低的软弱岩体和破碎岩体的力学失稳、产液条件下的力学——化学耦合失稳、快速钻进时的岩石崩爆与上覆泥岩的动力学失稳。
由于气体钻井具有不同于常规钻井的作业工艺，因此室内模拟现场钻井工艺是评价气体钻井井壁稳定的关键，而且涉及更多的评价参数，包括地层温度、孔隙压力、上覆地层压力、围压、井筒压力、地层流体的类型和产量、滑行波波速以及钻井作业类型（包括干气钻井、泡沫/钻井液钻井和气液钻井转换过程）。
同时，深入研究井壁失稳的机理和评价方法、提高处理剂质量和处理工艺、加强预测技术和随钻流体封堵技术也是提高气体钻井井壁稳定的有效方法，也更有利于了解气体钻井井壁失稳机理和改善评价方法。
关键词：气体钻井井壁失稳机理地层产液评价方法封堵技术前言对于深井油气藏和非常规油气藏开发，气体钻井具有巨大的优势。
然而，随着应用领域的进一步拓展和地质条件的日益复杂，井壁失稳问题已成为制约气体钻井进一步发展应用的瓶颈。
由于钻遇产层，产液包括产水、产油和产气会使井壁失稳更加复杂。
许多学者对气体钻井井壁失稳机理和解决方法进行了研究。
Albert K. Dittmer（1967）认为井壁失稳包括剥蚀和坍塌，并分析了钻具扰动、气体环空返速和地层压力变化对井壁稳定的影响。
姜玉芳（2009）针对大庆油田火山岩地层建立了气体钻井水层定量识别方法和井壁稳定预测模型。
王兰（2012）提出了防塌成膜钻井液技术解决气体钻井后泵入钻井液时的井壁失稳问题并验证了其效果。
徐子辰（2012）叙述了一种通过加入纳米润湿反转剂来保持气液中间转换期间井壁稳定的方法。
在现有研究成果的基础上，本文对气体钻井井壁失稳机理和评价方法进行了研究，提出了四种井壁失稳机理：力学强度较低的软弱岩体和破碎岩体的力学失稳、产液条件下的力学-化学耦合失稳、快速钻进时的岩石崩爆与上覆泥岩的动力学失稳。
页岩气水平井固井技术难点与对策分析
页岩气水平井固井技术难点与对策分析发布时间：2022-04-08T08:04:25.378Z 来源：《新型城镇化》2021年23期作者：薛勇[导读] 页岩层的特性比较特殊，阻碍了页岩层的稳定性，导致固井工程开展起来比较困难。
首先，页岩层中含有大量的泥沙，导致岩层内部缺少固定性。
黄河钻井总公司技术服务中心 257000摘要：页岩气储层所表现的特征比较特殊，在孔隙度方面的表现比较低。
同时，页岩层储层的渗透性能相对较低。
基于此，页岩气固井，主要是针对油田或者油井展开的技术措施，对石油资源的保护提供了技术支持。
随着石油工业的快速发展，固井技术获得了有效的创新，传统技术已经无法满足现代固井工程的需求。
因此，加强对水平固井技术的深入研究，结合固井工程中的难点问题，提出有效的解决措施，对提升工程质量，加强资源保护很有必要。
关键词：页岩气水平井；固井技术；难点分析；处理对策1页岩气水平井固井技术难点分析1.1页岩层的稳定性不够页岩层的特性比较特殊，阻碍了页岩层的稳定性，导致固井工程开展起来比较困难。
首先，页岩层中含有大量的泥沙，导致岩层内部缺少固定性。
页岩层与井壁之间的胶结性相对较弱，使页岩层内部的整体性能被削弱。
在钻井过程中，页岩层内部含有丰富的粘土矿物，当其遇到钻井液时，迅速膨胀起来。
同时，膨胀之后的页岩层在渗透性能方面也会明显降低，打破了页岩层原本的结构特征。
此外，当水泥环在体积上呈现收缩趋势时，会导致微环空的形成，产生的气体在管道内部流通，造成串槽现象的发生。
1.2水平段下套管难度大在固井工程中，套管下入的操作难度比较大，对套管技术的要求比较高。
然而，由于在实际操作中存在着很多不可控的因素，导致了水平段下的套管难度增加。
在水平井中，由于页岩层内部的稳定性不够，导致井内壁容易发生岩石坍塌。
碎屑的堆积，阻碍了井口清洁度的有效提升，严重妨碍了套管的正常下入。
同时，造斜段浅，等一系列特性对页岩气的井壁在结构上造成影响，呈现台阶分布，也是成为套管下入的难点之一。
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化、井周压力传递、力学 - 化学耦合等多种因素的影 响。但是，这些研究中页岩各向异性强度往往采用 假设或仅给出实验结果，即使采用实验结果进行拟 合，也难以准确给出页岩的各向异性强度特征参数； 大部分文献对于页岩强度特征的研究均采用露头页 岩，鲜见文献报道采用井下取心岩样开展系统的页 岩力学特征研究；另外，这类研究多考虑水基钻井 液的影响，对于油基钻井液对井壁失稳的影响研究 得较少。
通讯作者：刘厚彬（1980-），从事岩石力学与油气井井壁稳定、钻井提速方面的研究与教学工作。通讯地址：（610500）四川省成都市新都 区新都大道 8 号油气藏地质与开发工程国家重点实验室。电话：028-83032459。E-mail：liuhoubin523@
546Βιβλιοθήκη 石油钻采工艺 2016 年 9 月（第 38 卷）第 5 期
焦石坝页岩气储层水平井井壁失稳机理
崔云海 1 刘厚彬 2 杨海平 1 马天寿 2
1. 中石化江汉石油工程有限公司； 2. 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室
引用格式：崔云海，刘厚彬，杨海平，马天寿 . 焦石坝页岩气储层水平井井壁失稳机理［J］. 石油钻采工艺，2016，38（5）： 545-552.
摘要：焦石坝区块页岩气储层岩石层理发育，导致页岩强度各向异性特征明显，钻井过程中易发生井壁失稳问题。为此， 采用龙马溪组井下岩心开展直接剪切和三轴实验，结合单组弱面强度理论，建立了页岩强度各向异性表征方法；综合页岩强度 各向异性表征方法、井壁应力分布模型，建立了页岩井壁坍塌压力计算方法；最后，以目标井 JY1HF 井为例进行了实例计算与 分析。结果表明：龙马溪组页岩发育了大量软弱层理，沿软弱层理剪切滑移是井壁失稳的主要力学机制；钻井液浸泡后页岩 强度出现劣化，但强度劣化效应并不十分显著；常规模型计算的坍塌压力随着井斜角增加而减小，文中模型计算的坍塌压力随 着井斜角先增加后减小，且计算结果与实际情况更加吻合；页岩薄弱层理的剪切滑移是井斜井段井壁垮塌的关键，而强度的劣 化并不是主控因素。研究结果可为礁石坝区块和其他地区页岩气井钻井设计、轨迹优化等提供参考。
为此，结合焦石坝区块 JY1HF 井实际情况，采 用井下岩心开展直接剪切实验简便地获取页岩的各 向异性强度参数，并与三轴岩石力学实验结果进行 对比，形成了通过直剪实验表征页岩本体和层理强 度的方法；结合单弱面强度准则和井周应力分布解 析解，建立了强度各向异性页岩的井壁稳定分析方 法； 最 后，采 用 常 规 方 法 和 本 文 方 法，分 别 计 算 了 JY1HF 井坍塌压力，并与实际情况进行了对比，以揭 示焦石坝地区页岩气储层井壁垮塌的机理。
Key words: shale gas; sidewall stability; collapsing pressure; anisotropy; bedding plane; Jiaoshiba Block
中国页岩气资源丰富，主要分布于南方地区和 新疆塔里木盆地等海相页岩发育的地区［1］。中石 化在涪陵页岩气田取得重大突破，获得页岩气储量 2 500×108 m3［ 2］。涪陵页岩气田进入商业开发，对 于中国页岩气开发具有标志性意义，并将为今后页 岩气的大规模开发奠定基础。就目前涪陵焦石坝区 块页岩气钻探试采的结果来看，水平井技术和体积 压裂技术是页岩气成功开发的主体技术。但是，由 于页岩气储层具有时代老、埋藏深、构造改造强烈、 地层压力异常等特征［3-4］，其水平井钻井面临诸多挑 战。其中，井壁一旦失稳，将会导致卡钻、埋钻等井 下复杂和事故频发［5-7］。以焦石坝区块 JY1HF 井为 例，该井钻井过程中井壁垮塌频繁发生，完井电测发 现该井段井眼扩径率达 50%～100%，导致钻井过程 中发生了 9 次遇阻卡事故。此外，页岩气井井壁失 稳还间接影响钻井周期、固井质量和压裂施工效果， 严重时甚至导致井眼报废，造成巨大经济损失，直接 影响开发成效［5-7］。
基金项目：国家自然科学青年基金资助项目“泥页岩黏土矿物表面电化学反应及岩体膨胀数值模拟研究”（编号：51204142）；国家重 点基础研究发展计划（973）项目“页岩气水平井钻完井关键基础研究”（编号：2013CB228003）。
第一作者：崔云海（1965-），1985 年毕业于西南石油学院开发系钻井工程专业，2010 年毕业于中国石油大学（北京）石油与天然气工程， 获工程硕士学位，现从事钻井技术管理、石油工程技术科研和推广应用工作，高级工程师。电话：0728-6581626。E-mail： zjcyh2005@
Citation: CUI Yunhai, LIU Houbin, YANG Haiping, MA Tianshou. Mechanisms of sidewall stability loss in horizontal wells drilled for shale gas development in Jiaoshiba Block［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2016, 38(5): 545-552.
第 38 卷 第 5 期 2016 年 9 月
石油钻采工艺 OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY
Vol. 38 No. 5 Sept. 2016
文章编号：1000 – 7393（ 2016 ） 05– 0545– 08 DOI: 10.13639/j.odpt.2016.05.001
Abstract: With beddings well developed, shale gas reservoirs in Jiaoshiba Block are characterized by high strength anisotrophy, so loss of sidewall stability is frequent in these reservoirs. Therefore, direct shearing and triaxial tests were performed on core samples taken from the Longmaxi Formation to develop a new way to characterize shale strength anisotropy based on single-group weak-plane strength theory. By combining the shale strength anisotropy characterization method and model of stress distribution on sidewall, a calculation method of sidewall collapsing pressure in shale formations has been worked out. Finally, calculation and analysis have been done with Well JY1HF as an example. The calculation results show that, with large amounts of weak bedding, shale in the Longmaxi Formation shows apparent anisotropy, and shearing slippage along weak bedding is the main mechanism of sidewall stability loss. Strength of the shale soaked in drilling fluid turns weaker, but such strength reduction is not significant; collapsing pressure calcualted by using conven-
tional models decreases with the increase of deviation angle, whereas collapsing pressure calculated by using the model proposed in this paper increases first and decreases later with the increase of deviation angle, and the calculation results match well with field observation results; shearing slippage of weak bedding in shale is the key of sidewall collapsing in building-up intervals, while reduction in rock strength is not the controlling factor. The research results may provide references and guidelines for drilling design, trajectory optimization of shale gas wells in Jiaoshiba Block and other regions.