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摘 要：对该区块岩石矿物组分分析，通过岩石三轴力学实验，对原岩和用现场以及优化后的钻井液浸泡岩心的力学性质变化。研究不同钻井液对F区块坍塌压力的影响，分析地层坍塌压力变化并对该区块进行稳定性分析，为优化钻井液提供选择。研究表明粘土矿物以伊利石，伊蒙混层为主，水基钻井液与岩石相互作用，导致泥岩地层强度降低，坍塌压力增大，层理微裂缝，微裂隙发育。水相沿裂缝或裂纹侵入地层，一方面降低弱结构面的摩擦力，另一方面侵入的液相将产生水力尖劈作用，导致地层破碎，诱发井壁失稳。有必要对钻井液进行优化，为安全施工提供技术指导。
关键词：坍塌压力;钻井液;井壁稳定;力学性质
0 引言
本研究目标地层为三叠系延长组地层。通过现场取芯发现，长8储层主要为页岩，砂岩，砂页互层。长8储层的砂页互层比较发育。在砂页互层接触的地方，基本都有一个胶结的问题，容易形成断面的裂缝，弱化原岩的力学性质。在钻井过程中，为钻井液的进入提供了通道。钻井液滤液进入砂页互层，容易引起断面的断裂，加剧地层岩石的破碎，降低岩石的力学强度，造成井壁失稳。重点从钻井液对岩石强度的影响角度考虑。
1 工区地层物性特征
F区块的长8储层的页岩孔隙度分布在04%-43%之間，平均为139%。长8页岩储层的渗透率从000121-00812mD不等，平均为00175mD。长8砂页互层的孔隙度分布在06%-44%之间，平均为258%。长8砂岩储层的孔隙度分布在23%-69%之间，平均为43%。长8页岩的粘土矿物含量达340%，石英含量也达到了231%。长8砂岩的粘土矿物含量为190%，石英为212%，斜长石含量为404%。
通过扫描电镜的结果发现，页岩的黏土矿物呈顺序排列，页岩的微裂缝较为发育，而砂岩中可以发现明显的孔洞。从裂缝的开度来看，页岩的微裂缝较小，而砂岩的微裂缝较大，甚至有肉眼可见的mm级裂缝。砂岩中含有大量的伊利石，并赋存在孔洞周围。孔洞是流体在岩心中的主要通道，黏土矿物赋存于孔洞周围容易与水接触，产生水化，造成井壁失稳及储层损害。
2 原岩强度特性
本实验岩心取自砂页互层段，通过三轴压缩实验获得岩石抗压力学参数，进而可以综合分析岩石的力学特性。得到围压分别为00，150，300MPa下的弹性模量，泊松比以及抗压强度。
由结果可知：延长组砂页互层地层非常致密，在单轴和不同围压下，应力应变曲线几乎呈线性增加，当轴向压力达到峰值强度时，迅速发生脆性破裂。单轴岩样均呈现张性劈裂破坏。围压为150MPa和300MPa时以剪切破坏为主。
3 不同钻井液浸泡对岩石力学特性的影响
通过三轴实验，研究不同钻井液浸泡对岩石抗压强度及力学参数影响。通过使用现场钻井液以及优化后的体系一，体系二钻井液对岩心进行24h和48h的浸泡实验，浸泡温度为80℃，浸泡环境压力为30MPa。
3.1 不同钻井液浸泡实验
通过对钻井液的抑制剂，润滑剂，降滤失剂等处理剂的筛选，优化出体系1和体系2两套具有较好效果的钻井液。为进一步确定两套钻井液体系的效果，对优化后钻井液对工区地层力学特性的影响进行了研究。不同钻井液浸泡后的力学数据如表1为浸泡时间24h，表2浸泡时间为48h。
通过对比现场钻井液作用后岩石力学参数可知：受钻井液影响，岩样的单轴抗压强度，泊松比和内聚力整体出现下降的趋势，随着作用时间增大，下降得越多，而弹性模量和内摩擦角无明显变化。体系一和体系二作用后地层的抗压强度比原岩的抗压强度有所下降，体系一作用24h后的单轴抗压强度略低于作用48h后的单轴抗压强度。无论是体系1还是体系2作用相同的时候后，单轴抗压强度略高于现场钻井液作用后的地层。体系1作用相同的时间后略低于现场钻井液，体系2钻井液作用相同时间后的弹模跟现场钻井液差不多。作用相同的时间，体系1和体系2作用后的地层，泊松比略低于现场钻井液作用后的地层。作用相同的时间，系1和体系2作用后的地层，内聚力略高于现场钻井液作用后的地层，而内摩擦角略低于现场钻井液作用后的地层。
3.2 钻井液作用前后坍塌压力计算
现用钻井液与泥岩接触将改变泥岩的力学特性，导致泥岩力学强度的降低。因此，钻井过程中钻井液与井周泥岩的接触、浸入也必将导致泥岩地层坍塌压力的改变，诱发、加剧井壁失稳。依据井周应力分布与井壁失稳判断方法，对现场钻井液作用后（24h和48h）的坍塌压力进行计算分析。
根据坍塌压力的计算公式，通过改变钻井液作用前后的内聚力和内摩擦角，计算钻井液作用前后的坍塌压力：
由实验结果分析可知，钻井液作用后的工区坍塌压力呈明显上升的趋势，提高了钻井的难度。而且随着钻井液作用的时间增大，坍塌压力密度当量也随之增大。而现场钻井液作用后坍塌压力密度当量上升的较为明显。现场钻井液会增大岩层的坍塌压力，当坍塌压力当量密度大于钻井液密度时，就会造成井壁失稳。由于工区储层较浅，大部分地层的坍塌压力密度当量都在1以下，低密度的钻井液有利于增大钻速，因此在考虑改进钻井液时，应主要考虑增强其性能，降低钻井液对井壁的力学性质造成的影响，同时尽量降低钻井液密度。
4 结论
（1）无论是体系一钻井液还是体系二钻井液都不同程度的降低了地层的抗压强度，抗张强度和硬度，而且随着时间的增大，降低的也越多。地层强度的降低，容易造成地层井壁的不稳定，出现井壁垮塌等井下事故。
（2）通过实验结果可知，整体来看，优化后的钻井液与现场钻井液相比，对地层强度的影响较小，优化后的钻井液作用相同的时候后，强度要高于现场钻井液作用后的地层。体系一钻井液的结果显示，优化后的钻井液与现场钻井液对地层强度的影响接近，或者更大。考虑到关于体系一钻井液的实验数据太少，可能受实验岩心本身的特征影响，不具有太多的参考价值。体系二钻井液整体表现出优化后钻井液对地层的强度影响较小。说明优化后的钻井液具有更好的效果。
参考文献
[1]马天寿，陈平.页岩层理对水平井井壁稳定的影响[J].西南石油大学学报（自然科学版），2014，36（5）：97-104.
[2]温航，陈勉，金衍，等.硬脆性泥页岩斜井段井壁稳定力化耦合研究[J].石油勘探与开发，2014，41（6）：748-754.
[3]邹大鹏.大庆油田致密油水平井强抑制防塌水基钻井液技术[J].石油钻采工艺，2015，37（3）：36-39.
[4]程玉生，罗鸣，胡文军，等.莺琼盆地高温高压井水基钻井液技术[J].石油钻采工艺，2015，37（5）：37-40.
[5]马芳侠，李耀华，葛云锦，等.鄂尔多斯盆地延长组致密油有效烃源岩评价[J].特种油气藏，2017，24（5）：37-41.
[6]王禹诺，曹青，刘宝宪，等.鄂尔多斯盆地西南部致密砂岩气成藏主控因素[J].特种油气藏，2016，23（4）：81-84.
[7]梁大川，罗平亚，刘向君，等.钻井液处理剂及体系对泥页岩坍塌压力的影响研究[J].钻采工艺，2011，34（2）：83-85.
关键词：坍塌压力;钻井液;井壁稳定;力学性质
0 引言
本研究目标地层为三叠系延长组地层。通过现场取芯发现，长8储层主要为页岩，砂岩，砂页互层。长8储层的砂页互层比较发育。在砂页互层接触的地方，基本都有一个胶结的问题，容易形成断面的裂缝，弱化原岩的力学性质。在钻井过程中，为钻井液的进入提供了通道。钻井液滤液进入砂页互层，容易引起断面的断裂，加剧地层岩石的破碎，降低岩石的力学强度，造成井壁失稳。重点从钻井液对岩石强度的影响角度考虑。
1 工区地层物性特征
F区块的长8储层的页岩孔隙度分布在04%-43%之間，平均为139%。长8页岩储层的渗透率从000121-00812mD不等，平均为00175mD。长8砂页互层的孔隙度分布在06%-44%之间，平均为258%。长8砂岩储层的孔隙度分布在23%-69%之间，平均为43%。长8页岩的粘土矿物含量达340%，石英含量也达到了231%。长8砂岩的粘土矿物含量为190%，石英为212%，斜长石含量为404%。
通过扫描电镜的结果发现，页岩的黏土矿物呈顺序排列，页岩的微裂缝较为发育，而砂岩中可以发现明显的孔洞。从裂缝的开度来看，页岩的微裂缝较小，而砂岩的微裂缝较大，甚至有肉眼可见的mm级裂缝。砂岩中含有大量的伊利石，并赋存在孔洞周围。孔洞是流体在岩心中的主要通道，黏土矿物赋存于孔洞周围容易与水接触，产生水化，造成井壁失稳及储层损害。
2 原岩强度特性
本实验岩心取自砂页互层段，通过三轴压缩实验获得岩石抗压力学参数，进而可以综合分析岩石的力学特性。得到围压分别为00，150，300MPa下的弹性模量，泊松比以及抗压强度。
由结果可知：延长组砂页互层地层非常致密，在单轴和不同围压下，应力应变曲线几乎呈线性增加，当轴向压力达到峰值强度时，迅速发生脆性破裂。单轴岩样均呈现张性劈裂破坏。围压为150MPa和300MPa时以剪切破坏为主。
3 不同钻井液浸泡对岩石力学特性的影响
通过三轴实验，研究不同钻井液浸泡对岩石抗压强度及力学参数影响。通过使用现场钻井液以及优化后的体系一，体系二钻井液对岩心进行24h和48h的浸泡实验，浸泡温度为80℃，浸泡环境压力为30MPa。
3.1 不同钻井液浸泡实验
通过对钻井液的抑制剂，润滑剂，降滤失剂等处理剂的筛选，优化出体系1和体系2两套具有较好效果的钻井液。为进一步确定两套钻井液体系的效果，对优化后钻井液对工区地层力学特性的影响进行了研究。不同钻井液浸泡后的力学数据如表1为浸泡时间24h，表2浸泡时间为48h。
通过对比现场钻井液作用后岩石力学参数可知：受钻井液影响，岩样的单轴抗压强度，泊松比和内聚力整体出现下降的趋势，随着作用时间增大，下降得越多，而弹性模量和内摩擦角无明显变化。体系一和体系二作用后地层的抗压强度比原岩的抗压强度有所下降，体系一作用24h后的单轴抗压强度略低于作用48h后的单轴抗压强度。无论是体系1还是体系2作用相同的时候后，单轴抗压强度略高于现场钻井液作用后的地层。体系1作用相同的时间后略低于现场钻井液，体系2钻井液作用相同时间后的弹模跟现场钻井液差不多。作用相同的时间，体系1和体系2作用后的地层，泊松比略低于现场钻井液作用后的地层。作用相同的时间，系1和体系2作用后的地层，内聚力略高于现场钻井液作用后的地层，而内摩擦角略低于现场钻井液作用后的地层。
3.2 钻井液作用前后坍塌压力计算
现用钻井液与泥岩接触将改变泥岩的力学特性，导致泥岩力学强度的降低。因此，钻井过程中钻井液与井周泥岩的接触、浸入也必将导致泥岩地层坍塌压力的改变，诱发、加剧井壁失稳。依据井周应力分布与井壁失稳判断方法，对现场钻井液作用后（24h和48h）的坍塌压力进行计算分析。
根据坍塌压力的计算公式，通过改变钻井液作用前后的内聚力和内摩擦角，计算钻井液作用前后的坍塌压力：
由实验结果分析可知，钻井液作用后的工区坍塌压力呈明显上升的趋势，提高了钻井的难度。而且随着钻井液作用的时间增大，坍塌压力密度当量也随之增大。而现场钻井液作用后坍塌压力密度当量上升的较为明显。现场钻井液会增大岩层的坍塌压力，当坍塌压力当量密度大于钻井液密度时，就会造成井壁失稳。由于工区储层较浅，大部分地层的坍塌压力密度当量都在1以下，低密度的钻井液有利于增大钻速，因此在考虑改进钻井液时，应主要考虑增强其性能，降低钻井液对井壁的力学性质造成的影响，同时尽量降低钻井液密度。
4 结论
（1）无论是体系一钻井液还是体系二钻井液都不同程度的降低了地层的抗压强度，抗张强度和硬度，而且随着时间的增大，降低的也越多。地层强度的降低，容易造成地层井壁的不稳定，出现井壁垮塌等井下事故。
（2）通过实验结果可知，整体来看，优化后的钻井液与现场钻井液相比，对地层强度的影响较小，优化后的钻井液作用相同的时候后，强度要高于现场钻井液作用后的地层。体系一钻井液的结果显示，优化后的钻井液与现场钻井液对地层强度的影响接近，或者更大。考虑到关于体系一钻井液的实验数据太少，可能受实验岩心本身的特征影响，不具有太多的参考价值。体系二钻井液整体表现出优化后钻井液对地层的强度影响较小。说明优化后的钻井液具有更好的效果。
参考文献
[1]马天寿，陈平.页岩层理对水平井井壁稳定的影响[J].西南石油大学学报（自然科学版），2014，36（5）：97-104.
[2]温航，陈勉，金衍，等.硬脆性泥页岩斜井段井壁稳定力化耦合研究[J].石油勘探与开发，2014，41（6）：748-754.
[3]邹大鹏.大庆油田致密油水平井强抑制防塌水基钻井液技术[J].石油钻采工艺，2015，37（3）：36-39.
[4]程玉生，罗鸣，胡文军，等.莺琼盆地高温高压井水基钻井液技术[J].石油钻采工艺，2015，37（5）：37-40.
[5]马芳侠，李耀华，葛云锦，等.鄂尔多斯盆地延长组致密油有效烃源岩评价[J].特种油气藏，2017，24（5）：37-41.
[6]王禹诺，曹青，刘宝宪，等.鄂尔多斯盆地西南部致密砂岩气成藏主控因素[J].特种油气藏，2016，23（4）：81-84.
[7]梁大川，罗平亚，刘向君，等.钻井液处理剂及体系对泥页岩坍塌压力的影响研究[J].钻采工艺，2011，34（2）：83-85.