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摘 要：井壁失稳是制约页岩气规模化开发的主要因素之一。了解国内外最新研究动态、全面总结井壁失稳的影响因素和研究方法是开展页岩气储层井壁失稳研究的基础。归纳了页岩气储层井壁稳定研究中存在的三大难点问题和主要研究方法。结合各方面综述了国内外的页岩层井壁稳定研究成果，预测了页岩层井壁稳定技术的发展趋势。
关键词：页岩储层 井壁稳定 数值模拟 试验分析
一、导言
在页岩气储层钻井过程中，最容易发生的事故就是井塌、缩径卡钻及井漏等。这和页岩储层的特性有关，概括起来，影响因素有地质力学因素，岩石的综合性质因素，钻井液因素及工程因素。因此对页岩气储层开发，井壁稳定性研究是很必要的，这关系到安全快速高效钻井，节省钻井成本，提高页岩开采收益率。
页岩气藏钻井的重点和难点在于水平段，由于页岩气井水平段一般较长，普遍在1000m以上，而且页岩地层层理发育，产状多变，岩石性质硬脆，水敏性矿物含量高，很容易发生井漏坍塌等问题。若发生地层垮塌、掩埋钻具等事故，甚至引起井眼报废，不仅会延误工程进度，同时也会造成重大经济损失。因此有必要归纳分析页岩储层井壁稳定技术研究的最新进展。
二、页岩储层井壁稳定研究难点
关于页岩储层井壁稳定的研究，主要存在三大难点，分别是复杂地质构造、高度非连续性、及与储层保护的矛盾性。
1.复杂地质构造。在地质运动作用下，页岩层产生很多复杂地质构造，如背斜向斜等。复杂地质构造会导致页岩强度、裂缝发育程度、岩性等的突变。对钻井来说，这些地质构造严重影响井壁稳定。
2.高度非连续性。页岩层中有正交的割理组及层理，导致页岩高度非连续，力学特性表现为非连续和非线性。而如今的井壁稳定理论的基础是连续介质理论，因此无法描述页岩层井周的应力和应变情况，无法确定页岩层的坍塌压力和破裂压力。非连续性在数学、力学上都是挑战，因此如何解决非连续性问题是理论界研究的重点，目前最常用的方法主要有两种：采用拟合方法来模拟页岩的非连续性，利用离散元或断裂力学来研究页岩的非连续性。
3.与储层保护的矛盾。页岩储层属于特低渗透储层，且渗流通道主要为裂缝，因此页岩储层容易受到损害。在钻井过程中要求使用低密度、低固相钻井液，但这增加了井壁稳定的难度。
三、井壁稳定研究方法
1.力学分析
1993年，程远方等人分析了泥页岩井壁稳定的基本原理及影响因素。根据岩石力学理论推导了井眼围岩应力分布的具体表达式。1998年刘玉石等人针对节理裂隙的硬脆性泥页岩井壁坍塌问题，应用损伤力学理论，从岩体的变形能出发，建立了节理裂缝岩体的弹性损伤——断裂力学模型。2007年李荣等人从分析气体钻井条件下泥页岩吸水扩散系数、吸水膨胀系数和吸水后的力学参数变化入手，结合建立的力学化学耦合模型，紧紧抓住气体钻井和水基钻井液钻井的不同点，使得该模型能较好地运用到气体钻井泥页岩井壁稳定性的分析中，2011年，杨叶针对目前对泥页岩水化作用的评价仅仅是定性的理论分析，其定量分析研究很少，通过对泥页岩地层水化机理的深入分析，探索了泥页岩水化应力的定量计算方法，对泥页岩井壁稳定力学—物理/化学耦合作用下产生的水化应力及对井壁稳定性的影响进行了探讨，进一步结合井壁稳定力学—化学耦合作用下的测井评价模型，建立了一种水化作用条件下泥页岩井壁稳定测井评价方法，2012年卢运虎等人借助固体力学、断裂力学和界面化学理论，建立了介质润湿特性控制的裂缝扩展模型，提出了基于润湿理论的页岩井壁稳定评价方法。
2.数值模拟
2007年王兴隆建立了温度场和地层孔隙压力耦合的多孔弹性模型，给出了温度和孔隙压力的计算公式；应用差分方法求解了温度场-地层孔隙压力耦合模型。
朱荣东等人针对钻井过程中的井壁失稳问题，探讨了裂缝井壁失稳机理，主要考虑了井壁裂缝尖端的应力强度因子，采用有限元法和孔隙弹性理论研究自然裂缝地层中的井眼行为，分析裂缝井壁的稳定性。
Gentzis .T利用STABView 2D 和3D软件分析了钻井和生产过程中的井眼稳定性。他认为井壁附近存在一个屈服区域，并通过STABViewTM 2D软件计算出了该屈服区域；还利用STABViewTM 3D分析了水平井井眼轨迹对井壁稳定的影响，以及在不同倾斜角、方位角下钻井液的密度窗口对井壁稳定的影响。
四、结论
1.数值模拟分析因其可重复操作性强，在井壁失稳分析中受到欢迎，其将与力学分析结合，处理复杂的问题。同时将借助于其他学科知识，发展井壁稳定研究技术。
2.借助于新科学技术，在微观层面上来研究页岩基质、孔隙及矿物等对井壁稳定的影响，将是页岩气储层井壁稳定研究的发展方向。提前预测页岩气储层可能发生失稳的可能性，并采取适当的措施提前预防将成为发展趋势，也会减少钻井成本，提高收益率。
参考文献：
[1]李荣，孟英峰，汪绪刚，袁波.气体钻井中泥页岩地层遇水时的井壁稳定性研究[J].钻采工艺.2008（3）：5-9.
[2]杨叶.水化作用条件下泥页岩井壁稳定性测井评价方法研究[D].中国石油大学，2011.
[3]卢运虎，陈勉，安生.页岩气井脆性页岩井壁裂缝扩展机理[J].石油钻探技术.2012（4）：13-19.
[4]Islam，M.A.& P，Skalle. Stability Analysis in Shale through Deviated Boreholes using the Mohr and Mogi-Coulomb Failure Criteria . ARMA 10-432.
[5]王兴隆，程远方，赵益忠.钻井作业中泥页岩地层井壁稳定受温度影响的规律研究[J].石油钻探技术.2007（2）：42-45.
关键词：页岩储层 井壁稳定 数值模拟 试验分析
一、导言
在页岩气储层钻井过程中，最容易发生的事故就是井塌、缩径卡钻及井漏等。这和页岩储层的特性有关，概括起来，影响因素有地质力学因素，岩石的综合性质因素，钻井液因素及工程因素。因此对页岩气储层开发，井壁稳定性研究是很必要的，这关系到安全快速高效钻井，节省钻井成本，提高页岩开采收益率。
页岩气藏钻井的重点和难点在于水平段，由于页岩气井水平段一般较长，普遍在1000m以上，而且页岩地层层理发育，产状多变，岩石性质硬脆，水敏性矿物含量高，很容易发生井漏坍塌等问题。若发生地层垮塌、掩埋钻具等事故，甚至引起井眼报废，不仅会延误工程进度，同时也会造成重大经济损失。因此有必要归纳分析页岩储层井壁稳定技术研究的最新进展。
二、页岩储层井壁稳定研究难点
关于页岩储层井壁稳定的研究，主要存在三大难点，分别是复杂地质构造、高度非连续性、及与储层保护的矛盾性。
1.复杂地质构造。在地质运动作用下，页岩层产生很多复杂地质构造，如背斜向斜等。复杂地质构造会导致页岩强度、裂缝发育程度、岩性等的突变。对钻井来说，这些地质构造严重影响井壁稳定。
2.高度非连续性。页岩层中有正交的割理组及层理，导致页岩高度非连续，力学特性表现为非连续和非线性。而如今的井壁稳定理论的基础是连续介质理论，因此无法描述页岩层井周的应力和应变情况，无法确定页岩层的坍塌压力和破裂压力。非连续性在数学、力学上都是挑战，因此如何解决非连续性问题是理论界研究的重点，目前最常用的方法主要有两种：采用拟合方法来模拟页岩的非连续性，利用离散元或断裂力学来研究页岩的非连续性。
3.与储层保护的矛盾。页岩储层属于特低渗透储层，且渗流通道主要为裂缝，因此页岩储层容易受到损害。在钻井过程中要求使用低密度、低固相钻井液，但这增加了井壁稳定的难度。
三、井壁稳定研究方法
1.力学分析
1993年，程远方等人分析了泥页岩井壁稳定的基本原理及影响因素。根据岩石力学理论推导了井眼围岩应力分布的具体表达式。1998年刘玉石等人针对节理裂隙的硬脆性泥页岩井壁坍塌问题，应用损伤力学理论，从岩体的变形能出发，建立了节理裂缝岩体的弹性损伤——断裂力学模型。2007年李荣等人从分析气体钻井条件下泥页岩吸水扩散系数、吸水膨胀系数和吸水后的力学参数变化入手，结合建立的力学化学耦合模型，紧紧抓住气体钻井和水基钻井液钻井的不同点，使得该模型能较好地运用到气体钻井泥页岩井壁稳定性的分析中，2011年，杨叶针对目前对泥页岩水化作用的评价仅仅是定性的理论分析，其定量分析研究很少，通过对泥页岩地层水化机理的深入分析，探索了泥页岩水化应力的定量计算方法，对泥页岩井壁稳定力学—物理/化学耦合作用下产生的水化应力及对井壁稳定性的影响进行了探讨，进一步结合井壁稳定力学—化学耦合作用下的测井评价模型，建立了一种水化作用条件下泥页岩井壁稳定测井评价方法，2012年卢运虎等人借助固体力学、断裂力学和界面化学理论，建立了介质润湿特性控制的裂缝扩展模型，提出了基于润湿理论的页岩井壁稳定评价方法。
2.数值模拟
2007年王兴隆建立了温度场和地层孔隙压力耦合的多孔弹性模型，给出了温度和孔隙压力的计算公式；应用差分方法求解了温度场-地层孔隙压力耦合模型。
朱荣东等人针对钻井过程中的井壁失稳问题，探讨了裂缝井壁失稳机理，主要考虑了井壁裂缝尖端的应力强度因子，采用有限元法和孔隙弹性理论研究自然裂缝地层中的井眼行为，分析裂缝井壁的稳定性。
Gentzis .T利用STABView 2D 和3D软件分析了钻井和生产过程中的井眼稳定性。他认为井壁附近存在一个屈服区域，并通过STABViewTM 2D软件计算出了该屈服区域；还利用STABViewTM 3D分析了水平井井眼轨迹对井壁稳定的影响，以及在不同倾斜角、方位角下钻井液的密度窗口对井壁稳定的影响。
四、结论
1.数值模拟分析因其可重复操作性强，在井壁失稳分析中受到欢迎，其将与力学分析结合，处理复杂的问题。同时将借助于其他学科知识，发展井壁稳定研究技术。
2.借助于新科学技术，在微观层面上来研究页岩基质、孔隙及矿物等对井壁稳定的影响，将是页岩气储层井壁稳定研究的发展方向。提前预测页岩气储层可能发生失稳的可能性，并采取适当的措施提前预防将成为发展趋势，也会减少钻井成本，提高收益率。
参考文献：
[1]李荣，孟英峰，汪绪刚，袁波.气体钻井中泥页岩地层遇水时的井壁稳定性研究[J].钻采工艺.2008（3）：5-9.
[2]杨叶.水化作用条件下泥页岩井壁稳定性测井评价方法研究[D].中国石油大学，2011.
[3]卢运虎，陈勉，安生.页岩气井脆性页岩井壁裂缝扩展机理[J].石油钻探技术.2012（4）：13-19.
[4]Islam，M.A.& P，Skalle. Stability Analysis in Shale through Deviated Boreholes using the Mohr and Mogi-Coulomb Failure Criteria . ARMA 10-432.
[5]王兴隆，程远方，赵益忠.钻井作业中泥页岩地层井壁稳定受温度影响的规律研究[J].石油钻探技术.2007（2）：42-45.