湖相页岩水平井井壁稳定机理及钻井液安全密度窗口——以四川盆地侏罗系大安寨段为例

作者：马天寿; 向国富; 林兆勇; 杨博仲; 陈颖杰

来源：天然气工业, 2021, 41(09): 114-124.

• 湖相页岩
• 页岩油气
• 水平井
• 井壁稳定机理
• 各向异性
• 钻井液安全密度窗口
• 四川盆地
• 侏罗系大安寨段

近期中石化、中石油相继在四川盆地侏罗系湖相页岩中取得了油气勘探突破,泰页1井、平安1井、龙安1井均在页岩段获得工业油气流,进一步展示了湖相页岩的油气勘探开发潜力。四川盆地湖相页岩是我国页岩油气勘探的重点方向,但页岩水平井井壁失稳风险较高,容易发生井壁坍塌、卡钻和埋钻事故,严重制约了水平井钻井提速提效和安全钻井。为了厘清湖相页岩的井壁稳定机理,以四川盆地侏罗系大安寨段湖相页岩为研究对象,系统开展了页岩矿物组成、微观结构、理化性能、岩石力学等测试分析,建立了钻井液安全密度窗口评价模型,分析了大安寨段页岩地层的井壁稳定性,并在N2H井验证了井壁稳定机理和钻井液安全密度窗口评价结果的准确性。研究结果表明:(1)大安寨段湖相页岩主要是应力集中过高、强度各向异性及钻井液穿透进入弱面造成的力学失稳,需要重视钻井液物理封堵性能;(2)直井和小角度定向井稳定性最好,井斜角超过45°后坍塌压力急剧增加;(3)沿最大水平地应力的水平井坍塌压力低、破裂压力高,井壁稳定性好,但不利于压裂;(4)沿最小水平地应力的水平井坍塌压力高、破裂压力低,井壁稳定性差,但有利于压裂。结论认为,N2H井安全密度窗口下限和上限分别为1.91～1.98 g/cm3(均值为1.94 g/cm3)、2.37～2.55g/cm3(均值为2.45 g/cm3),推荐油基钻井液密度介于2.05～2.30 g/cm3,预测结果与实钻情况吻合较好;该研究成果可以为大安寨段湖相页岩水平井井壁失稳防治、水平井钻井设计和施工提供有效的指导。

• 单位
  中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院; 西南石油大学; 油气藏地质及开发工程国家重点实验室