深层脆性页岩水平井裸眼完井井壁稳定性研究
孟英峰1，刘厚彬1 *，余安然1，胡永章2，邓元洲3
【摘 要】常规页岩气储层改造工艺为套管射孔与多级压裂改造相结合，施工成本高、周期长，若实施水平井段裸眼完井可一定程度降低成本、缩短周期，但水平裸眼井段井壁稳定是实施裸眼完井的前提条件。通过对威荣地区龙马溪组页岩水理化及力学性能进行实验研究，结合建立的裸眼完井理论模型评价威荣地区页岩水平段裸眼完井井壁稳定性。结果表明，龙马溪组页岩为脆性层理页岩，岩体较为致密，力学强度高，力学各向异性明显；现场油基、水基钻井液对岩石膨胀性能及力学性能的改变不明显，现场所用钻井液与该地层配伍程度高；井眼轨迹、层理缝走向、力学各向异性等可对裸眼井段稳定性产生影响，致使不同方向井筒内应力差异明显，沿最小水平主应力方向钻水平井井壁稳定性最好，完井工况下井壁坍塌压力当量密度在1.26 g/cm3，完井投产初期井壁存在轻微崩落掉块，但崩落范围小于30?，判断认为威荣区块龙马溪组页岩地层可考虑采用水平井裸眼完井方式。
【期刊名称】《西南石油大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2019(041)006 【总页数】9
【关键词】脆性页岩；膨胀性能；裸眼完井；井壁稳定 网络出版时间：2019-11-25
基金项目：高等学校学科创新引智计划（111 计划）（D18016） 网
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孟英峰，刘厚彬，余安然，等. 深层脆性页岩水平井裸眼完井井壁稳定性研究[J]. 西南石油大学学报（自然科学版），2019，41（6）：51-59.
MENG Yingfeng,LIU Houbin,YU Anran,et al. Borehole Completion Stability of Deep Brittle Shale Horizontal Wells[J].Journal of Southwest Petroleum University(Science&Technology Edition),2019,41(6): 51-59.
引 言
裸眼完井指的是完井时井底的储集层是裸露的、只在储集层以上用套管封固的完井方法，根据下油层套管的先后，分为先期裸眼完井和后期裸眼完井两大类[1-2]，具有提高油气井的产能，及节约钻井成本的特点。
针对裸眼完井可行性研究，大致思路是从井筒内应力分布情况、井的产能及裸眼完井极限生产压差等角度进行研究[3]。1997 年，熊友明等[4] 等根据裸眼水平井天然产能计算模型，结合裸眼完井、裸眼井下砾石充填完井的完井损害及井底压降导致的产能下降，推导出考虑储层各向异性和井眼偏心距的各种产能数学模型。2002 年，曾流芳等[5] 利用Mohr-Coulomb 准则建立裸眼完井井壁出砂的数学模型，推导出油井出砂时临界井底流压的计算公式，分析了储层压力、岩石抗压强度及原地应力状态对出砂的影响。2004 年，陈要辉等[6] 考虑影响井筒压降大小的各个因素,建立了分支水平井筒压力分布求解模型，并耦合油藏三维渗流模型，利用迭代法,求解裸眼井筒内的压力分布。2008 年孙峰,薛世峰等[7] 虑流体渗流、储层变形和破坏等因素，建立流固耦合形式的疏松砂岩应力损害定量评价模型，对裸眼油井疏松砂岩油藏应力损害进行了定量评价。2013 年，范白涛等[8] 建立了一种裸眼完井极限生产压差的分析方法，通过计算裸眼完井生产过程中允许使用的最大生产压差，判断裸眼完井方式是否可行。
并应用于辽东湾太古界地层的裸眼完井判定。
本文在系统测试不同工作液环境下威荣地区龙马溪组页岩水化膨胀性能及力学性能动态变化规律的基础上，考虑地应力场、井眼轨迹、完井生产井底力学边界条件，建立威荣区块龙马溪组页岩水平段裸眼完井井壁稳定评价模型，评估该地区页岩水平井裸眼完井可行性，为该地区后续层段是否可采用裸眼完井提供理论支撑。
1 实验样品采集
在威荣平台现场采集井下全尺寸岩样及露头若干，收集现场油基钻井液、水基钻井液体系两套。由于采集岩样层理面明显，因此，按照与轴向夹角依次为 90?、60?、30?和 0?制备成等不同层理角度岩样。实验所用岩芯及钻井液如图1 所示。
2 页岩矿物组分及水理化性能
2.1 页岩矿物组分测试
采用西南石油大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室X-射线衍射设备进行页岩组分测试，X-射线衍射分析具有操作简单、可详细获取黏土矿物类型、含量等数据的特点，可用于研究复杂的层间作用和进行黏上矿物的定量或半定量分析，是进行全岩分析、黏土矿物分析的主要方法[9-10]。
选取井下岩屑16 份，分为4 组进行龙马溪组页岩矿物组分及黏土含量测试，测试结果取平均值，结果见表1 和表2。
表1 矿物组分结果显示，威荣地区龙马溪组黑色页岩英石含量平均34.18%，方解石含量平均12.37%，白云石含量平均18.87%，黄铁矿含量平均3.94%，斜长石含量平均4.56%，黏土矿物含量平均26.06%。由页岩脆性公式计算得
深层脆性页岩水平井裸眼完井井壁稳定性研究
