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| 1 | 页岩气储层井壁坍塌压力研究显示文摘页岩气储层各向异性强,易发生井壁失稳。利用四川盆地所取页岩气储层岩芯测试钻井液对页岩基体及层理面强度的影响规律,结合单一弱面准则,建立页岩气井井壁稳定预测模型,分析层理面倾角、钻井方位、钻井时间及钻井液类型等因素对页岩储层水平井坍塌压力的影响规律。研究结果表明:层理面倾角小于45°时,井壁岩石发生层理面破坏,倾角大于45°时,在某些井眼方位井壁会发生本体破坏;沿最小水平地应力方位附近钻进水平井最容易发生井壁坍塌;随钻井时间的增加,坍塌压力逐渐升高,井壁破坏形式可能会由初始的页岩基体破坏变为层理面破坏;使用油基钻井液比使用水基钻井液更容易保持井壁的长期稳定。研究结果可以为页岩气井钻井设计提供参考依据。 | 闫传梁 邓金根 蔚宝华 谭强 邓福成 朱海燕 胡连波 陈子剑 | 2013 | 岩石力学与工程学报2013，32，8： | 59 |
| 2 | 页岩层理对水平井井壁稳定的影响显示文摘中国南方海相页岩气区硬脆性页岩储层层理/裂缝发育,层理性页岩水平井钻井井壁坍塌问题已严重制约页岩气勘探开发进程。为此,以线弹性井壁稳定力学模型和单一弱面强度理论为基础,建立了考虑页岩层理产状、层理弱面强度、岩石强度、水平井方位、强度弱化(含水量)等因素影响的层理性页岩水平井井壁稳定模型。在此基础上定量分析了层理产状和含水量对水平井井壁坍塌压力的影响。结果表明:坍塌压力与层理面产状、井眼方位关系密切,地层倾角0°<θDIP<15°、75°<θDIP<90°时有利于水平井井壁稳定;页岩层理弱化是导致井壁坍塌失稳的重要原因,无论层理产状如何变化,随着层理含水量的增加,井壁坍塌压力迅速增加,坍塌压力增量约为4.30~22.62MPa,含水量20%时坍塌压力增幅可达100%。 | 马天寿 陈平 | 2014 | 西南石油大学学报(自然科学版)2014，36，5： | 35 |
| 3 | 页岩气井井筒完整性若干研究进展显示文摘在页岩气开发工程中遭遇了井筒完整性问题,主要包括页岩气井水泥环密封失效引起的环空带压问题和页岩气井压裂过程中的套管变形问题。基于目前已有的相关研究成果,总结分析了页岩气井井筒完整性失效问题的相关研究进展情况。随着国内外学者对页岩气井压裂过程中套管变形研究的逐渐深入,认为页岩气井套管变形的主要影响因素包括压裂过程中的温度应力、储层非对称压裂、固井质量差及断层或裂缝滑动等。其中,压裂过程中断层或裂缝滑动造成的页岩气井套管剪切变形机理已经受到越来越多的研究人员关注,并提出可以通过提高套管强度和固井质量、避开断层或裂缝滑动区域来有效降低套管变形的技术对策。页岩气井水泥环密封失效主要由套管内压变化和套管偏心引起的水泥环屈服破坏、界面裂缝引起的窜流等问题造成的,通过采用膨胀水泥、柔性水泥及环空预应力等技术措施可有效减小水泥环密封失效的风险。通过优化设计页岩气井的特殊水泥浆体系,对于有效提高页岩气井水泥环密封完整性具有重要意义。考虑到水泥浆固井密封能力的局限性,还可以附加考虑在井眼环空局部采用机械密封方法达到密封完整性要求。关于页岩气井井筒完整性的研究结果,对于通过体积压裂完井的其它非常规油气井工程相关设计控制也具有重要的参考意义。 | 高德利 刘奎 | 2019 | 石油与天然气地质2019，40，3： | 35 |
| 4 | 龙马溪组硬脆性页岩水化实验研究显示文摘硬脆性页岩水化对页岩气开发井壁稳定有重要的影响,为此,对龙马溪组硬脆性页岩进行水化实验研究,包括矿物组成、微观结构、水化应力、自吸吸水率及岩芯浸泡等方面实验研究,探讨分析了硬脆性页岩水化过程与机理。研究结果表明,页岩黏土矿物以伊利石为主,黏土矿物呈片状且定向排列,层理和微裂纹发育,为水化提供作用空间和流动通道;页岩水化应力和自吸吸水率随浸泡时间增加而先上升后趋于稳定,页岩组构对上升速率或幅度有重要影响;浸泡过程中,岩样表面主要形成平行层里面的裂缝,随着浸泡时间增加,岩样保持完整性或水化剥落成碎块,页岩组构和胶结程度对页岩水化程度有重要影响;页岩水化是物理化学作用和力学作用相互耦合结果,前者使岩石断裂韧性下降,后者使Ⅰ型裂纹应力强度因子增大,当应力强度因子大于岩石断裂韧性时,裂纹将扩展或增宽,逐渐形成宏观裂纹,可进一步扩展成裂缝。 | 刘向君 熊健 梁利喜 | 2016 | 西南石油大学学报(自然科学版)2016，38，3： | 32 |
| 5 | 鄂尔多斯盆地延长组页岩气井壁稳定钻井液显示文摘针对鄂尔多斯盆地延长组页岩气水平井钻井过程中存在的裸眼井壁失稳问题,对该组地层进行理化性能分析,明确了导致页岩井壁失稳的主要因素,即钻井液滤液沿地层微裂缝进入地层引起伊蒙混层膨胀,岩石强度降低,为此提出了采用油包水乳化钻井液的技术对策。在此基础上,通过室内实验优选了一套页岩水平井油包水乳化钻井液。室内性能评价实验表明:该体系可加重至1.60 g/cm3,破乳电压高于800 V,抗温120℃,封堵突破压力为7.28 MPa,浸泡后对页岩强度影响较小,能够有效抑制页岩膨胀和封堵裂缝性地层,对于解决该区页岩气钻井过程中的井壁失稳问题具有指导意义。 | 高莉 张弘 蒋官澄 吴金桥 于小龙 李红梅 | 2013 | 断块油气田2013，20，4： | 27 |
| 6 | 页岩气水平井井壁稳定影响因素与技术对策显示文摘国内绝大多数页岩气水平井在页岩层段钻井过程都发生过坍塌,严重影响了钻井周期及后续压裂施工。由于页岩气井水平段一般较长,普遍在1 000 m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。通过分析认为:影响页岩气水平井井壁失稳的因素主要包括页岩的综合特性、地质力学因素、钻井液的综合性质及其他工程因素。解决页岩气水平井井壁失稳的首要途径是认识层理页岩的特殊力学特性,重点研究不同钻井液体系对其力学特性的影响程度及影响规律(也是钻井液优选的重要依据之一)。再次,需要对地应力场进行综合研究。最后,通过采用合理的井壁稳定力学模型获得控制井壁失稳的钻井液密度范围,配合使用快速高效钻具,才能最大程度确保井壁稳定。 | 刘洪 刘庆 陈乔 王森 王莉莎 | 2013 | 科学技术与工程2013，21，32： | 28 |
| 7 | 含多组弱面的页岩水平井坍塌失稳预测模型显示文摘目前,水平井穿越长段硬脆性页岩储层过程中的井壁坍塌失稳问题很突出。为此,结合页岩露头、岩心、SEM和FMI资料分析了弱面的产状特征,基于弱面强度理论,建立了含多组弱面页岩的强度分析方法,对均匀分布多组弱面页岩的强度特征进行分析,再综合考虑各组弱面产状、井壁应力状态、井眼方位、原地应力方位等因素,最终建立起了含多组弱面页岩水平井坍塌失稳预测模型,并以川南地区某页岩气水平井开展了实例分析。结果表明,页岩中层理和构造缝之间的交角较大(接近正交);随着页岩岩体中弱面数量的增加,岩体强度大幅度下降,强度受弱面控制作用越显著,当含有4组以上弱面时,强度趋于各向同性,且整体强度大大削弱,使井壁坍塌失稳风险显著增加;随着弱面数量的增加,维持水平井井眼稳定所需的钻井液密度(坍塌压力当量密度)也逐渐增加,不含弱面时坍塌压力当量密度为1.04g/cm3,含1组弱面时坍塌压力当量密度为1.55g/cm3,含2组弱面时坍塌压力当量密度为1.84g/cm3。实例水平井计算结果与实际情况吻合较好,较之传统模型更加准确、实用,有效提高了页岩水平井井壁坍塌压力预测的精度。 | 陈平 马天寿 夏宏泉 | 2014 | 天然气工业2014，34，12： | 25 |
| 8 | 含气页岩组分构成与岩石力学特性显示文摘页岩气储层的岩石力学特性能够影响钻井速度,进行含气页岩组构与岩石力学特性研究,可以为钻井设计和施工提供技术支持。采用X射线衍射分析、氩离子束剖光后扫描电镜观测和三轴岩石力学试验等方法,从矿物组分、微观结构、岩石力学性质等方面对蜀南页岩气钻井所取岩心和龙马溪组页岩野外露头进行了岩石力学特性研究。结果表明,龙马溪组合气页岩中黏土矿物的质量分数为16.3%~64.3%,伊利石占黏土总量的74.0%,不含蒙脱石,属于低水敏性页岩;粒径小于5μm的基质矿物含量占绝对优势,其中分布少量细粉砂级碎屑或颗粒;平行于层理面方向和垂直于层理面方向的单轴抗压强度分别为137.0和132.4MPa,45°方向抗压强度为平行层理面方向的66%,表明页岩力学性质存在明显的各向异性。 | 杨恒林 申瑞臣 付利 | 2013 | 石油钻探技术2013，41，5： | 24 |
| 9 | 层理性页岩水平井井壁稳定性分析显示文摘基于孔隙弹性力学和单结构面强度理论,建立层理性页岩水平井井壁稳定力学分析模型,分析层理面产状(走向、倾角)、井眼轨迹(井眼方位)和层理面强度弱化对水平井井壁稳定的影响。研究结果表明:页岩层理面产状和层理面强度弱化是导致水平井井壁坍塌失稳的主要因素;层理面倾角为0°-30°时,沿着任何方位钻水平井的井壁稳定性都比较差,而层理面倾角为30°-90°时,沿特定方位钻水平井的井壁稳定性却比较好的,这便为井眼钻进方位的优化设计提供重要依据;层理面强度弱化的影响可以比层理面产状的影响更大,不同产状下坍塌压力差异可达0.45 g/cm^3,而层理面强度弱化导致的井壁坍塌压力可增加约0.54 g/cm^3;钻井液在渗透作用下沿层理面侵入地层,导致层理面黏聚力和内摩擦角降低,使井壁岩石更容易沿层理产生滑移,从而加剧井壁坍塌失稳的风险。最后,采用该模型在四川东南部威远构造第一口页岩气水平井W201-H1井进行了验证,井壁坍塌压力分析结果与实际情况吻合良好。 | 马天寿 陈平 | 2015 | 中南大学学报(自然科学版)2015，46，4： | 24 |
| 10 | 陆相页岩气水平井段井壁失稳机理及水基钻井液对策显示文摘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95.806MPa,接近于原岩的强度(110.70MPa)。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。 | 王波 孙金声 申峰 李伟 张文哲 | 2020 | 天然气工业2020，40，4： | 23 |
| 11 | 层理页岩水平井井周剪切失稳区域预测方法显示文摘为了揭示层理页岩强度各向异性对水平井井周剪切失稳的影响规律,基于直剪试验研究了川南龙马溪组页岩的强度各向异性特征,并与国外典型层理页岩进行了对比;建立了层理页岩井周坐标转换关系模型,结合井周应力弹性解、Mohr-Coulomb弱面强度理论、Mohr-Coulomb准则,建立了层理页岩地层井周剪切失稳区域预测方法;分析了钻进方位对井周剪切失稳区域分布规律的影响。结果表明:弱面与本体强度参数基本呈线性关系,本体内聚力约为弱面内聚力的2.10倍,本体内摩擦角约为弱面内摩擦角的1.20倍,其中川南龙马溪组页岩强度各向异性特征更加显著;考虑层理等弱面影响计算出的失稳区域的形状不是传统的'狗耳朵'形状,而是近似于长方形,这种形状与典型的物模试验结果基本吻合;若页岩地层中存在显著的层理,则井周地层更容易沿弱面剪切滑动,导致水平井坍塌失稳的风险显著增大。利用该方法可以分别计算出井周地层沿弱面剪切、本体剪切和全部剪切的失稳区域分布,为层理发育地层井眼稳定分析、成像测井反演地应力方位等研究提供基础理论支撑。 | 马天寿 陈平 | 2014 | 石油钻探技术2014，42，5： | 21 |
| 12 | 陆相页岩气水平井钻井提速技术显示文摘针对延长油田页岩气水平井大井眼井段较长、造斜困难、多层位易漏、井壁易失稳、地层可钻性差的难题,本文开展了钻井提速研究。从井身结构进行优化、页岩井壁坍塌时变性规律、优选合适钻井液体系、优选钻头并设计新型钻头稳定器等方面开展了技术攻关。研究表明,将技术套管下深由'A'点提至井斜15°左右,可有效缩短大井眼造斜段长度,提高钻井效率;复合堵漏剂YC-1桥堵、充填都可以起到良好的堵漏效果;表面活性剂KZ-1能短时间内在岩屑表面形成吸附膜,加速岩屑脱离井底的过程;白油基钻井液具有较强的抑制性,有利于保持井壁稳定;'PDC+新型近钻头稳定器'组合能显著提高钻头破岩效率,降低钻井液的'压持效应'。现场应用表明,在钻遇地层相同、钻井难度增加的情况下,钻井周期分别缩短了10.77%和37.38%。 | 马振锋 于小龙 杨全枝 杨先伦 李红梅 赵毅 | 2017 | 非常规油气2017，4，4： | 19 |
| 13 | 焦石坝页岩气储层水平井井壁失稳机理显示文摘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。 | 崔云海 刘厚彬 杨海平 马天寿 | 2016 | 石油钻采工艺2016，38，5： | 17 |
| 14 | 断层附近地应力扰动带宽度及其影响因素显示文摘在建立正断层模型的基础上,利用三维有限元数值模拟方法研究了断层附近地层中的地应力变化规律。其结果表明,由于断层活动,在断层附近普遍发育应力扰动带;在应力扰动带范围内,地应力方向和大小发生明显的变化,断层中部附近应力值普遍较低,而断层端部的应力值通常异常增大。应力扰动带的分布范围主要受断层规模的控制,与断裂带的岩石力学性质、断层走向、断层面形态和边界应力条件等因素也密切相关。随断层长度和断距逐步增大,应力扰动带的宽度相应增加。断裂带的岩石越破碎,其岩石弹性模量越低,断层对地应力的影响宽度越大。断层走向与区域最大水平主应力方向越接近垂直、断距与断层长度的比值越大,区域内的差应力越大,则扰动带宽度与断层规模的比值也越大。选择渤海湾盆地BZ-X油田进行验证,在建立油田实际三维地质模型基础上,根据边界应力条件,利用三维有限元方法对沙河街组二段的地应力分布进行了数值模拟计算。根据断层周围的地应力变化,确定了应力扰动带的分布范围,断层附近应力扰动带宽度的分布规律与正断层模型分析结果相一致。 | 翁剑桥 曾联波 吕文雅 刘奇 祖克威 | 2020 | 地质力学学报2020，26，1： | 17 |
| 15 | 四川盆地长宁地区龙马溪组上、下段页岩储层差异研究显示文摘以四川盆地宜宾长宁地区露头页岩为研究对象,综合利用矿物组成测试、有机碳含量测试、阳离子交换容量测试、低压氮气吸附测试、分形理论等方法,对比分析龙马溪组页岩上段和下段的矿物组成分布、有机碳含量分布及孔隙结构的差异,并讨论这种差异对龙马溪组页岩储层特征的影响。研究结果表明,四川盆地长宁地区龙马溪组页岩上段和下段的矿物组成主要以石英和黏土矿物为主,其中上段石英含量低于下段石英含量,上段黏土矿物含量高于下段黏土矿物含量,下段有机碳含量高于上段有机碳含量;相比龙马溪组页岩上段,龙马溪组页岩下段有较低的黏土矿物含量和较高的石英含量,使其水化膨胀能力较低及其有较高的脆性特征;相比龙马溪组页岩上段,龙马溪组页岩下段富含更多的有机质,使其比表面积和总孔容较高,分形维数较大,孔隙结构复杂,吸附气体能力强。 | 熊健 刘向君 梁利喜 吴涛 | 2015 | 西北大学学报(自然科学版)2015，45，4： | 14 |
| 16 | 新型聚合醇钻井液抑制性能研究显示文摘基于页岩气开发中对页岩井壁稳定的严格要求和聚合醇抑制剂在钻井液中性能特点,应用聚合醇(丙三醇、乙二醇和聚乙二醇200)与水共同构建钻井液液相的研究方法,配制了新型聚合醇钻井液。通过抑制膨润土造浆实验、页岩膨胀实验和页岩滚动分散实验,对比评价了新型聚合醇钻井液与传统应用抑制剂的钻井液的抑制性能。结果表明,与传统应用抑制剂的钻井液相比,新型聚合醇钻井液更有利于抑制膨润土的水化造浆、页岩水化膨胀和页岩水化分散,具有更佳的应用前景。 | 褚奇 薛玉志 李涛 宋兆辉 李胜 | 2015 | 科学技术与工程2015，35，3： | 14 |
| 17 | 钻井液浸泡作用下脆性页岩强度特征实验显示文摘为了揭示钻井液浸泡作用下脆性页岩强度的影响规律和维持页岩井壁稳定的关键因素,以脆性页岩露头为研究对象,采用岩石力学实验及微观结构扫描相结合的方法,分别开展蒸馏水、油基钻井液及水基钻井液3类流体高温高压浸泡后页岩力学实验,分析了钻井液对页岩强度的影响规律及内在机制。研究结果表明:脆性页岩在强封堵强抑制油基钻井液和强封堵弱抑制水基钻井液中浸泡后,其抗压强度、弹性模量、内聚力等力学参数均有不同程度降低;页岩强度弱化的主要原因是钻井液侵入页岩内部引起的力学损伤,以及钻井液碱性组分溶蚀矿物引起的化学损伤导致的裂缝等弱结构面扩展;分析得出提高钻井液的封堵性能是保持脆性页岩强度最有效的方式。 | 向朝纲 陈俊斌 杨刚 | 2018 | 断块油气田2018，25，6： | 13 |
| 18 | 龙马溪组页岩强度评价与分析显示文摘准确全面地评价页岩储层的岩石强度,对页岩水平井井壁稳定性研究具有重要意义。针对龙马溪组页岩储层的特性,采用抗压法、屈曲硬度法和刻划测试法等多种评价方法,对其页岩抗压强度进行了综合评价与分析。评价表明,龙马溪组页岩的抗压强度大体为100~300MPa,平均为123.71MPa;与水接触后,页岩微裂缝附近的抗压强度可降低80%左右。研究表明,龙马溪组页岩的抗压强度受矿物组分相对富集的影响较大,石英含量高、黏土矿物含量低的区域抗压强度大;微裂隙对页岩整体强度具有决定性影响;在页岩水平井采用水基钻井液钻进时,必须加强对微裂隙的封堵能力,才能有效降低井壁失稳的风险。 | 林永学 高书阳 曾义金 | 2015 | 石油钻探技术2015，43，5： | 11 |
| 19 | 川南深层各向异性页岩井壁失稳力学机理显示文摘川南页岩埋藏深、岩性复杂、质地硬脆、层理发育、地应力复杂,水平井钻井井壁失稳事故时常发生,严重阻碍了深层页岩气高效开发进程。为此,以川南深层龙马溪页岩为对象,实验测定了页岩各向异性弹性和强度参数,通过成像测井分析了层理产状,通过室内实验和测井资料确定了地应力大小和方位,建立了各向异性页岩井壁坍塌压力模型,分析了不同地层条件的坍塌压力,并以川南深层页岩气井为例进行了验证。结果表明,页岩基质黏聚力和内摩擦角为13.00MPa、39.50°,层理黏聚力和内摩擦角为11.10 MPa、2850°,层理倾角5°~15°、倾向NE110°~NE120°;水平最大主应力114.69~117.23 MPa、水平最小主应力93.79~94.57 MPa、垂向地应力108.42~112.81 MPa;综合考虑弹性和强度各向异性计算的坍塌压力最高,强度各向异性的影响明显大于弹性各向异性;沿水平最大主应力钻进的水平井稳定性最好,其次为直井和小角度定向井,沿水平最小主应力方向钻进水平井时稳定性最差;L20X井实钻情况与预测结果基本一致,证实了模型的准确性。 | 李郑涛 张震 吴鹏程 马天寿 付建红 | 2021 | 西南石油大学学报(自然科学版)2021，43，4： | 11 |
| 20 | 硬脆性页岩基础物性实验及井壁稳定性分析显示文摘近年来,由于世界能源的需求量剧增,页岩气的勘探、开发、研究已成为石油行业关注的焦点,其中最令人关注的工程难题之一就是钻井过程中的井壁失稳问题。龙马溪组页岩更是频繁的发生严重的井壁垮塌事故,给钻井施工造成了很大的困难。通过室内实验分析龙马溪组页岩露头的矿物成分、微观结构以及力学性质,研究了其井壁失稳机理。岩心轴向与层理面法向夹角为45°~70°之间时,其破坏形式主要表现为沿层理面的剪切滑移;当夹角为60°左右时,岩石的抗压强度最低。龙马溪组页岩在纵向上呈层状分布,微孔隙、微裂缝发育,表现出很强的各向异性。采用常规的均质模型,坍塌压力计算结果往往会偏低,因此考虑含弱面结构的破坏准则进行井壁稳定性分析更接近真实情况。 | 雷梦 梁利喜 熊健 庄大林 罗超 | 2015 | 科学技术与工程2015，35，7： | 10 |
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