順北區(qū)塊輝綠巖井段井壁穩(wěn)定性分析＊

胡廣強 白彬珍 柯 珂

（1．中國石化西北油田分公司 新疆烏魯木齊 830011； 2．中國石化石油工程技術(shù)研究院 北京 100101）

順北區(qū)塊輝綠巖井段井壁穩(wěn)定性分析＊

胡廣強1白彬珍2柯 珂2

（1．中國石化西北油田分公司 新疆烏魯木齊 830011； 2．中國石化石油工程技術(shù)研究院 北京 100101）

順北地區(qū)多口井在鉆進奧陶系桑塔木組輝綠巖侵入體時掉塊嚴重，導(dǎo)致井下頻繁蹩鉆、阻卡，上提鉆井液密度后多次引發(fā)井漏，多次堵漏但效果不明顯。基于輝綠巖的微觀結(jié)構(gòu)特性分析，通過開展輝綠巖理化性能測試和巖石力學實驗，結(jié)果表明：輝綠巖基巖礦物主要以斜長石為主，縫間填充物礦物主要包括石英、斜長石和黏土礦物，水化不易分散、穩(wěn)定性好、水化膨脹應(yīng)變非常小，不易造成井壁坍塌失穩(wěn)；輝綠巖具巖石硬脆性、強度高而彈塑性差的力學特征，微裂縫發(fā)育的弱理面效應(yīng)導(dǎo)致輝綠巖巖體整體強度降低易造成井壁坍塌失穩(wěn)。根據(jù)裂縫對輝綠巖強度的影響規(guī)律，建立了輝綠巖地應(yīng)力與坍塌壓力剖面，從而得出了輝綠巖合理鉆井液密度窗口，并在順北1－3、順北1－6H等后續(xù)鉆井中取得成功應(yīng)用，具有推廣應(yīng)用價值。

輝綠巖；井壁穩(wěn)定性；巖石力學；坍塌壓力；鉆井液密度窗口

順北1井為塔里木盆地順北地區(qū)首口奧陶系預(yù)探井，該井于奧陶系桑塔木組6 905～6 945 m井段鉆遇輝綠巖侵入體，掉塊嚴重，導(dǎo)致井下頻繁蹩鉆、阻卡。增大鉆井液密度后，由于上部地層承壓能力低而多次引發(fā)井漏，經(jīng)多次堵漏但效果不明顯，裸眼段內(nèi)漏、塌、卡等復(fù)雜共存，終因無法保障鉆井安全被迫側(cè)鉆并調(diào)整井身結(jié)構(gòu)，對輝綠巖侵入體進行專打?qū)７狻Ｄ壳皣鴥?nèi)外學者對井壁失穩(wěn)機理、井壁失穩(wěn)預(yù)測與評價主要是從力學和化學兩大方面開展［1－3］，形成了較為成熟的基于巖石力學理論的井眼坍塌壓力計算模型［4－6］、安全鉆井液密度窗口的計算方法［7］以及基于巖石、流體性質(zhì)的防治井壁失穩(wěn)的鉆井液系列關(guān)鍵技術(shù)［8－10］。基于以上研究成果，筆者從順北1井輝綠巖侵入體特性入手，首先對輝綠巖的微觀結(jié)構(gòu)特性進行分析，明確了輝綠巖礦物組分及含量，然后通過開展輝綠巖理化性能測試和巖石力學實驗，對其水化膨脹性能、巖石力學特性進行了分析，明確了裂縫對輝綠巖強度的影響規(guī)律，分析得出了輝綠巖地應(yīng)力與坍塌壓力剖面，從而確定出了合理的鉆井液密度區(qū)間，并在后續(xù)鉆井作業(yè)中取得了成功應(yīng)用，具有推廣應(yīng)用價值。

1 井壁失穩(wěn)化學機理分析

1．1 輝綠巖微觀結(jié)構(gòu)特性

輝綠巖為淺成巖侵入體，多由地質(zhì)晶洞構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、流動構(gòu)造等形成，呈現(xiàn)深灰、灰黑色［11－12］。巖心薄片顯示，輝綠巖內(nèi)部發(fā)育有方向不一的微裂縫，呈縱橫交織狀（圖1），縫間多為長石、方解石等充填，部分存在泥質(zhì)填充。一般認為，輝綠巖為深源玄武質(zhì)巖漿向地殼淺部侵入結(jié)晶形成，常呈巖脈、巖墻、巖床，或充填于玄武巖火山口中呈巖株狀產(chǎn)出［13－15］。

圖1 巖心薄片下的輝綠巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig．1 Micro－structure of diabase

薄片電鏡掃描顯示，順北地區(qū)輝綠巖內(nèi)部破碎和裂縫共存，存在張開縫及填充黏土的閉合縫（圖2a），同時發(fā)育有層狀、片狀橄欖石（圖2b）和鈦鐵礦（圖2c），顯示出輝綠巖破碎、具有一定的磁性、質(zhì)地不均勻的特點。

圖2 順北1井輝綠巖電鏡掃描照片F(xiàn)ig．2 SEM of diabase from Well Shunbei－1

表1 順北地區(qū)輝綠巖縫間填充物及基巖礦物組分及相對含量Table 1 Mineral components and its content of fillings in diabase’s gaps in Shunbei Block %

X－射線衍射實驗測得順北地區(qū)輝綠巖縫間填充物礦物及基巖礦物組分含量見表1，由表1可知，輝綠巖縫間填充物礦物主要包括石英、斜長石和黏土礦物，含少量鉀長石、白云巖及菱鐵礦，大量黏土填充物的存在可能會導(dǎo)致水化效應(yīng)，降低層理面的強度；輝綠巖基巖礦物主要以斜長石為主，含有石英、菱鐵礦及少量黏土礦物，表現(xiàn)出性硬、致密的物理特征。

1．2 輝綠巖理化性能測試

實驗室內(nèi)通過水化膨脹應(yīng)變、熱滾動回收率試驗，判斷裂縫及基巖的黏土水化效應(yīng)對輝綠巖穩(wěn)定性的影響。

1）水化膨脹性能測試分析。室內(nèi)試驗表明，蒸餾水環(huán)境下兩組輝綠巖水化膨脹應(yīng)變非常小，幾乎不存在膨脹性能，由此判斷水化膨脹效應(yīng)不是輝綠巖井壁垮塌失穩(wěn)的控制因素。

2）滾動回收率測試分析。使用5%NaCl和蒸餾水作為浸泡液體，利用滾子加熱爐測試順北1井輝綠巖和同層泥巖的滾動回收率（圖3），可以看出，2組測試中，輝綠巖回收率在70%～80%，遠高于泥巖20%～30%的回收率，體現(xiàn)了輝綠巖巖樣不易分散、穩(wěn)定性好的特點。

2 井壁失穩(wěn)力學機理分析

2．1 輝綠巖巖石力學特性

1）輝綠巖基巖的力學特征。泊松比、單軸抗壓強度等是描述巖石彈性變形、衡量巖石抵抗變形能力和程度的主要參數(shù)［16］。利用室內(nèi)三軸巖石力學實驗設(shè)備測試了鄰井阿東1井輝綠巖井下壓力環(huán)境下巖石彈性參數(shù)及力學強度（表2），可以看出，輝綠巖泊松比為0．208～0．267，彈性模量為29 258～37 894 MPa，抗壓強度普遍高于300 MPa，最高為392．8 MPa，體現(xiàn)出硬脆性巖石、強度高而彈塑性差的力學特征。該類巖石在高溫高壓下受應(yīng)力破壞變形較小，很難發(fā)展為延性流動釋放應(yīng)力，容易發(fā)生脆性應(yīng)力失穩(wěn)坍塌。

表2 順北地區(qū)阿東1井輝綠巖彈性參數(shù)及力學強度測試結(jié)果Table 2 Elastic and mechanic test results of diabase from Well Adong－1in Shunbei Block

利用室內(nèi)三軸力學參數(shù)測試裝置測試分析了輝綠巖掉塊硬度（圖4），結(jié)果表明輝綠巖具有極高的硬度，其范圍為500～1 900 MPa，高硬度對鉆頭帶來了嚴重的損傷。

圖4 順北地區(qū)阿東1井輝綠巖巖石硬度測試結(jié)果Fig．4 Rock hardness test results of diabase from Well Adong－1in Shunbei Block

2）裂縫對輝綠巖強度的影響。實驗結(jié)果表明，輝綠巖基巖十分致密，具有較高的巖石力學強度，井壁穩(wěn)定性較好。但微裂縫十分發(fā)育，微裂縫間力學強度低于基巖力學強度，微裂縫的弱理面效應(yīng)導(dǎo)致輝綠巖巖體整體強度降低。因此，在評價分析輝綠巖地層井壁穩(wěn)定性時，需要考慮微裂縫的弱理面效應(yīng)。

采用經(jīng)典的弱面理論準則研究微裂縫對輝綠巖地層坍塌壓力的影響，以裂縫面法向方向與最大主應(yīng)力之間的夾角表征不同方向裂縫的影響［17－18］。

式（1）中：σθ、σr分別為井壁表面周向應(yīng)力、徑向應(yīng)力，MPa；C為裂縫縫間的內(nèi)聚力，MPa；φ為裂縫間的內(nèi)摩擦角，（°）；α為有效應(yīng)力系數(shù)，無量綱；pp地層孔隙壓力，MPa；β為裂縫面法向方向與最大主應(yīng)力之間的夾角，（°）。

對于直井，井壁表面3個主應(yīng)力分別為σr、σθ、σz，其中σr、σθ可表示為

式（2）、（3）中：pw為井筒內(nèi)鉆井液液柱壓力，MPa；σH為最大水平主應(yīng)力，MPa；σh為最小水平主應(yīng)力，MPa；θ 為井周角，（°）。

當井壁表面巖石不沿微裂縫發(fā)生滑移失穩(wěn)時，可采用摩爾－庫侖準則計算地層坍塌壓力，計算公式為

利用以上公式評價分析含有微裂縫輝綠巖地層井壁穩(wěn)定性，計算用于穩(wěn)定裂縫性輝綠巖地層坍塌壓力當量密度，結(jié)果見圖5（圖中β表示裂縫面法向與最大水平主應(yīng)力方向的夾角）。從圖5可以看出，考慮鉆井液的滲流作用，井壁表面巖石孔隙壓力升高至井筒液柱壓力，地層坍塌壓力當量密度隨之升高至1．55～1．60 g／cm3左右。當考慮微裂縫弱理面效應(yīng)時，地層坍塌壓力明顯升高，不同微裂縫方向縫弱理面效應(yīng)不同，最高地層坍塌壓力發(fā)生在β＝30°時，在最小水平主應(yīng)力方向地層坍塌壓力當量密度為1．85 g／cm3左右。

圖5 裂縫性輝綠巖坍塌壓力分布圖（考慮鉆井液滲流）Fig．5 Fractured diabase collapse pressure distribution（consider drilling fluid seepage）

2．2 輝綠巖地應(yīng)力分析

通過室內(nèi)實驗及測井資料進行輝綠巖地應(yīng)力分析，明確其走滑應(yīng)力機制，計算應(yīng)力構(gòu)造系數(shù)，確定地層真實坍塌壓力，明確輝綠巖井壁失穩(wěn)機理。

1）垂向應(yīng)力。利用巖石密度測井曲線積分估算上覆巖層壓力值。一般認為垂向應(yīng)力等于上覆巖石地層壓力［19］，即

式（5）中：σv為深度為H 處的上覆地層壓力，MPa；g 為重力加速度，一般取9．8 m／s2；ρ、ρ0分別為研究井段以上、研究井段內(nèi)的地層密度，g／cm3；H0、H 分別為頂界深度、目的點深度，m。

根據(jù)式（5）計算得到順北1井輝綠巖井段地層上覆巖石地層壓力平均值為2．35 MPa，整體趨勢表現(xiàn)為隨著地層壓實沉積作用的不斷增加而增大。

2）水平應(yīng)力。利用聲發(fā)射方法測定鄰井阿東1井輝綠巖巖樣在井下圍壓條件下的地應(yīng)力大小。首先通過聲發(fā)射方法測定從3塊巖心不同方向制備的巖樣的Kaiser效應(yīng)點應(yīng)力值（表3），再根據(jù)式（6）可求得輝綠巖侵入體最大、最小水平地應(yīng)力分別為2．56、1．62 MPa，最大水平地應(yīng)力與上覆巖石地層壓力相近。

表3 不同角度巖樣Kaiser效應(yīng)點Table 3 Rock sample’s Kaiser effect point value with different angles

式（6）中：σ1、σ2、σ3分別為環(huán)向方向3個小巖心柱體的Kaiser效應(yīng)點正應(yīng)力，MPa；σh1、σh2分別為最大、最小水平地應(yīng)力，MPa。

由式（7）、（8）可獲得輝綠巖侵入體最大水平地應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)ε為0．703，最小水平地應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)γ為0．271（式（7）、（8）中μs為巖石靜態(tài)泊松比），進而可以求出輝綠巖侵入體的地應(yīng)力剖面，如圖6所示。由圖6可以看出，順北地區(qū)奧陶系輝綠巖段最大水平主應(yīng)力最大，上覆巖石地層壓力次之，最小水平主應(yīng)力最小。

圖6 順北1井輝綠巖侵入體地應(yīng)力大小分布剖面

Fig．6 Diabse formation stress profile of Well Shunbei－1

3）地層坍塌壓力。硬脆性地層的井壁失穩(wěn)一般表現(xiàn)為剪切破壞而坍塌、擴徑，其主要原因是巖石所承受的剪切力克服了巖石的剪切強度和作用于剪切面上的摩阻力，即

式（9）中：τ 為摩阻力，MPa；μ 為巖石的內(nèi)摩擦系數(shù)，μ＝tanφ；σ為剪切力，MPa。

通過對順北1井火成巖地層段進行坍塌壓力和破裂壓力計算，并結(jié)合地層破裂試驗參數(shù)進行校正（圖7），可以看出，該井泥巖、凝灰?guī)r地層井壁穩(wěn)定性好，地層坍塌壓力當量密度普遍低于1．4 g／cm3；輝綠巖地層井壁穩(wěn)定性差，地層坍塌壓力當量密度普遍在1．8 g／cm3左右。在實際鉆井過程中，鉆井液密度為1．65 g／cm3時無法滿足井壁穩(wěn)定要求，低于鉆井液密度預(yù)測結(jié)果，井壁垮塌擴徑；當鉆井液密度升高至1．87 g／cm3時，井壁穩(wěn)定性轉(zhuǎn)好，井眼較為規(guī)則。

圖7 順北1井輝綠巖及附近地層坍塌壓力當量密度分布剖面Fig．7 Diabse formation stress profile of Well Shunbei－1

3 輝綠巖井段合理鉆井液密度的確定

從地層壓力和坍塌壓力數(shù)據(jù)可以看出，輝綠巖坍塌壓力高達1．75～1．80 g／cm3，側(cè)鉆前使用1．40 g／cm3的鉆井液密度顯然無法平衡坍塌壓力，因而發(fā)生了崩落垮塌。為此，利用測井資料分析計算了側(cè)鉆前后井壁巖石承受的周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力的情況，可以發(fā)現(xiàn)，側(cè)鉆前鉆井液密度為1．40 g／cm3時，巖石周向應(yīng)力與徑向應(yīng)力的差值最大為115 MPa（圖8a）；側(cè)鉆后在井深6 928 m 調(diào)整鉆井液密度為1．85 g／cm3以上，其差值降為65 MPa（圖8b），井壁失穩(wěn)風險降低，井徑擴大率明顯變小（圖9）。

同時，已鉆各井在輝綠巖井段均呈現(xiàn)井斜上升趨勢，因此考慮井斜的影響，利用測井資料對井深6 715、6 925、6 935、6 940 m層段做應(yīng)力分布圖（圖10），可以看出，井斜角從0°到90°時須用不同的鉆井液密度抑制坍塌，井斜角為0°時（6 915 m）1．84 g／cm3的鉆井液密度即可維持井壁穩(wěn)定，當井斜角為90°時，鉆井液密度高達1．98 g／cm3。

綜合順北1井現(xiàn)場數(shù)據(jù)及理論計算結(jié)果，推薦順北地區(qū)輝綠巖段鉆井液密度不低于1．85 g／cm3，再考慮井斜、地層破裂壓力的影響，推薦鉆井液密度窗口為1．85～1．99 g／cm3（表4）。

根據(jù)上述鉆井液密度窗口推薦結(jié)果，在后續(xù)實施的順北1－3、順北1－6H井等作業(yè)中，三開井段均未出現(xiàn)明顯掉塊，平均井徑擴大率約11．5%，輝綠巖井段井徑擴大率16．7%，鉆井周期較鄰井縮短12．1～15．2d，取得了顯著效果。

圖8 順北地區(qū)輝綠巖侵入體在不同鉆井液密度下周向與徑向應(yīng)力分布Fig．8 Radial and circumferential stress under condition of different drilling fluid density of Shunbei diabase

圖9 順北1井輝綠巖井段井徑與鉆井液密度曲線Fig．9 Diabse well section’s caliper and mud density curve of Well Shunbei－1

圖10 順北地區(qū)輝綠巖不同井斜角所需鉆井液密度Fig．10 Shunbei diabase required mud density under different inclination angles

表4 順北地區(qū)輝綠巖段地層壓力數(shù)據(jù)及推薦鉆井液密度窗口Table 4 Shunbei diabase section formation pressure and recommend drilling fluid density window

4 結(jié)論

1）從微觀結(jié)構(gòu)特性分析入手，對順北地區(qū)奧陶系塔木組輝綠巖礦物組分及含量進行了分析，開展了輝綠巖理化特性測試和巖石力學實驗，結(jié)果表明：輝綠巖基巖礦物主要以斜長石為主，縫間填充物礦物主要包括石英、斜長石和黏土礦物，水化不易分散、穩(wěn)定性好、水化膨脹應(yīng)變非常小，不易造成井壁坍塌失穩(wěn)；輝綠巖具巖石硬脆性、強度高而彈塑性差的力學特征，微裂縫發(fā)育的弱理面效應(yīng)導(dǎo)致輝綠巖巖體整體強度降低易造成井壁坍塌失穩(wěn)。

2）根據(jù)裂縫對輝綠巖強度的影響規(guī)律，建立了輝綠巖地應(yīng)力與坍塌壓力剖面，從而得出了輝綠巖井段合理鉆井液密度窗口為1．85～1．99 g／cm3，在后續(xù)實施的順北1－3、順北1－6H等井鉆井中取得成功應(yīng)用。

［1］ 徐同臺．井壁穩(wěn)定技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］．鉆井液與完井液，1997，14（4）：36－43．XU Tongtai．On wellbore stability technology［J］．Drilling Fluid and Completion Fluid，1997，14（4）：36－43．

［2］ 趙忠舉，等．國外力學和化學穩(wěn)定井壁機理和方法的調(diào)研［R］．北京：中國石油天然氣總公司石油信息研究所，2000：56－70．

［3］ 劉向君．井壁力學穩(wěn)定性原理及影響因素分析［J］．西南石油學院學報，1995，17（4）：51－57．LIU Xiangjun．The principle of well face mechanical stability and its influence factors［J］．Journal of Southwest Petroleum Institute，1995，17（4）：51－57．

［4］ 陳穎杰，王宇，徐婧源，等．考慮有效膜壓力的坍塌壓力計算模型［J］．天然氣工業(yè)，2016，36（3）：69－76．CHEN Yingjie，WANG Yu，XU Jingyuan，et al．A calculation model of collapse pressures with consideration to the effective diaphragm pressure［J］．Natural Gas Industry，2016，36（3）：69－76．

［5］ 周鵬高，王崢，張建彬，等．允許井壁有限破壞的坍塌壓力計算模型［J］．石油礦場機械，2016，45（2）：50－53．ZHOU Penggao，WANG Zheng，ZHANG Jianbin，et al．Collapse pressure calculation model allowed borehole limited destruction［J］．Oil Field Equipment，2016，45（2）：50－53．

［6］ 陳勉，金衍，張廣清．石油工程巖石力學［M］．北京：科學出版社，2008：118－121．CHEN Mian，JIN Yan，ZHANG Guangqing．Rock mechanics of petroleum engineering［M］．Beijing：Science Press，2008：118－121．

［7］ 吳超，陳小鋒，王磊．鉆井液密度窗口隨鉆預(yù)測理論及其工程應(yīng)用［J］．石油學報，2016，37（3）：399－405．WU Chao，CHEN Xiaofeng，WANG Lei．A theory on predicting drilling fluid density windows while drilling and its engineering application［J］．Acta Petrolei Sinica，2016，37（3）：399－405．

［8］ 張榮，韓豐欣，苗海龍，等．BZ13－1油田防塌鉆井液的研制及應(yīng)用［J］．中國海上油氣，2010，22（2）：119－121，124．ZHANG Rong，HAN Fengxin，MIAO Hailong，et al．Development and application of anti－collapsing drilling fluid for BZ13－1 oilfield［J］．China Offshore Oil and Gas，2010，22（2）：119－121，124．

［9］ 李炎軍，田藝，邵詩軍．潿洲12－1N油田復(fù)雜事故井套管開窗側(cè)鉆工藝設(shè)計與作業(yè)實踐［J］．中國海上油氣，2006，18（1）：45－48．LI Yanjun，TIAN Yi，SHAO Shijun．Casing side－tracking design and operation for complicated accidental well in WZ12－1N oilfield［J］．China Offshore Oil and Gas，2006，18（1）：45－48．

［10］ 張海山．東海地區(qū)低孔低滲儲層低自由水鉆井液體系研究與應(yīng)用［J］．中國海上油氣，2013，25（2）：71－73．ZHANG Haishan．The research and application of low free water drilling fluid system in the low porosity and low permeability reservoirs in the East China Sea［J］．China Offshore Oil and Gas，2013，25（2）：71－73．

［11］ 路保平，鮑洪志．巖石力學參數(shù)求取方法進展［J］．石油鉆探技術(shù)，2005，33（5）：44－47．LU Baoping，BAO Hongzhi．Advances in calculation methods for rock mechanics parameters［J］．Petroleum Drilling Techniques，2005，33（5）：44－47．

［12］ 張廣清，金衍，陳勉．利用圍壓下巖石的凱澤效應(yīng)測定地應(yīng)力［J］．巖石力學與工程學報，2002，21（3）：360－363．ZHANG Guangqing，JIN Yan，CHEN Mian．Measurement of insitu stresses by Kaiser effect under confining pressures［J］．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2002，21（3）：360－363．

［13］ 鄧金根，黃榮樽，田效山．油田深部地層地應(yīng)力測定的新方法［J］．石油大學學報，1997，21（1）：32－35．DENG Jingen，HUANG Rongzun，TIAN Xiaoshan．A new method for measuring in situ stress in deep formation［J］．Journal of the University of Petroleum，China，1997，21（1）：32－35．

［14］ 陳治喜，陳勉，金衍．巖石斷裂韌性與聲波速度相關(guān)性的試驗研究［J］．石油鉆采工藝，1997，19（5）：56－60．CHEN Zhixi，CHEN Mian，JIN Yan．Experimental study on the relationship between rock fracture toughness and acoustic velocity［J］．Oil Drilling and Production Technology，1997，19（5）：56－60．

［15］ 徐同臺，等．井壁穩(wěn)定技術(shù)［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2001．

［16］ 劉向君，羅平亞．測井在井壁穩(wěn)定性研究中的應(yīng)用及發(fā)展［J］．天然氣工業(yè)，1999，19（6）：33－35．LIU Xiangjun，LUO Pingya．Application of logging to the research on sidewall stability and its development［J］．Natural Gas Industry，1999，19（6）：33－35．

［17］ CHEN Z X，CHEN M．Analysis of hydraulic fracture behavior with a three dimensional microcomputer simulator［R］．SPE 38059，1997．

［18］ 譚強，鄧金根，張勇，等．各向異性地層定向井井壁坍塌壓力計算方法［J］．斷塊油氣田，2010，17（5）：608－610．TAN Qiang，DENG Jingen，ZHANG Yong，et al．Calculation method of directional borehole collapse pressure in anisotropic formations［J］．Fault－Block Oil and Gas Field，2010，17（5）：608－610．

［19］ 劉之的，夏宏泉，湯小燕，等．成像測井資料在地應(yīng)力計算中的應(yīng)用［J］．西南石油學院學報，2005，27（4）：9－12．LIU Zhide，XIA Hongquan，TANG Xiaoyan，et al．The application of the formation stress calculation using image well logging data［J］．Journal of Southwest Petroleum Institute，2005，27（4）：9－12．

Analysis on borehole instability mechanism of diabase in Shunbei Block

HU Guangqiang1BAI Binzhen2KE Ke2
（1．Northwest Company of SINOPEC，Urumqi，Xinjiang830011，China；2．SINOPEC Research Institute of Petroleum Engineering，Beijing100101，China）

The borehole collapse was serious when drilling the diabase of Ordovician Sangtamu Formation in Shunbei area，which resulted in frequent tripping and sticking problems．Lost circulation happened many times upon increasing the mud density and the control measures did not work well．Integrated study was carried out，involving investigation of micro－structure of diabase formation，the physical－chemical properties test，and the rock mechanics experiments．The results indicate that the diabase mainly consists of plagioclase，and some quartz and clay minerals in its fractures．The formation has a low hydration／swelling tendency，and is stable in water based muds，which suggests that hydration is not the main cause to induce borehole instability．The diabase is hard and brittle，with high strength and poor elastoplasticity；the weak plane effect with developed micro－fractures could make the diabase strength lower，leading to borehole collapse．The profiles of geostress and collapse pressure in diabase formation were figured out based on the influence of fractures on diabase strength．The safety drilling fluid window for diabase formation were also established and applied successfully in wells SB 1－3，SB2－6H and other wells in Shunbei Block，exhibiting promising potential．

diabase；borehole stability；rock mechanics；collapse pressure；drilling fluid density safety window

TE21

A

胡廣強，白彬珍，柯珂．順北區(qū)塊輝綠巖井段井壁穩(wěn)定性分析［J］．中國海上油氣，2017，29（5）：119－125．

HU Guangqiang，BAI Binzhen，KE Ke．Analysis on borehole instability mechanism of diabase in Shunbei Block［J］．China Offshore Oil and Gas，2017，29（5）：119－125．

1673－1506（2017）05－0119－07

10．11935／j．issn．1673－1506．2017．05．017

“十二五”國家科技重大專項“順北1井區(qū)鉆完井評價與優(yōu)化研究（編號：2011ZX05049－002－002）”部分研究成果。

胡廣強，男，工程師，2011年畢業(yè)于西南石油大學，獲碩士學位，現(xiàn)主要從事深井超深井、定向井、水平井鉆井、安全風險評價控制等方向相關(guān)科研及技術(shù)支持工作。地址：新疆烏魯木齊市新市區(qū)長春南路466號B508室（郵編：830011）。E－mail：huguangqiang0＠qq．com。

2016－10－10 改回日期：2017－01－20

（編輯：孫豐成）