曹文科，幸雪松，周长所

(1.常州大学 石油工程学院，江苏 常州 213164； 2.中海油研究总院有限责任公司，北京 100028)

0 引言

因常规油气资源匮乏，非常规油气资源开发力度和产量不断提升，页岩油气在确保国内能源供应与增产方面起到重要作用[1]。页岩油气的开发主要依赖水平钻进和水平压裂工艺，但页岩水平钻井容易导致井壁失稳，严重制约页岩油气井钻井时效,增大作业成本[2-3]。页岩地层水平层理结构较为发育，地层弹性参数和强度参数呈较强各向异性[4-5]，若将页岩视为各向同性介质，使井周应力和井壁失稳分析结果产生误差。目前，考虑地层各向异性的页岩井周应力分析可采用Lekhnitskii提出的复变函数解法求取井周应力分布解析解，或应用数值方法进行研究[6-10]。页岩井壁稳定性判断可采用弱面强度准则[11-13]、Hoek-Brown强度准则[14-15]或基于应力张量[16-17]的各向异性强度准则。现有页岩井壁稳定性分析多基于弹性理论，首先求解井周应力分布，然后运用强度屈服准则对井周围岩的失稳状态加以判断。但实际页岩达到屈服状态后将进入塑性状态，基于塑性理论的页岩井壁稳定性分析有待进一步研究。

本文采用节理塑性材料模型描述页岩强度各向异性特征，运用有限元数值模拟方法对水平井筒的井周塑性区分布进行研究，并评估钻井液密度对井壁稳定性的影响，研究结果可为井壁失稳问题采取有效应对措施提供支持。

1 层理页岩井壁稳定性分析模型

地层深部页岩在长期沉积作用下形成层理结构，致使其力学特性和物理性质呈现各向异性，包括岩石的弹性参数(如弹性模量、泊松比)，强度参数(如黏聚力、内摩擦角)，以及物理参数(如渗透率、孔隙度)。……