塔里木盆地巴西改組巖石理化性能及力學(xué)特性研究

萬(wàn)有維，劉向君，袁 芳，熊 健，李 超

（1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610500；2.中國(guó)石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫(kù)爾勒841000）

塔里木盆地蘊(yùn)含豐富的油氣資源，是我國(guó)西氣東輸?shù)钠瘘c(diǎn)。其中克拉蘇構(gòu)造帶是塔里木盆地重要的能源勘探開發(fā)區(qū)域之一，顯示出巨大的開發(fā)潛力[1-3]。油氣井鉆井過(guò)程中井壁穩(wěn)定性問(wèn)題受到廣泛關(guān)注[4-5]，研究區(qū)塊已鉆井資料統(tǒng)計(jì)顯示巴西改組地層在鉆井過(guò)程中，井下復(fù)雜狀況頻發(fā)，影響鉆井效率，嚴(yán)重時(shí)將造成較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[6]。地層的井壁穩(wěn)定性與巖石的理化性能、力學(xué)特性直接相關(guān)。同時(shí)，鉆井過(guò)程中，在毛細(xì)管及壓差的作用下，鉆井液通過(guò)巖石中的微裂縫以及孔隙等通道滲入地層，在骨架顆粒與顆粒之間起潤(rùn)滑作用，并與巖石發(fā)生相互作用，造成巖石發(fā)生損傷，使巖石的強(qiáng)度產(chǎn)生弱化，從而導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。因此，開展鉆井液浸泡后巖石力學(xué)特性研究也有助于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)實(shí)際地層條件下巖石情況，為安全鉆井提供數(shù)據(jù)支撐。

目前，巖石力學(xué)特性可以通過(guò)多種手段來(lái)研究。YAGIZ[7]利用巖石強(qiáng)度、密度參數(shù)評(píng)估泥頁(yè)巖的硬脆性等力學(xué)參數(shù)。韓超超[8]利用常規(guī)聲學(xué)測(cè)試以及三軸強(qiáng)度試驗(yàn)，獲取了巖石力學(xué)特征參數(shù)。牛貫非等[9]利用數(shù)值模擬方法結(jié)合巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果以及測(cè)井資料對(duì)巖石力學(xué)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值分析。對(duì)于溶液浸泡后巖石強(qiáng)度變化方面，駱韜等[10]研究了水化作用對(duì)砂巖單軸、三軸力學(xué)參數(shù)的影響。向朝綱等[11]研究了頁(yè)巖在水、油基以及水基鉆井液3 類流體浸泡后，抗壓強(qiáng)度、彈性模量、內(nèi)聚力等參數(shù)變化情況。WYERING等[12]、FROLOVA等[13]研究了熱液蝕變后的巖石力學(xué)和物理性質(zhì)變化。HE等[14]、劉厚彬等[15]、劉向君等[16]、丁乙等[17]也對(duì)泥頁(yè)巖等開展了相關(guān)研究。結(jié)果表明，地層的井壁穩(wěn)定性不僅與其黏土礦物組成、力學(xué)性質(zhì)和理化性質(zhì)有關(guān)，而且取決于與之接觸的鉆井液，應(yīng)將地層和鉆井液作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行研究。這些研究成果有助于人們認(rèn)識(shí)不同類型巖石的理化性能、力學(xué)性能，并為井壁穩(wěn)定性研究提供了依據(jù)。巴西改組地層多發(fā)生阻卡、蹩鉆等井下復(fù)雜事故，這些復(fù)雜事故給鉆井提速帶來(lái)挑戰(zhàn)。因此，為了保障安全且高效鉆井需要，需要開展巴西改組巖石的理化性能及力學(xué)特性研究。

以克拉蘇構(gòu)造帶巴西改組地層泥巖、砂巖為研究對(duì)象，開展XRD 測(cè)試、掃描電鏡、陽(yáng)離子交換容量測(cè)試等，獲取巴西改組巖石理化性能。同時(shí)，開展巖石三軸壓縮試驗(yàn)獲取巖石的力學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展了鉆井液浸泡后巖石力學(xué)測(cè)試，研究鉆井液浸泡作用對(duì)巖石力學(xué)性能影響，對(duì)比分析鉆井液浸泡前后巖石強(qiáng)度參數(shù)及彈性參數(shù)變化。

1 實(shí)驗(yàn)樣品與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)樣品取自于塔里木盆地克拉蘇構(gòu)造帶巴西改組地層，其主要發(fā)育砂巖、泥巖互層，是該區(qū)塊鉆井過(guò)程中關(guān)鍵地層[18]。采集的巖樣按照測(cè)試需求加工為3 種類型的測(cè)試樣品：第一種為直徑25 mm、高50 mm 的圓柱體巖石試件，其中砂巖、泥巖各15塊，用于三軸壓縮測(cè)試；第二種為100 目的巖樣粉末，用于開展全巖分析以及陽(yáng)離子交換容量測(cè)試；第三種為長(zhǎng)、寬、高都不超過(guò)1 cm 的小方塊狀試樣，用于掃描電鏡測(cè)試?；A(chǔ)物性測(cè)試結(jié)果表明，巴西改組砂巖密度分布范圍為2.52～2.60 g/cm3，孔隙度分布范圍為5.00 %～7.40 %，滲透率分布范圍為（0.50～1.49）×10-3μm2；泥 巖 密 度 分 布 范 圍 為2.42～2.46 g/cm3，孔隙度分布范圍為3.30%～5.30%，滲透率分布范圍為（0.09～0.25）×10-3μm2。根據(jù)基礎(chǔ)物性測(cè)試結(jié)果，將砂巖分為a～e 組，泥巖分為f～j組，每組包含3塊巖樣（部分巖樣如圖1所示）。分組的依據(jù)是讓開展同種測(cè)試的巖樣基礎(chǔ)物性基本相同，確保測(cè)試結(jié)果的可重復(fù)性。

圖1 塔里木盆地巴西改組泥巖與砂巖部分巖樣Fig.1 Partial rock samples of mudstone and sandstone in Baxigai Formation,Tarim Basin

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1）全巖分析

將已經(jīng)加工成100目粉末狀的泥巖與砂巖樣品，借助XRD分析技術(shù)進(jìn)行全巖分析、黏土成分分析，以獲取巴西改組砂、泥巖的礦物組成。

2）電鏡掃描

將已加工好的泥巖與砂巖小方塊狀試樣進(jìn)行電鏡掃描實(shí)驗(yàn)，通過(guò)儀器掃描系統(tǒng)發(fā)出的細(xì)聚焦電子束在樣品表面上逐點(diǎn)進(jìn)行掃描，激發(fā)產(chǎn)生能夠反映樣品表面特征的信息來(lái)調(diào)制成像，通過(guò)圖像觀察巖石微裂縫等微觀孔隙結(jié)構(gòu)。

3）陽(yáng)離子交換容量測(cè)試

將100 目粉末狀的泥巖與砂巖樣品按比例加入蒸餾水、過(guò)氧化氫溶液和硫酸溶液配置成漿液，實(shí)驗(yàn)中將3.20 g 試劑級(jí)亞甲基藍(lán)溶成1 L 溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.003 2。采用亞甲基藍(lán)滴定法進(jìn)行了陽(yáng)離子交換容量測(cè)試，根據(jù)滴定結(jié)果結(jié)合式（1）計(jì)算得到砂巖與泥巖的陽(yáng)離子交換容量。

式中：CEC為陽(yáng)離子交換容量，mmol/L；ρ為亞甲基藍(lán)溶液密度，g/cm3；ω為亞甲基藍(lán)溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)；V為滴定所耗亞甲基藍(lán)溶液量，mL；M為亞甲基藍(lán)溶液的相對(duì)分子質(zhì)量；G為滴定所取樣品量，g。

4）三軸壓縮測(cè)試

將直徑25 mm、高50 mm的巴西改組砂巖與泥巖圓柱體巖樣放置于烘箱中，在60 ℃條件下烘干24 h。三軸壓縮試驗(yàn)儀器為高溫高壓三軸流變儀，設(shè)置無(wú)圍壓、半圍壓以及有效地層圍壓3 種圍壓狀態(tài)，測(cè)試獲取巖石不同圍壓狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，并基于該結(jié)果獲取砂巖與泥巖在不同圍壓條件下臨界破壞點(diǎn)處的軸向與徑向應(yīng)變值。為了解鉆井液浸泡作用對(duì)巖石強(qiáng)度影響，將巖石在3 MPa 圍壓、120 ℃條件下在鉆井液中浸泡48 h，浸泡完后取出進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)獲取浸泡后巖石抗壓強(qiáng)度，并計(jì)算其彈性參數(shù)。對(duì)比鉆井液浸泡前后巖石強(qiáng)度及彈性參數(shù)變化。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 理化性能

X射線衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，巴西改組砂巖與泥巖礦物組成大致相同，但含量相差較大。其中，砂巖礦物組成以石英為主，比重為37.0%～50.8%，其次是長(zhǎng)石（21.9%～41.9%）、碳酸鹽巖（10.1%～13.4%）、黏土礦物（10.2%～15.1%），且黏土礦物主要以伊利石為主。泥巖主要礦物組成為黏土礦物，比重為39.2%～45.0%，其余依次是石英（22.3%～23.9%）、碳酸鹽巖（17.9%～20.0%）、長(zhǎng)石（13.3%～20.0%），且所有黏土礦物中伊利石所占比例最高。砂巖與泥巖樣品中均未見蒙脫石發(fā)育，但泥巖樣品中含有大量的伊/蒙混層，使其具有一定膨脹性，易發(fā)生水化作用。

電鏡掃描實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖2 所示。從圖2 可以看出，巴西改組砂巖中黏土礦物較少，巖石顆粒呈雜基膠結(jié)，巖石壓實(shí)程度高、發(fā)育有極少的微裂縫。而泥巖含有大量黏土礦物，且樣品中微裂縫和孔隙大量發(fā)育，這些孔隙和裂縫的發(fā)育為流體進(jìn)入巖石內(nèi)部提供通道，弱化原巖力學(xué)性能。同時(shí)，促進(jìn)泥巖與流體之間相互作用，導(dǎo)致泥巖結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。在此基礎(chǔ)上，開展陽(yáng)離子交換容量實(shí)驗(yàn)測(cè)試，以獲取巴西改組泥巖與砂巖具體陽(yáng)離子交換能力。結(jié)果顯示，泥巖陽(yáng)離子交換容量較大，達(dá)到260～275 mmol/kg，而砂巖僅有85～90 mmol/kg，泥巖的陽(yáng)離子交換容量約為砂巖的3 倍，即泥巖水化膨脹性強(qiáng)，這與泥巖中黏土礦物的伊/蒙混層含量較高有關(guān)。在鉆井液浸泡作用下，鉆井液濾液將通過(guò)巖石的孔隙和微裂縫滲入巖石內(nèi)部，巖石中黏土礦物顆粒（主要為伊/蒙混層）發(fā)生水化作用，造成巖石內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

圖2 塔里木盆地巴西改組泥巖與砂巖掃描電鏡Fig.2 Scanning electron micrograph of mudstone and sandstone in Baxigai Formation,Tarim Basin

為了進(jìn)一步了解泥巖的水化特性，開展了泥巖浸泡實(shí)驗(yàn)，浸泡后巴西改組泥巖發(fā)生破裂，形成宏觀裂縫。這是由于巴西改組泥巖黏土礦物含量高且含有大量伊/蒙混層。同時(shí)，泥巖內(nèi)部發(fā)育大量微裂縫，在毛細(xì)管和壓差的作用下，水進(jìn)入巖石內(nèi)部，并發(fā)生水化作用，產(chǎn)生水化應(yīng)力，造成裂紋尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而使裂紋逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致巖樣表面形成宏觀裂縫。這說(shuō)明巴西改組泥巖的水化表現(xiàn)形式不同于傳統(tǒng)泥巖，后者水化表現(xiàn)形式主要為水化崩解，說(shuō)明了巴西改組泥巖也表現(xiàn)出較強(qiáng)的水化作用，這與泥巖的高陽(yáng)離子交換容量有關(guān)。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，巴西改組泥巖與砂巖中均含有黏土礦物，且黏土礦物以伊利石為主，而泥巖中伊/蒙混層含量較高，陽(yáng)離子交換容量大，水化膨脹能力強(qiáng)，且其內(nèi)部發(fā)育大量微裂縫，為流體進(jìn)入泥巖內(nèi)部提供通道，水進(jìn)入泥巖中后，泥巖中黏土顆粒將發(fā)生水化作用，進(jìn)一步產(chǎn)生水化能力，結(jié)合流體的潤(rùn)滑作用，弱化泥巖巖石強(qiáng)度[19-20]。砂巖雖也有微裂縫發(fā)育，但其礦物組成中黏土含量較低，陽(yáng)離子交換容量小，與泥巖相比，其發(fā)生的水化作用較弱。因此，在鉆井過(guò)程中，鉆井液中應(yīng)考慮加入水化抑制劑，抑制泥巖水化，減少巖石損傷，降低井壁地層失穩(wěn)的可能性。

2.2 原巖力學(xué)特性

基于三軸壓縮試驗(yàn)獲取了巴西改組砂、泥巖在不同圍壓狀態(tài)下的應(yīng)力—應(yīng)變曲線（圖3），并進(jìn)一步獲取巖石在不同圍壓下的峰值強(qiáng)度。其中，砂巖與泥巖在每種測(cè)試圍壓條件下各使用了3 塊巖樣?？梢钥闯?，無(wú)論砂巖還是泥巖，隨圍壓增加，巖石內(nèi)部孔隙逐漸壓密，曲線孔隙壓密階段消失，當(dāng)應(yīng)力作用于巖石上時(shí)，巖石直接進(jìn)入彈性變形階段。隨圍壓增加，巖石彈性變形階段曲線斜率逐漸增加，即彈性模量逐漸增大。同時(shí)，隨圍壓增大，巖石塑性不斷增強(qiáng)，破壞前應(yīng)變?cè)龃?，破壞后階段也發(fā)生明顯變化。

圖3 不同圍壓條件下泥巖與砂巖應(yīng)力—應(yīng)變曲線Fig.3 Stress-strain curves of mudstone and sandstone under different confining pressures

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)泥巖及砂巖在不同圍壓狀態(tài)下臨界破壞點(diǎn)處的軸向應(yīng)變、徑向應(yīng)變均存在差異。對(duì)于砂巖，在臨界破壞點(diǎn)處的軸向應(yīng)變、徑向應(yīng)變隨所施加圍壓的增加而增加。而軸向應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度較快，當(dāng)圍壓較低時(shí)，軸向應(yīng)變量小于徑向應(yīng)變量，隨圍壓增加，軸向應(yīng)變量漸漸高于徑向應(yīng)變量。對(duì)于泥巖，臨界破壞點(diǎn)處的軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變均隨圍壓的增大而增大，且增長(zhǎng)速度較快，在0 MPa圍壓時(shí)，軸向應(yīng)變與徑向應(yīng)變大致相同，但隨著圍壓增大，軸向應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度快于徑向應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度。對(duì)比泥巖與砂巖，在相同圍壓條件時(shí)，臨界破壞點(diǎn)處砂巖的軸向應(yīng)變量低于泥巖。低圍壓時(shí)，砂巖的徑向應(yīng)變量大于泥巖，而高圍壓時(shí)，砂巖的徑向應(yīng)變量低于泥巖。

不同圍壓下峰值強(qiáng)度對(duì)比如圖4 所示?？梢钥闯觯嗤瑖鷫簵l件下，泥巖的峰值強(qiáng)度均低于砂巖的峰值強(qiáng)度，泥巖與砂巖峰值強(qiáng)度隨圍壓增加而增加，且增加速率逐漸降低，泥巖峰值強(qiáng)度隨圍壓增加而增加的速率低于砂巖，砂巖在無(wú)圍壓狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度平均為48.10 MPa，在30.00，60.00 MPa圍壓下的抗壓強(qiáng)度約為無(wú)圍壓狀態(tài)的4倍和6倍，而泥巖在無(wú)圍壓狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度平均為21.40 MPa，在30.00，60.00 MPa圍壓下的抗壓強(qiáng)度約為無(wú)圍壓狀態(tài)的4倍和5.3倍。當(dāng)圍壓增加到一定值后，由于巖石壓實(shí)得非常致密，強(qiáng)度變化值較小。

圖4 不同圍壓下峰值強(qiáng)度對(duì)比Fig.4 Comparison of peak strength under different confining pressures

不同圍壓條件下，巖樣三軸壓縮實(shí)驗(yàn)后破壞形式如圖5 所示，可以看出，不同圍壓條件下巖石的破壞形式存在差異。0 MPa圍壓時(shí)，砂巖或泥巖巖石破壞模式表現(xiàn)為劈裂破壞，而隨著圍壓增加，巖石破壞形式表現(xiàn)為剪切破壞。

圖5 不同圍壓條件下巖石破壞模式Fig.5 Rock failure mode under different confining pressures

2.3 浸泡鉆井液后巖石力學(xué)特性

井壁附近地層除了受到應(yīng)力擠壓外，鉆井過(guò)程中通常需要使用鉆井液，為了獲取鉆井液浸泡作用下的巖石強(qiáng)度，進(jìn)一步研究了巴西改組砂巖與泥巖在鉆井液浸泡作用后的強(qiáng)度特性。實(shí)驗(yàn)所用鉆井液為井場(chǎng)取回鉆井過(guò)程中實(shí)際使用鉆井液，鉆井液類型為UDM—2油基鉆井液，相對(duì)密度1.86 g/cm3，該鉆井液為類似油基鉆井液體系中的油包水鉆井液，水作為必要組分均勻的分布在柴油當(dāng)中，鉆井液中主要包含主乳化劑（INVERMULNT）、輔乳化劑（EZMULNT）以及柴油等添加劑。

測(cè)試結(jié)果如圖6所示?？梢钥闯?，浸泡后砂巖仍然比較致密，巖石受壓后，應(yīng)力—應(yīng)變曲線中孔隙壓密階段不明顯，直接進(jìn)入彈性變形階段，并且當(dāng)軸向應(yīng)力達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)，巖石立即發(fā)生破壞，失去承壓能力。砂巖浸泡后應(yīng)力—應(yīng)變曲線的彈性變形階段斜率低于原巖，說(shuō)明巖石彈性模量降低，巖石強(qiáng)度下降，且浸泡后軸向與徑向應(yīng)變量略低于原巖應(yīng)變量。而浸泡后泥巖應(yīng)力—應(yīng)變曲線與原巖相比彈性變形階段變短，巖石塑性比原巖更強(qiáng)，浸泡后應(yīng)力—應(yīng)變曲線的彈性變形階段斜率明顯低于原巖，也同樣說(shuō)明巖石彈性模量降低，巖石強(qiáng)度下降。浸泡后泥巖軸向應(yīng)變量與原巖大致相同，但徑向應(yīng)變量明顯高于原巖。說(shuō)明鉆井液浸泡后，鉆井液濾液進(jìn)入巖石孔隙中，使得巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時(shí)受鉆井液潤(rùn)滑作用影響，強(qiáng)度也隨之改變，巖石向塑性變形轉(zhuǎn)換。對(duì)比砂巖與泥巖發(fā)現(xiàn)，浸泡后砂巖應(yīng)力—應(yīng)變曲線彈性段斜率高于砂巖，說(shuō)明浸泡后砂巖強(qiáng)度仍大于泥巖。原巖與鉆井液浸泡后巖石單軸抗壓強(qiáng)度對(duì)比如圖7所示，可以看出，浸泡后砂巖單軸抗壓強(qiáng)度平均值為31.96 MPa，與原巖相比降低33.56%。浸泡后泥巖單軸抗壓強(qiáng)度平均值為10.32 MPa，與原巖相比降低51.78%。泥巖的強(qiáng)度降低量高于砂巖，原因可能是泥巖與砂巖隨著油基鉆井液中的表面活性劑實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕翻轉(zhuǎn)，同時(shí)在壓差及毛細(xì)管作用下，鉆井液進(jìn)入巖石孔隙及微裂縫當(dāng)中，在骨架顆粒與顆粒之間起潤(rùn)滑作用，使得巖石塑性增強(qiáng)，強(qiáng)度降低。砂巖由于微裂縫發(fā)育較少，鉆井液進(jìn)入有限，影響程度低于泥巖。而泥巖除鉆井液潤(rùn)滑作用外，泥巖中黏土礦物還會(huì)與鉆井液中含有的少量水之間發(fā)生相互作用，使得泥巖發(fā)生一定程度的水化膨脹，巖石結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷，進(jìn)一步造成強(qiáng)度降低。在鉆井液潤(rùn)滑以及鉆井液中少量水的水化二者綜合作用下，使得泥巖強(qiáng)度降低量高于砂巖。由此得知，鉆井液浸泡后，鉆井液濾液進(jìn)入巖石內(nèi)部，在巖石骨架顆粒與顆粒之間起潤(rùn)滑作用，同時(shí)使巖石發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷，使得巖石強(qiáng)度降低。如果長(zhǎng)時(shí)間浸泡，巖石強(qiáng)度將進(jìn)一步降低，特別在泥巖地層，大量發(fā)育的微裂縫為鉆井液進(jìn)入巖石內(nèi)部提供通道，并且較高的陽(yáng)離子交換容量以及泥質(zhì)含量，導(dǎo)致泥巖更容易發(fā)生損傷，強(qiáng)度值降低，從而導(dǎo)致井壁失穩(wěn)，進(jìn)一步誘發(fā)井下復(fù)雜事故，影響安全高效鉆井。

圖6 原巖及浸泡鉆井液后巖石應(yīng)力—應(yīng)變曲線對(duì)比Fig.6 Comparison of stress-strain curve of original rock and rock after immersion

圖7 鉆井液浸泡前后單軸抗壓強(qiáng)度對(duì)比Fig.7 Comparison of uniaxial compressive strength before and after drilling fluid immersion

除巖石強(qiáng)度參數(shù)外，巖石的彈性參數(shù)也是表征巖石力學(xué)特性的重要參數(shù)，根據(jù)單軸壓縮測(cè)試結(jié)果能夠獲取巖石的彈性模量和泊松比，這兩個(gè)參數(shù)能用于描述和表征巖石變形的難易程度。鉆井液浸泡前后砂巖與泥巖彈性模量與泊松比計(jì)算結(jié)果如圖8所示?？梢钥闯?，砂巖彈性模量大于泥巖彈性模量，而泊松比小于泥巖泊松比，說(shuō)明在相同的應(yīng)力增量下，泥巖的軸向應(yīng)變量大于砂巖的軸向應(yīng)變量，而泥巖的徑向應(yīng)變量與軸向應(yīng)變量的比值大于砂巖，這與從應(yīng)力—應(yīng)變曲線以及巖心破壞模式總結(jié)所得結(jié)論一致。此外，無(wú)論泥巖還是砂巖，浸泡鉆井液后巖石彈性模量低于原巖，其中砂巖彈性模量平均降低30.84%，泥巖平均降低44.14%，即泥巖降低量高于砂巖。砂巖與泥巖泊松比均高于原巖，其中砂巖泊松比平均增大25.26%，泥巖平均增大27.88%，即泥巖泊松比增大量高于砂巖，原因還是由于鉆井液作用，使得巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，強(qiáng)度降低。

圖8 鉆井液浸泡前后彈性參數(shù)對(duì)比Fig.8 Comparison of elastic parameters before and after drilling fluid immersion

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，鉆井液浸泡后砂巖與泥巖抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等巖石力學(xué)參數(shù)均發(fā)生改變，都指示巖石強(qiáng)度降低，鉆井液浸泡對(duì)泥巖結(jié)構(gòu)損傷程度大于砂巖，泥巖強(qiáng)度降低值更大。巖石強(qiáng)度降低不利于井壁保持穩(wěn)定，長(zhǎng)期的浸泡將導(dǎo)致井壁失穩(wěn)，發(fā)生地層坍塌等，從而引發(fā)井下復(fù)雜事故。在實(shí)際鉆井過(guò)程中，應(yīng)該盡可能減少鉆井液浸泡時(shí)間，盡可能降低巖石強(qiáng)度損傷，防止井壁失穩(wěn)。

3 結(jié)論

1）巴西改組砂巖與泥巖礦物組成相似，但泥巖黏土礦物含量遠(yuǎn)大于砂巖，泥巖中發(fā)育有大量微裂縫，且陽(yáng)離子交換容量約為砂巖的3 倍，其水化膨脹性明顯強(qiáng)于砂巖。

2）巴西改組泥巖與砂巖在各種圍壓狀態(tài)下，巖石峰值強(qiáng)度、臨界破壞點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變、徑向應(yīng)變以及巖石破壞模式均存在差異，巖石峰值強(qiáng)度隨圍壓增大而增大。在相同圍壓條件下，臨界破壞點(diǎn)處砂巖的軸向應(yīng)變量低于泥巖，徑向應(yīng)變量在低圍壓時(shí)，砂巖大于泥巖，而高圍壓時(shí)，砂巖低于泥巖。

3）鉆井液浸泡后，鉆井液濾液進(jìn)入巖石內(nèi)部，鉆井液的潤(rùn)滑作用及鉆井液中的水與黏土礦物間的相互作用造成巖石強(qiáng)度降低，其中浸泡后砂巖單軸抗壓強(qiáng)度平均降低33.56%，彈性模量降低30.84%，泊松比增大25.26%，而浸泡后泥巖單軸抗壓強(qiáng)度平均降低51.78%，彈性模量降低44.14%，泊松比增大27.88%。