碳酸盐岩储层作为油气藏开发的重要储层,在油气领域勘探开发中一直占有重要的地位,我国碳酸盐岩油气藏分布也比较广泛,碳酸盐岩油气藏的勘探开发比较活跃。在常规钻井工程中,井壁垮塌失稳一直是制约安全、快速钻井的主要难题之一。在碳酸盐岩地层中,一般井壁垮塌发生的较少,但是川西PZ气田以马鞍塘-雷口坡组碳酸盐岩地层为目的层的多口井发生了不同程度的坍塌和掉块,导致卡钻,制约了油气资源的高效开发。本文通过对该地区碳酸盐岩宏观特征及微观特征的研究、结合室内声学、力学实验对碳酸盐岩井壁垮塌机理进行了分析,引入地层完整性系数对地层强度开展了研究,建立了裂缝性碳酸盐岩坍塌密度的计算模型,指出了影响碳酸盐岩井壁垮塌的机理及主控因素。本文主要的研究内容及成果如下:(1)对PZ气田的碳酸盐岩的结构特征开展了研究。收集现场资料分析了该气田的地理位置信息、地层地质特征;通过实地踏勘,观察了该层位出露情况,结合井下取芯岩样,了解了地层的宏观结构;然后以XRD衍射试验和扫描电镜试验对该地区碳酸盐岩的微观组构及成分进行了分析。从宏观和微观上对该地区的碳酸盐岩的结构特征有了大致的了解。(2)针对碳酸盐岩的物化性能进行了实验分析。开展了膨胀性试验、孔渗试验以及三轴力学试验,三轴力学实验考虑了裂缝角度以及钻井液浸泡的影响。主要用以评价水化性能、渗流场以及裂缝走向对碳酸盐岩强度的影响。结果显示由于粘土含量低,碳酸盐岩水化作用的影响不明显,裂缝走向则对岩石强度影响较明显,同时不同角度的裂缝对渗透率也有影响。(3)对碳酸盐岩的地层完整性进行了研究。引入完整性系数来表征破碎性地层的破碎程度,利用室内实验分析了完整性系数的可行性,然后以现场测井数据为基础,分析了 5 口已钻井的地层完整性,结合双井径曲线对5 口井掉块卡钻的原因进行了分析。最后通过室内实验拟合了该地区碳酸盐岩地层的地层完整性系数与地层强度(即内聚力C)的经验公式。(4)对碳酸盐岩的坍塌密度进行了预测。基于前文研究,分析了井周围岩的有效应力场,建立了考虑地层完整性的坍塌密度计算模型,并以PZ113井的实钻数据对坍塌密度进行了计算分析,结果表明,渗流影响及地层破碎程度对碳酸盐岩地层的坍塌密度有较大影响,不考虑渗流及地层破碎时,坍塌密度大约在1.25 g/cm3左右;考虑渗流不考虑地层破碎程度时,坍塌密度大约在1.4 g/cm3左右;不考虑渗流考虑地层破碎程度时,坍塌密度在1.3-1.5g/cm3之间;同时考虑渗流及地层破碎程度时,坍塌密度在1.6-1.9 g/cm3之间。井壁渗流和破碎均会引起坍塌密度的上涨,并且地层破碎裂缝发育时,会加大渗流的影响,使坍塌密度增加的幅度加大。