井径变化的影响因素与固井水泥注灰量的关系

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1、井径变化的影响因素与固井水泥注灰量的关系袭杰(大庆钻井工程技术研究院)1.影响井径变化率的主要因素钻头钻穿地层所形成的真实井筒断面形状，无法直接获知。只有通过井径测量间接获得有关井径变化的信息。钻井实践表明钻穿砂岩地层所形成的井眼形状较规则，且井壁较平肩；而钻穿泥岩页岩地层所形成的井眼形状则很不规则，井壁凹凸不平，形成所谓的大肚子或缩径。井径变化是由井壁不稳定直接造成的。井壁失稳问题是钻井中较为复杂的问题，由于影响因素较多，目前还没有更有效的解决办法，而地质因素是最根本的影响因素。各地区各层段差别很大，岩性也

2、千变万化。因此解决井眼不稳定问题是很困难的，到目前为止还没有从根本上解决井眼不稳定问题。在钻井过程中，井眼失稳的表现是井塌或缩径(蠕动)。坍塌与剥落是井眼失稳具体的表现。其后果都是造成井径不规则的变化。研究井径变化的规律，实际上是研究井眼稳定的问题。井塌原因主要有井眼稳定力学，页岩水化及工程因素等三个方面，而前两个因素是主要的。为了说明这些影响因素，大庆钻井工程技术研究院对近年来所钻的9口深探井的井径进行了分层段的统计。分析井径变化数据可得出以下认识。(1)钻井液体系对井径变化率的影响最大。由于油基钻井液的滤

3、矢量远小于水基钻井液，而同是水基钻井液体系的复合离子钻井液的滤矢量又小于正电胶钻井液的滤矢量。因而，钻井液滤矢量大小对井径变化产生很大影响。减少钻井液的滤液量，对沉积岩地层防止井塌，控制井径变化是至关重要的。(2)井径变化率随地层浸泡时间的增长而成倍的增加。地层浸泡时间越长钻井液滤液进入地层越多，地层中(泥页岩)粘土矿物吸水膨胀产生极大的膨胀力，而当此力超过页岩的胶结强度时就发生井壁岩石剥落或坍塌，使井径扩大。油包水或水包油钻井液对地层浸泡时间的长短，对井径变化率的影响最小。而水基钻井液的影响最大，其对井径变

4、化率的影响程度与浸泡时间成正比的增加。钻井液的滤矢量越大，其影响程度越严重。(3)井筒内平衡地层压力的钻井液密度对井径变化率的影响。为减小井径变化率，尽可能采用平衡压力钻井，在确定钻井液密度时，应考虑地层坍塌压力。采用近平衡或欠平衡压力钻进时为使井眼稳定，应确定合理的钻井液密度(欠压值)3并尽可能减少钻进井段以缩短地层浸泡时间。(4)地质构造与地层胶结程度对井径变化率的影响。钻遇倾斜地层，褶皱构造或断裂构造带的地层时，由于存在构造应力，井壁岩石由于应力释放而失稳，发生坍塌使井径扩大。2.井径变化率与注灰量计算

5、平均井径主要用来计算固井时的注灰量，根据封固段电测平均井径计算出注浆量后再附加一定的灰量。附加灰量与计算灰量之比即为附加系数。为了不漏封或少封，现场固井施工技术人员为保险起见，提高附加系数，其结果是实际返高大大超过预计返运高。在多数情况下，不影响固井质量，多封总比少封好。但存在问题是除浪费水泥外，这种做法还大大降低了固井施工的技术水平。在固井质量中要求水泥面返高不少于生产层顶以上50m。而设计时的预计水泥面是生产层顶以上150m。实际上这已经考虑了施工过程中的各种误差。包括电测井径的误差和顶替效率。为此，可利

6、用现场固井施工后的各种实际数据，反算出正确的注灰量，指导准确的固井施工设计。根据大庆钻井技术服务公司固井分公司技术站对近年来固井施工的不同井径扩大率的52口探井的实际资料的统计，平均井径扩大率与注灰系数(每米封固井段需干水泥浆袋数)之间的关系见表1。表1探井平均井径扩大率与注灰系数统计注：∮215.9mm井眼x∮139.7mm套管，水泥浆平均密度1．90g／cm33.结论(1)井眼稳定性直接影响井径变化率、控制井眼的井径变比率实际上是保持井眼的稳定问题。当钻井液体系和性能确定后，平衡地层坍塌压力的钻井液柱静压

7、力(由钻3井液密度决定)对井眼稳定起决定性的作用。地质因素(地层构造应力、岩性及矿物组分)对井眼稳定起着关键作用。因而不同地区不同层位在相同钻井条件下，井径变化率有差异。(2)在钻井液体系和钻井液密度确定后，在确定的钻井条件下，控制井径变化率的唯一途径是减少地层的浸泡时间。(3)平均井径扩大率和最大井径扩大率是衡量井身质量的标准之一。在确定的钻井条件下很难控制井径的变化，特别是最大井径扩大率。而且井径扩大率主要用来计算固井时的水泥量。实践证明，不是所有的井径扩大率较大的井，固井质量都不好。也不是井径扩大率小的

8、井，固井质量不存在问题。因此规定井径扩大率的标准缺乏客观依据(在多大程度上影响电测资料的准确性)。事实上，井径扩大率在不同地区、不同地层不同的钻井液体系和性能条件下是客观形戍的。只有通过实钻井的井径资料统计，分地区、分层段和不同钻井条件下的井径扩大率作为依据。在井身质量标准中应取消最大井径扩大率的考核指标。(4)通过固井注水泥后的资料分析，目前电测井径的精度是足够高的，完全可满足固井施工设计。通过固