浅谈石油勘探钻井过程中井壁坍塌问题

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1、浅谈石油勘探钻井过程中井壁坍塌问题摘要：井壁坍塌问题是石油钻井工程中经常遇到的复杂情况。保持井壁稳定具有十分重要的意义。井眼破裂后稍不注意，井眼压力降低发生溢流，或又导致井塌，甚至有井喷的危险，严重影响了钻井工作速度和效益，阻碍了该油田勘探开发工作的进展。我国各油田也都存在一些易勘探的层位或区段，每年造成巨大耗费。石油工业发展到今天，由于定向井、水平井特殊的井身结构，理论和实践上井壁稳定问题在这些工程中显得格外突出和重要。关键词：石油钻井井壁坍塌复杂因素一、坍塌地层钻井难点1・延误钻井作业时间，造成物资损失在钻井中发生井眼坍塌其结果必然需要提高钻井液

2、的粘度和切力等，这必然导致处理剂费用的增加。而JL会增加钻井液流动阻力，多耗功率，降低钻井效率。2•降低钻速，影响钻井施工由于发生井眼坍塌，环空钻井液中岩屑浓度会人人增加，当其浓度达到一定的数量时（一般不得超过5%）,一方面会大大增加钻井液当量环空密度和对地层的压力，从而降低钻速；另一方面还易发生井下其它复杂情况，如起钻不通畅，摩阻增大，接单根困难，甚至堵塞环空间隙，造成卡钻事故等。3.干扰地质录井工作由泥浆带出的砂样进行分析，鉴别岩性，分清层位，辨别油气是地质录井的重要手段，但是如果发生井眼坍塌，可能会取不到相应的岩样，对录井工作造成不利影响。4•

3、引起其它井下复杂情况塔里木的复杂地层一般安全泥浆密度窗口比较窄，因此发生井眼坍塌后就会增加泥浆的动压力，从而可能导致井漏的发生，而井漏后又反过來减少了泥浆动压力，如此恶性循环，其至有导致井眼报废的可能。二、地层复杂性与井眼坍塌的关系分析1.膏盐层具有易水化和蠕变的特点盐岩层在高温高压下易产生塑性流动，即蠕变。因此在盐岩地层常导致井眼缩径、坍塌、甚至发生遇阻、卡钻事故，更冇甚者，蠕变的盐岩层将套管挤坏。盐岩的蠕变随温度的升高而加快，并且还与垂向主应力及水平主应力有直接关系。盐岩层埋藏越深，上覆压力越大，盐岩的蠕变就越快。在钻开井眼的短时间内，无论是均匀

4、地层还是非均匀地层，岩石的蠕变都不明显。随着时间的延长，对于水平应力不等的非均匀地层，蠕变出现明显不同。在最大水平主应力方向上井径收缩得快，在最小水平主应力方向上井径收缩得慢，乂由于受到较大的切向应力，可能出现井壁岩石坍塌，造成明显的椭圆井眼。在无水石膏和易吸水的泥岩含量较高的膏盐岩地层，其本身的岩石强度可能不是太低，但是由于地层岩石的吸水性，岩体发生膨胀，这就导致了岩石力学性质发生了重大改变，特别对于井壁附近岩石,表现为弹性模量急剧减小，泊松比增大，岩石强度减小，因此易容易发生井眼井稳。2•砾岩、煤层和页岩具冇强度低和脆性大的特点冇1.1砂岩、砾岩

5、、砂砾岩未胶结或胶结不好2.2地层未成岩2.3页岩层理发育，这些岩性具有强度低和岩石脆性较大的特点，直接引起坍塌压力增大，使地层的稳定性变差3.构造高陡性与井眼坍塌的关系分析随着地层倾如的增人，井壁岩石抵抗剪切破坏的能力会减弱，从而导致井眼坍塌，地层倾角越大，井眼扩大率越大，井眼越易坍塌。三、力学因素和物理化学因索井眼是否发生坍塌可以用坍塌压力来衡量，根据Hoek-Brown准则，坍塌压力和以下几个因素冇关：1・地应力影响，一般认为它的三个主应力分量是最大水平应力分量、铅垂应力分量、最小水平应力分量；受最大、最小主应力的控制，与的差值越大，井壁越易坍

6、塌。2•岩石的强度，它的大小决定了岩石能抵抗破坏的能力，因此，岩石强度越高，坍塌压力越小，井眼越稳定。3•地层中层理裂缝发育程度，地层中存在着层里裂缝，部分微细裂缝在井下高有效应力作用下会发生闭合。但当与水接触时，水仍然会沿着这些微裂缝而进入，引起地层水化膨胀。地层中层里裂缝越发育，水越容易沿着裂缝进入地层深处，使井壁周伟I地层中的粘土矿物发生水化，因而井壁也越容易坍塌。4•空隙压力的影响，地层坍塌压力均随着孔隙压力的增加而增大，但破裂压力的增长速度小于坍塌压力。因此，随着孔隙压力的增加，安全钻进的钻井液密度范围变小。5•地层渗透性的影响，如是渗透地

7、层，钻井液就会向地层渗透而产生渗透压力，导致井壁丿制围的孔隙压力发生变化，从而引起地层的坍塌压力增大。6.地层破碎性与井眼坍塌的关系分析，井眼失稳的根本原因在于井眼形成过程中，近井壁围岩再次被破碎，垂向应力场发生改变，重力作用引起井壁应力释放，近井壁围岩中的应力还未形成新的平衡。当井内钻井液液柱压力高于地层压力，在径向方向，钻井液会侵入破碎性地层使破碎体之间更离散，从而导致在轴向上更易发生坍塌。地层破碎程度越大，则井眼周围岩体破碎体之间的不连续空间越大，因此破碎体冇足够的空间发生微小位移，从而井眼越容易坍塌，地层破碎程度越人，井眼越易坍塌。7.钻井液

8、组成和性能的影响，钻井液组成和性能对坍塌压力的影响很大。四、结论与建议1•在计算坍塌周期时，应该考虑钻井地质