井眼安全--井壁稳定分析课件.ppt

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1、井壁不稳定机理及对策渤海钻探泥浆技术服务公司（一）钻井液施工注意以下几方面确保井眼安全1、井壁稳定2、井眼净化3、润滑防卡4、油气层保护其中井壁稳定是关键、是钻井液施工重点难点，施工中几者关系相互联系，只有协同作好以上几个方面才能确保井眼的安全。一、绪论井壁不稳定问题是钻井中的世界性技术难题。目前仍没有彻底解决。特别是，随着当代钻井新技术的运用，井壁不稳定问题在某些情况下更加突出。目前，水基钻井液条件下深层泥页岩井壁不稳定性问题更复杂，更普遍，是核心问题之一。它是涉及钻井液化学、岩石力学、微观结构力学、渗流力学、泥岩矿物学

2、以及钻井工艺学等多门学科的复杂技术难题。一、绪论二、井壁不稳定地层的类型与井壁不稳定现象1、井壁不稳定地层类型钻井过程钻遇地层，如泥页岩、泥质砂岩、砂岩等可能发生井壁不稳定。但井塌多发生在泥页岩地层中，约占90%以上，缩径大多发生在含蒙脱石含量高、含水量大的浅层泥岩、盐膏层、含盐软泥岩或粉砂岩、沥青等类地层中。压裂可发生在任何地层。井塌可能发生在各种岩性、不同粘土种类及含量的地层中；但严重井塌往往发生在以下地层。（1）层理裂隙发育或破碎的各种岩性地层。（2）空隙（坍塌）压力异常的泥页岩。（3）处于强地应力作用的地区。（4）

3、厚度大的泥页岩。（5）生油层。（6）倾角大易发生井斜的地层。2、井壁不稳定现象（1）井塌现象振动筛岩屑量增多，有掉块（片状、方状--）下钻下不到底，循环返出形状不规则、尺寸过大的岩屑（有时没有大的岩屑返出）。有憋泵现象，划眼到底后，停泵上提钻具防卡、下放不到划眼井深。电测井径有异常扩大井段（大肚子、糖葫芦井眼）（2）缩径现象当发生缩径时，由于井径小于钻头直径，会出项扭矩增大、上提遇卡，下放遇阻，严重时发生卡钻。缩径根据产生的原因，地层、地区采用适合有针对性措施。例如：划眼、增大滤失量、降低滤失量、提高密度等。（3）压裂现象

4、当钻井液液柱压力大于地层破裂压力，就会压裂地层，产生井漏。井漏引起液柱压力降低，易引起井涌及井塌等事故复杂。三、井壁稳定主要方法技术1、加强封堵（沥青、低渗透封堵剂-------）2、提高抑制（大分子包被剂、K+、-------）3、活度平衡4、有效应力支持（合理的密度、平衡地层------------）四者协同是井壁稳定基础1.80sg的有机盐完井液浸泡三年不散、不变形强抑制性强抑制性强抑制性不强归纳提炼出钻井液物理化学—力学（岩石和渗透力学）协同防塌基本原理：“封堵固结—抑制水化—化学渗透平衡—有效应力支撑”“封堵固结

5、”稳定井壁原理与措施所谓封堵固结：包括机械封堵和化学胶结加固两种作用。封堵阻缓压力传递和滤液渗透作用。{缝隙发育的地层，不强调封固，只强调提高密度，防塌效果有时会实得其反。（常用的封堵型防塌剂：沥青及其改性产品、有机铝络合物、聚合醇、多元醇成膜树脂、硅酸盐等）}有效应力支撑井壁稳定基本原理：合理钻井液密度的优选是关键。必须考虑孔隙压力传递和泥页岩水化效应（水化应力和力学参数变化）。封堵作用是实施有效应力支撑井壁作用的基本前提。特别是破碎性地层，只提高密度防塌效果，有时会适得其反。总之：以上四个方面防塌途径互相联系且存在一定

6、的制约关系。针对复杂泥页岩：一般应采取“四元”协同防塌措施：即物理化学—力学（岩石和渗透）防塌新原理：“封固—抑制水化—化学渗透平衡—有效应力支撑井壁”四、泥页岩水化膨胀和分散特性的研究（1）泥页岩膨胀机理的研究泥页岩是沉积岩，一般都含有大量的粘土，在地质压实过程中这些岩石因泥页岩内的各粘土薄层互相挤压而脱水，产生吸附极性分子的能力。带有可交换阳离子的双电层和层间水给泥页岩表面提供了一个负电环境，使之吸附正电离子和水。当井眼穿过这种脱水泥页岩时，钻井液中的水被页岩中的粘土吸收，并产生膨胀压力。当膨胀压力达到一定程度时，就会

7、引起岩石的破坏。（2）泥页岩粘土矿物组分与理化性能之间关系的研究国内系统研究了泥页岩中所含的各种粘土矿物，如蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭石、无序或有序伊蒙混层、绿蒙混层等自身的阳离子交换容量、分散与膨胀性能；对我国各油田不同地质年代、不同井深的几千块泥页岩的粘土与非粘土矿物种类及其含量、密度、阳离子交换容量、分散性能、活度、可溶性盐的含量等性能进行了测定，系统地研究了上述各种性能之间的关系，为研究新区不稳定地层坍塌机理及技术对策奠定了基础。（2）活度和半透膜对泥页岩水化的影响石油勘探院、石油大学等单位通过研究也得出钻井过程

8、中，钻井液的滤液向页岩中扩散的动力是钻井液与页岩间的水化学势之差。影响它的主要因素是钻井液液柱压力与孔隙压力之差及钻井液水活度与页岩水活度之比。只有存在较高效率的半透膜时，钻井液与页岩的水活度差才能在较长的时间内控制水的迁移。（3）活度和半透膜对泥页岩水化的影响油基钻井液具有较理想的半透膜效率。对于页岩