对付井下复杂情况的钻井液技术ppt课件.ppt

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1、第九章对付井下复杂情况的钻井液技术第一节井壁不稳定的机理及对策井壁不稳定是指钻井或完并过程中的井壁坍塌、缩径、地层压裂等三种基本类型(如图)；井壁坍塌、缩径造成井径扩大或缩小，地层压裂易造成井漏。8/14/20211一、井壁不稳定地层的类型与井壁不稳定现象1．井壁不稳定地层的类型钻井过程中所钻遇的地层，如泥页岩、砂质或粉砂质泥岩、流砂、砂岩、泥质砂岩或粉砂岩、砾岩、煤层、岩浆岩、碳酸盐岩等均可能发生井壁不稳定。但井塌大多发生在泥页岩地层中，约占90％以上。缩径大多发生在蒙脱石含量高、含水量大的浅层泥岩、盐膏层、含盐膏软泥岩、高渗透性砂岩或粉砂岩、沥青等类地层中，压裂可发生在任何一类地层中。

2、8/14/20212井塌可能发生在各种岩性、不同枯土矿物种类及含量的地层中；但严重井塌往往发生在下列地层中。(l）层理裂凉发育或破碎的各种岩性地层。(2）孔隙压力异常的泥页岩。(3）处于强地应力作用的地区。(4）厚度大的泥岩层。(5）生油层。(6）倾角大易发生井斜的地层等。8/14/202132．井璧不稳定现象(1）井塌的现象钻井或完井过程中如发生井塌会出现以下现象：①返出钻屑尺寸增大，数量增多井混杂。②泵压增高且不稳定，严重时会出现憋泵现象，井可憋漏地层；③扭矩增大，憋钻严重，停转盘打倒车。④上提钻具遇卡，下放钻具遇阻；接单根、下钻下不到井底，遇阻划眼，严重时发生卡钻或无法划至井底。⑤井

3、径扩大，出现糖葫芦井眼，测井遇阻卡。8/14/20214(2）缩径的现象当钻井过程中地层发生缩径，井径小于钻头直径，出现扭矩增大、憋钻等现象，严重时转盘无法转动，甚至被卡死；上提钻具或起钻遇卡，严重时发生卡钻。下放钻具或下钻遇阻，地层缩径严重，可使井眼闭合。8/14/20215(3）压裂的现象当钻井液的循环压力大于地层的破裂压力压裂地层，地层出现裂缝，导致泵压下降，钻井液漏入地层，井筒中液柱压力下降。液柱压力降至上部易塌地层的坍塌压力或孔隙压力之下，可能发生井塌或井喷等井下复杂情况。8/14/20216二、地层组构特性、理化性能和井壁稳定性的室内评价方法1．地层组构特性和理化性能的分析方法

4、常用的分析方法有以下几种：(1）肉眼观察通过肉眼观察可以掌握地层的层理、裂隙和镜面擦痕发育情况，地层倾角大小，地层软硬程度及遇水后膨胀、分散和强度定性变化情况。8/14/20217(2)X光衍射分析法、红外光谱吸收法和差热分析等方法。测定地层中各种非粘土矿物、晶态粘土矿物、非晶态粘土矿物的相对和绝对含量。(3）扫描电镜分析定性地确定地层中粘土矿物、非粘土矿物、地层胶结物特征、裂隙发育情况及裂缝宽度。8/14/20218(4）薄片分析薄片分析测定碎屑、基岩及胶结物的组分及分布，描述孔隙的性质和类型，测定粘土矿物的分布及成因。(5）密度用甘氏比重瓶或李氏比重瓶进行测定。(6）阳离子交换容量用亚

5、甲基蓝溶液吸附法进行测定。(7）可溶性盐的含量采用钻井液滤液化学分析法进行分析。8/14/20219(8）吸附等温线试验测定不同平衡条件下泥页岩的含水量，估计地层的膨胀程度、活度。(9）比表面积比表面积表征泥页岩水化特性或膨胀性能的物理量。测定比表面积有助于了解泥页岩水化膨胀特性和分析井壁稳定问题。(10）ξ电位泥页岩ξ电位的大小可以用来判断泥页岩的膨胀、分散特性。8/14/2021102．井璧稳定性的室内评价方法(1）分散性试验国内外分散性试验方法常用的有两种：①页岩滚动试验评价泥页岩的分散特性，研究钻井液抑制地层分散能力。采用干燥的泥页岩样品粉碎，岩样过10目筛，往加温罐中加入350m

6、l试验的液体和50g岩样，加温罐放入滚子加热炉中滚动16h（控制在所需温度）。倒出试验液体与岩样，过30目筛干燥并称量筛上岩样，计算质量回收率。再取上述过30目筛干燥的岩样，放入装有350ml水的加温罐中，继续滚动2h，倒出水与岩样，再过30目筛，干燥并称筛上的岩样，计算回收的岩样占原岩样的质量百分数。8/14/202111(2）膨胀性试验地层膨胀是地层中所含的粘土矿物水化的结果。通常采用测定岩样线性膨胀百分数（称为膨胀率）或岩样吸水量来表示地层的膨胀性能。包括常温常压膨胀实验和高温高压膨胀实验。8/14/202112三、井璧不稳定的原因分析井壁不稳定的实质是力学不稳定。井壁岩石所受的应力

7、超过本身的强度发生井壁不稳定。井壁不稳定主要原因可归纳为力学因素、物理化学因素和工程技术措施等三个方面，物理化学因素和工程技术措施最终均因影响井壁应力分布和井壁岩石的力学性能而造成井壁不稳定。8/14/2021131．力学因素(l）原地应力状态（自学）(2）地层钻开后引起的井眼围岩应力状态的变化孔隙压力指地下岩石孔隙内流体压力。在正常沉积环境中，地层处于正常的压实状态，孔隙压力保持为静液柱压力，为正常地层压力，压力系数为