第八章 井壁稳定

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1、第一节井壁失稳的原因及危害在石油钻井中，井眼稳定(boreholestability)问题是世界范围内普遍存在的问题。每年由此造成的直径经济损失达数亿美元之巨。因此国内外许多研究机构都在致力于此项研究。在钻井之前，深埋在地下的岩层受到上覆岩层压力（overburdenpressure）、最大水平地应力(maximuhorizontalinsitestress)、最小水平地应力(minimumhorizontalinsitestress)和孔隙压力(porepressure)的共同作用，处于平衡状态。第八章井壁稳定打开井眼后，井内的岩石被取走，井壁

2、岩石失去了原有的支持，取而代之的是泥浆静液压力，在这种新条件下，井眼应力将产生重新分布，使井壁附近产生很高的应力集中，如果岩石强度不够大，就会出现井壁不稳定现象。井壁失稳问题的工程分类：缩径(outofgaugeholes)：井眼压力较小，井壁岩石发生延性流动；井漏(lostcirculation)：井眼压力大于地层破裂压力；井塌(boreholecollapse)：井眼压力小于地层破裂压力，同时容易发生井喷(blowout)事故。井壁失稳问题的工程现象：起下钻遇阻，甚至卡钻大钩负荷加大划眼扭矩加大循环时返出岩屑棱角分明测井井径扩大一、井壁不稳定

3、的危害在我国各大油田的长期勘探开发过程中，井壁不稳定问题一直比较突出。如环渤海湾地区主要表现为馆陶、明化镇组泥页岩地层的水化膨胀，造成缩径卡钻事故；东营底、沙河街、孔店组泥页岩地层的剥落掉块，造成井径扩大(outofgaugehole)、坍塌卡钻(stuckdrillpipe)、电测质量低下、固井不合格等工程事故；一些特殊层位如：生物灰岩、裂隙性玄武岩、软弱砂岩的井塌井漏等。这些事故的发生会严重拖延了钻井周期，明显增加钻井成本，并给后续工作带来不利影响。严重时可使部分井眼报废甚至使整个井眼报废。二、井壁不稳定的原因及其研究方法1、井壁不稳定的原因

4、如果井眼内的泥浆密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度(shearstrength)而产生剪切破坏（shearfailure,表现为井眼坍塌扩径或屈服缩径），此时的临界井眼压力定义为坍塌压力(collapsepressure)；如果泥浆密度过高，井壁上将产生拉伸应力，当拉伸应力(tensilestress)大于岩石的抗拉强度(tensilestrength)时，将产生拉伸破坏（tensilefailure,表现为井漏），此时的临界井眼压力定义为破裂压力(fracturepressure)。因此，在工程实际中，可以通过调整泥浆密度，来改变井眼附近的

5、应力状态(stressstate)，达到稳定井眼的目的。2、井壁失稳与岩石破坏类型的关系井壁失稳(unstableborehole)时岩石的破坏类型主要有两种：拉伸破坏(tensilefailure)、剪切破坏（shearfailure)。剪切破坏又分为两种类型:一种是脆性破坏，导致井眼扩大，这会给固井、测井带来问题。这种破坏通常发生在脆性岩石中，但对于弱胶结地层由于冲蚀作用也可能出现井眼扩大；另一种是延性破坏，导致缩径，发生在软泥岩、砂岩、岩盐等地层，在工程上遇到这种现象要不断地划眼，否则会出现卡钻现象。拉伸破坏或水力压裂会导致井漏，严重时可造

6、成井喷。实际上井壁稳定与否最终都表现在井眼围岩的应力状态。如果井壁应力超过强度包线，井壁就要破坏；否则井壁就是稳定的。3、井壁失稳的原因通过以上分析，可以发现，影响井壁稳定的因素概括起来可分为四大类：（1）地质力学因素，原地应力状态(insitestressstate)、地层孔隙压力(formationporepressure)、原地温度、地质构造特征(geologicalstructuralfeature)等。这些因素是不可改变的，只能准确地确定它们。（2）岩石的综合性质，岩石的强度(rockstrength)和变形(deformation)特

7、征等、孔隙度(porosity)、含水量、粘土含量(claycontent)、组成和压实情况等。（3）钻井液(drillingfluid)的综合性质，化学组成、连续相的性质、内部相的组成和类型、与连续相有关的添加剂类型、泥浆体系的维护等。特别是对于泥页岩和泥质胶结的砂岩，钻井液对它们的物理力学性质的影响非常的大。（4）其它工程因素，包括打开井眼的时间、裸眼长度、井身结构参数（井深、井斜角、方位角azimuthangle）、压力激动和抽吸(surgeandswabpressure)等。这些因素和参数之间相互作用、相互影响，使井壁稳定问题变得非常复杂

8、。易于发生井壁失稳的地区高构造应力地区，如逆掩断层、山前构造带或大倾角地层异常高孔隙压力水敏性地层裂缝性地层低强度地区垂直于地层层理钻进