井下复杂情况导论.ppt

井下复杂情况及其处理 井壁稳定技术的研究 在钻井或完井过程中，由于地质因素和工程因素往往引起井壁不稳，如井壁坍塌、缩径、地层压裂等，如果不及时给予控制会进一步引起大面积坍塌、卡钻、井漏或井喷等，甚至会造成整口井的报废，因此正确、及时的处理各种井下事故，是减少经济损失的重要措施。 井壁稳定问题是钻井工程中经常遇到的一个十分复杂的世界性难题，国内外学者都进行了大量的研究工作，但由于问题的复杂性和研究手段的局限性，该问题一直没能得到很好的解决。 井壁稳定技术的研究 一、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、砂质粉砂质泥岩、流岩、泥质砂岩或粉砂岩、砾岩、煤层、岩浆岩、碳酸盐岩均可能发生井壁不稳定。 易发生严重井塌的地层有： 　⑴层理裂隙发育或破碎的各种岩性地层 　⑵孔隙压力异常的泥页岩以及厚度大的泥岩层 　⑶强地应力作用地区 　⑷生油层 　⑸倾角大易发生井斜的地层 但井塌90%发生在泥页岩地层 缩径多数发生在蒙脱石含量高、含水量大的浅层泥岩、盐膏岩、含盐膏软泥岩、高渗透性砂岩或粉砂岩、沥青等类地层。 压裂则可发生在任何类型的地层中。压裂则可发生在任何类型的地层中。 井壁稳定技术的研究 二、钻井过程中出现井壁不稳定的表象 ⑴井塌表象 ①返出钻屑尺寸增大，数量增多并混杂 ②泵压增高且不稳定，严重时会出现憋泵现象甚至憋漏地层。 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，严重时会发生卡钻或无法划至井底 ⑤井径扩大，出现糖葫芦静眼，测井遇阻卡。 ⑵缩径表象 出现扭矩增大，憋钻现象，严重时转盘无法转动；上提钻具卡，下放钻具遇阻。 ⑶压裂表象 出现泵压下降，井筒中液柱压力下降。 井壁稳定技术的研究 三、引起井壁不稳定的因素 井壁不稳定的实质是力学不稳定。当井壁岩石所受的应力超过其本身的强度就会发生井壁不稳定。引起井壁不稳定的主要因素可归纳为力学因素、物理化学因素、和工程技术措施等三个方面。后两个因素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。 1、力学因素 位于地层深部的岩石，受上覆地层压力、水平方向地应力及地层孔隙压力的作用，在井眼钻开之前，各种应力处于平衡状态，钻开后，井内钻井液柱压力取代了所钻岩层对井壁的支撑，破坏了地层的原有应力平衡，引起井眼周围应力的重新分布，其分布结果与井眼内液柱压力有直接关系。若井眼内液柱压力降低井眼围岩径向应力减小，切向应力增大，当切应力超过岩石的抗剪强度时，就会发生剪切破坏，脆性地层发生坍塌，井径扩大，而塑性地层发生塑性变形，井径缩小。若井内液柱压力大到一定值后，井壁处的切应力就会变成拉应力，当拉伸应力大于岩石的抗拉强度时，就会发生拉伸破坏，引起井漏。 井壁稳定技术的研究 钻井过程中保持井壁处于力学稳定的必要条件是钻井液液柱压力必须大于地层坍塌压力，低于地层破裂压力。此时钻井液的实际当量密度应高于地层坍塌压力对应的当量密度，低于地层破裂压力对应的当量密度。 钻井过程中引起井壁力学不稳定的因素有以下几个方面 ： ⑴钻进易坍塌地层时钻井液密度低于地层坍塌压力对应的当量密度。 ⑵起钻时的抽吸作用，起钻过程未及时灌注钻井液，造成作用于井壁的钻井液压力低于地层坍塌压力。 ⑶井喷或井漏导至井内液柱压力低于地层坍塌压力。 ⑷钻井液密度过低不能控制岩盐层、含盐膏软泥岩和高含水软泥岩的塑性变形。 ⑸钻井液密度过高，产生的液柱压力超过临界值，使破碎性地层径向结合面逐渐由闭合状态变为开启状态，与此同时切向接合面闭合。此时由于钻井液进入，引起地层孔隙压力增高，一部分裂隙网变得易被钻井液侵入相应接合面被增压，碎块变得更为松散，当受到钻井液和钻具组合冲击时而坍塌。 井壁稳定技术的研究 2、物理化学因素 ⑴地层的岩性和组成 对井壁稳定性产生影响的主要组分是地层中所含的粘土矿物。地层中的粘土矿物与水接触发生水化膨胀导致井壁不稳定。 各种粘土矿物膨胀能力的顺序为：蒙脱石＞伊蒙间层矿物＞伊利石＞高岭石＞绿泥石。 由泥岩吸水实验证实含盐泥岩的吸水量大大高于不含盐泥岩。 地层中含有石膏、氯化钠和芒硝等无机盐会促使地层发生吸水膨胀。 ⑵地层中层理裂隙发育程度。 地层的层理裂隙越发育，水越容易沿裂隙进入地层深处，使周围地层中的粘土矿物发生水化，因而井壁也越容易坍塌。 ⑶钻井液的成膜作用 钻井液滤液在钻井液与地层孔隙压力差、化学势差作用下进入地层，引起地层粘土矿物水化膨胀导致井壁不稳定。而化学势差取决于钻井液与地层流体之间的活度差和岩层表面形成的半透膜效率。 井壁稳定技术的研究 大量实验证实，使用水基钻井液时，低渗透泥岩表面存在着非理想的半透膜，但其膜效率低于1。其值高低取决于钻井液的