井壁失穩機理分析及技術對策

馬驍高慧杰常學平馬健(.冀東油田分公司工程監督中心, 河北 唐海 06399；.冀東油田分公司開發技術公司， 河北 唐海 06399)

井壁失穩機理分析及技術對策

馬驍1高慧杰1常學平1馬健2(1.冀東油田分公司工程監督中心, 河北 唐海 063299；2.冀東油田分公司開發技術公司， 河北 唐海 063299)

在鉆井施工過程中，由于地層應力、巖石性質、現場施工等因素的影響，常出現井壁失穩導致卡鉆、測井復雜、井眼坍塌等復雜事故，本文對井壁失穩機理做了相應分析，重點分析了南堡41-4568井失穩情況，并通過鉆井液性能維護、施工技術優化等方面總結了鉆井施工過程中對井壁穩定所做的防護及處理措施，為后期井壁穩定工作提供了借鑒性方案。

鉆井液；技術優化；井壁穩定；性能維護

1 井壁失穩機理分析

(1)地應力 地殼運動時在地層的不同部位形成不同的構造應力，這些應力以潛能的方式存儲在巖石內[1]。在形成井眼時，鉆井液液柱壓力代替了被鉆掉的巖石所提供的應力，井眼周圍的應力將重新分配，當鉆井液液柱壓力不足以平衡地層的側向力時，側向力將向井眼內釋放，造成地層剝落掉塊或井壁垮塌。

(2)巖石本身性質 泥巖中，粘土礦物的含量一般為20%～30%，若黏土礦物以伊蒙混層為主，因一部分比另一部分水化能力強，易發生非均勻膨脹[2]，減弱了泥頁巖的結構強度，實踐證明，伊蒙混層是最不穩定的地層。而在南堡4號構造東二、東三地層，粘土礦物的含量達到37%～48%。

(3)毛細管作用 泥巖在成巖過程中本就存在許多層理面和紋理，在構造力的作用下，泥巖很容易產生斷裂而釋放能量，從而形成更多微細裂紋，這些微細裂紋是良好的毛細管通道，很容易吸取泥漿濾液，這就為鉆井過程中井壁垮塌提供更好的條件。

(4)滲透水化 當鉆井液中的電解質濃度低于泥巖中電解質濃度時，泥漿中的水分子將向滲透地層中滲透[3]，滲透水化在泥巖內部進行，可以使蒙脫石的體積增加25倍，并形成很高的滲透壓，對井壁造成很大的破壞。

2 南堡41-4568井失穩情況

(1)基本情況 南堡41-4568三開鉆進周期25.75天，裸眼段長2038.24米，原井眼于9月2日第一次電纜測井時在3100-3700米井段出現刮卡現象，通井后第二次測井出現同樣問題，再次通井時下放至3170米遇阻，后經多次劃眼無效后填眼側鉆。

(2)原因分析

①本井三開裸眼井段較長，加之多次出現設備故障，增加了鉆井液對井壁的浸泡時間。原井眼在3280米反復劃眼，表明東二段井眼已經發生井壁失穩。

②泥漿密度不能平衡地層坍塌壓力，原井眼使用的泥漿密度為1.33g/cm3，與后期新眼施工對比密度較低。

③鉆井液性能。含鹽量：本井檢測含鹽量3.33%，根據研究及經驗分析，鉆井液中保持8%以上KCL能夠有效的保證井壁穩定，所以本井抑制性相對較差。

失水：本井高溫高壓失水15/120℃，超出設計范圍。較大的失水使濾液進入層理間隙，黏土礦物遇水膨脹，膨脹壓力使張力增大，導致地層局部拉伸破裂。同時由于濾液的緩慢侵入，失去了有效鉆井液柱壓力的支撐作用，由于水化應力的排斥作用使孔隙壓力升高，巖石會受到剪切或張力方式的壓力，誘發井壁失穩。

④本井設計熒光6級，限制了熒光級別高的潤滑、防塌等材料的使用，降低了鉆井液的防蹋抑制性能。

3 新井眼防蹋優化處理

(1)優選高效鉆頭和優質螺桿鉆具，摸索合適鉆井參數，控制好軌跡的同時，提高機械鉆速，在Ed、Es地層鉆進，保持排量在30L/s，既可以優化水力參數，又可以提高井眼清潔效果。

(2)合理調整鉆井液性能。新井眼東三段(3335m)密度提至1.35g/cm3，沙一段(3790m)密度提至1.37g/cm3，未發生垮塌情況。嚴格控制高溫高壓失水≤12、坂含40g/L～70g/L范圍內，提高氯化鉀的含量，控制在7%～8%，通過K+的鑲嵌，抑制頁巖滲透水化性能。

(3)新井眼加大了氯化鉀、酚醛樹脂、潤滑劑等材料的加量，加強低熒光鉆井液材料優選，選用了低熒光磺化瀝青，保證了井眼軌跡的圓滑。

4 認識與結論

本井新眼鉆進周期42.29天，完井周期53.29天，期間未發生井眼垮塌情況，說明井壁維護工作起到了一定效果。在井壁穩定的維護處理過程中，鉆井液各項性能的調整，提高了鉆井液的抑制及攜巖能力，各項施工工序的規范及優化，保證了井眼軌跡的圓滑，大幅降低扭矩，促進井眼清潔，進一步維護了井壁穩定，該井的施工對今后施工井井壁穩定的維護提供了可借鑒性參考方案。

[1]崔杰,趙金梅,等.井壁穩定性分析及應用[J].石油工程技術,2009,7(1):16-20.

[2]趙峰,唐洪明,孟英峰,等.微觀地質特征對硬脆性泥頁巖井壁穩定性影響與對策研究[J].鉆采工藝,2007,30(6):16-18.

[3]呂軍,鐘水清,劉若冰,等.鉆井液對井壁穩定性的影響研究[J].鉆采工藝,2006,29(3):74-75.

馬驍(1989-),男，漢，助理工程師，2012年畢業于東北石油大學石油工程專業，現在冀東油田分公司工程監督中心從事鉆井監督工作。