井壁失穩(wěn)機理分析及技術(shù)對策

馬驍高慧杰常學(xué)平馬健(.冀東油田分公司工程監(jiān)督中心, 河北 唐海 06399；.冀東油田分公司開發(fā)技術(shù)公司， 河北 唐海 06399)

井壁失穩(wěn)機理分析及技術(shù)對策

馬驍1高慧杰1常學(xué)平1馬健2(1.冀東油田分公司工程監(jiān)督中心, 河北 唐海 063299；2.冀東油田分公司開發(fā)技術(shù)公司， 河北 唐海 063299)

在鉆井施工過程中，由于地層應(yīng)力、巖石性質(zhì)、現(xiàn)場施工等因素的影響，常出現(xiàn)井壁失穩(wěn)導(dǎo)致卡鉆、測井復(fù)雜、井眼坍塌等復(fù)雜事故，本文對井壁失穩(wěn)機理做了相應(yīng)分析，重點分析了南堡41-4568井失穩(wěn)情況，并通過鉆井液性能維護、施工技術(shù)優(yōu)化等方面總結(jié)了鉆井施工過程中對井壁穩(wěn)定所做的防護及處理措施，為后期井壁穩(wěn)定工作提供了借鑒性方案。

鉆井液；技術(shù)優(yōu)化；井壁穩(wěn)定；性能維護

1 井壁失穩(wěn)機理分析

(1)地應(yīng)力 地殼運動時在地層的不同部位形成不同的構(gòu)造應(yīng)力，這些應(yīng)力以潛能的方式存儲在巖石內(nèi)[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(yīng)力，井眼周圍的應(yīng)力將重新分配，當(dāng)鉆井液液柱壓力不足以平衡地層的側(cè)向力時，側(cè)向力將向井眼內(nèi)釋放，造成地層剝落掉塊或井壁垮塌。

(2)巖石本身性質(zhì) 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(fā)生非均勻膨脹[2]，減弱了泥頁巖的結(jié)構(gòu)強度，實踐證明，伊蒙混層是最不穩(wěn)定的地層。而在南堡4號構(gòu)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(gòu)造力的作用下，泥巖很容易產(chǎn)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(dāng)鉆井液中的電解質(zhì)濃度低于泥巖中電解質(zhì)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(nèi)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(wěn)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(xiàn)刮卡現(xiàn)象，通井后第二次測井出現(xiàn)同樣問題，再次通井時下放至3170米遇阻，后經(jīng)多次劃眼無效后填眼側(cè)鉆。

(2)原因分析

①本井三開裸眼井段較長，加之多次出現(xiàn)設(shè)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(fù)劃眼，表明東二段井眼已經(jīng)發(fā)生井壁失穩(wěn)。

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(jù)研究及經(jīng)驗分析，鉆井液中保持8%以上KCL能夠有效的保證井壁穩(wěn)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(shè)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(dǎo)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(yīng)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(fā)井壁失穩(wěn)。

④本井設(shè)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(yōu)化處理

(1)優(yōu)選高效鉆頭和優(yōu)質(zhì)螺桿鉆具，摸索合適鉆井參數(shù)，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(yōu)化水力參數(shù)，又可以提高井眼清潔效果。

(2)合理調(diào)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(fā)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(nèi)，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(yōu)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(jié)論

本井新眼鉆進周期42.29天，完井周期53.29天，期間未發(fā)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(wěn)定的維護處理過程中，鉆井液各項性能的調(diào)整，提高了鉆井液的抑制及攜巖能力，各項施工工序的規(guī)范及優(yōu)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(wěn)定，該井的施工對今后施工井井壁穩(wěn)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(wěn)定性分析及應(yīng)用[J].石油工程技術(shù),2009,7(1):16-20.

[2]趙峰,唐洪明,孟英峰,等.微觀地質(zhì)特征對硬脆性泥頁巖井壁穩(wěn)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(wěn)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(yè)于東北石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)在冀東油田分公司工程監(jiān)督中心從事鉆井監(jiān)督工作。