处理泥页岩的坍塌掉块

表面水化和滲透水化。
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地层水化膨胀对井壁稳定的影响： A．孔隙压力升高 钻井液滤液进入地层后，由于压力传递和滤液与地层粘土矿物之间 通过水化作用产生水化应力，均会引起井壁地层孔隙压力的升高。 B．近井壁地带地层力学性质发生变化 钻井液滤液进入地层后，会引起地层中含水量升高，从而导致地层 的力学性质发生一系列的变化。
②、钻井液滤液对地层的侵入；
③、粘土的水化→吸水膨胀； 3)、钻井工程措施： ①、合理的钻井液密度； ②、优选钻井液类型与配方； ③、合理的钻井液性能：粘切、失水、滤饼质量； ④、合理的工程措施。
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(二)、准备工作：
1、穿戴好劳保用品；
2、备足处理剂：降失水剂、稀释剂、防塌剂、增粘剂、加重剂。 3、检查加重设备、钻井液枪、搅拌器等；
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1、力学因素
(1)原地应力状态 原地应力状态是指在发生工程扰动之前就已经存在于地层内部的应
力状态,也简称为低应力.。
（2）地层被钻开后所引起的井眼围岩应力的变化。 （3）造成井壁力学不稳定的原应。 ①钻进坍塌地层时钻井液密度低于地层坍塌压力的当量钻井液密度 ②起钻时的抽吸作用造成作用于井壁的钻井液压力低于地层坍塌压力。 ③井喷或井漏导致井筒中液柱压力低于地层坍塌压力。
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(3)钻井液对井壁的冲蚀作用
(4)井身质量不好。如井眼方位变化大，狗腿度过大，易造成应力集
中，加剧井塌的发生。 （5）对井壁过于严重的机械碰击。钻井易塌底层时，如钻速过高、 起钻用钻盘卸扣，由于钻具剧烈碰，即井壁从而加速井塌。
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三、稳定井壁的技术措施及其确定方法 1．稳定井壁的技术措施 （1）选用合理的钻井液密度，保持井壁力学稳定。 为了保持井壁稳定，必须依据所钻地层的坍塌压力与破裂压力来确 定钻井液密度，保持井壁处与力学稳定状态，防止井壁发生坍塌或塑 性变形。
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综上所述，由于地层中所含的粘土矿物细水发生水化膨 胀，产生水化应力，改变了井筒周围的孔隙压力与应力分布 从而引起井壁岩石强度降低，地层坍塌压力发生变化。当井 壁岩石所受到的周向应力超过岩石的屈服强度时，就会发生
井壁不稳定。井壁不稳定是物理化学因素与力学因素共同作
用所导致的结果。
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2、聚合醇稳定泥页岩的作用机理 浊点又称雾点，指对非离子表面活性剂水溶液加热，溶液变混浊 时的温度。
浊点理论认为，当钻井液的井底循环温度高于浊点时，发生相分
离。不溶解的聚合物能封堵泥页岩的孔喉，阻止钻井液滤液进入地 层。同时，相分离作用是聚合醇分子粘附在页岩表面上，形成涂层
进一步抑制了滤液的侵入，从而稳定井壁。
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2、物理化学因素 （1）地层的岩性 井壁不稳定可以发生在各种岩性的地层中。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。
(2)钻井液滤液对地层的侵入 当地层被钻开后，在井筒中钻井液与地层孔隙流体之间的压差、化 学势差和地层毛细管力的驱动下，钻井液滤液进入井壁地层，引起地层 中粘土矿物水化膨胀，导致井壁不稳定。 （3）粘土的水化 地层中的粘土矿物与水接触发生水化膨胀是由两种水化所造成，即
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3 、钻井工程措施
钻井工程措施也是影响井壁稳定一个重要因素。 （1）井内压力激动过大
钻井过程中，如果起下钻速度过快、钻井液静切力过大、开泵过猛、
钻头泥包等原因，均可能发生强的抽吸作用，产生过高的抽吸压力，从 而降低钻井液作用于井壁的压力，造成井塌。 （2）井内液柱压力大幅度降低 钻井过程中如果发生井喷、井漏或起钻没灌满钻井液均可能造成井 内液柱压力大幅度下降，造成井壁岩石受力失去平衡而导致井塌。
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，并可憋漏地层。
③扭矩增大，蹩钻严重，停转盘打倒车。
④上提钻具遇卡，下放钻具遇阻，结党恩、下钻下不到底，遇阻划
眼，严重时会发生卡钻或无法划到底 。
⑤井径扩大，出现糖葫芦井眼，测井与阻卡。
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（2）缩径的现象 当钻井过程中地层发生缩径时，由于井径小于钻头直径，会出现 扭矩增大、蹩钻等现象，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。 （3）压裂现象 当钻井液的循环压力大于地层的破裂压力时，就会压裂地层，使 地层出现裂缝，从而导致泵压下降，钻井液漏入地层，井筒中液柱压 力下降。如液柱压力降至上部地层的坍塌压力或孔隙压力之下，就可
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。
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2、井塌的现象： 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，严重时憋泵，甚至憋漏地层；
③、扭矩增大，蹩钻严重，停转盘打倒车； ④、上提遇卡，下放遇阻，接单根下钻不到井底，遇阻划眼，严
重时卡钻或划眼不到井低；
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1、沥青类的防塌机理
封堵地层中层理裂隙，阻止水浸入是稳定井壁的主要措施之一，
沥青产品具有这种特殊的性能。当其使用温度低于软化点时呈固态， 而接近软化点时变软，能发生塑性流动，在一定压差作用下被挤入
页岩微裂缝、孔隙和层面中，从而降低钻井液的滤失量和总的侵入
量，阻止页岩沿微裂缝及层面滑动和破碎。此外，沥青还能覆盖在 井壁上形成一层致密的薄膜，阻止钻井液冲蚀井壁。
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钙离子为两价离子，有较强的静电作用，能与粘土紧密地连接在 一起。钙离子还可以与页岩中的二氧化硅起作用使粘土转化为非膨胀 性的钙硅酸盐，使井壁稳定。此外，钙离子优先与钾离子在水化粘土 颗粒上发生盐基交换。所以，钾钙基钻井液中的钙离子能减少钾离子 的消耗量，使更多的钾离子进入页岩而有利与井壁稳定。
4、钻井泵能正常使用；
5、钻井液全套性能测试仪。
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(三)、操作步骤： 设：钻至泥页岩地层时，坍塌掉块较严重，极大地影响钻井液性能和正 常钻进。处理：加入1%JT888、3%SAS、1%MV-CMC，用BaSO4↑ρ(由 1.15g/cm3 ↑1.20g/cm3). 1、分析井下情况,制定正确的处理方案. 2、确定所需处理剂和加入比例； 3、计算处理剂加量： ①、JT888加量：m1=1×1%=1×0.01=0.01t=10Kg； ②、SAS加量：m2=1×3%=1×0.03=0.03t=30Kg； ③、MV-CMC加量： m3=1×1%=0.01t=10Kg； ④、BaSO4加量： m重=V原· ρ重· (ρ重﹣ρ原)/(ρ重﹣ρ加) =1×4.0(1.20﹣1.15) / (4.0﹣1.20)=0.2/2.8=0.071t=71Kg 。
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国内外常用的防塌钻井液有以下几中类型：油基钻井液、饱和盐 水钻井液、KCl钻井液、 钙处理钻井液、聚合物（包括聚丙烯酰胺、
钾铵基聚合物、 两性离子聚合物、阳离子聚合物、聚磺等）的钻井
液、硅基钻井液和聚合醇（或多元醇）钻井液。
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下面我重点介绍钾钙基钻井液体系和几种常用处理剂的防塌机理： 钾钙基钻井液体系具有良好的稳定井眼的功能，特别是在页岩井 段稳定井眼能力更为突出。其原理是：页岩主要由蒙脱石、伊利石高 岭土、和禄泥石等组成。蒙脱石主要以钙和钠作为补偿阳离子，离子 交换作用强，易水化膨胀。而伊利石以钾离子作为补偿阳离子，盐基 交换能力弱，但在发生盐基交换时，对钾离子显示出高度的选择性， 水化膨胀程度低。钾钙基聚磺钻井液有大量钙离子，钙离子有较大的 水化半径，能充分与粘土中的钠离子交换，使蒙脱石晶格内无水化的 空间。
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能发生井塌或井喷等井下复杂情况。
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二、井壁不稳定的原因分析
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。起原因十分复杂，就其主要原
因可归纳为力学因素、物理化学因素和工程措施等三个方面，但后
两个因素最终均因影响井壁因力分布和井壁岩石的力学性能而造成 井壁不稳定。
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第一节 井壁不稳定的机理和对策
井壁不稳定是指钻井或完井过程中的井壁坍塌、缩径、地层压裂
等三种基本内型。 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、 泥质砂岩或粉砂岩、砾石、煤层、岩浆层、碳酸盐岩等均可发生井壁 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、 高滲透性砂岩或粉砂岩、沥青等类地层中。
①坍塌压力的计算及影响因素
地层坍塌压力的影响因素：
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A、地应力的影响 由于地质构造运动等原因使地壳物质产生内因力效应，这种应力 称为地应力。可用三个主地应力（上覆地层压力、最大水平主地应力 和最小水平主地应力）来表示。地应力是造成井壁岩石破坏的根本力 源。井壁总是沿着最小地应力方向坍塌，其坍塌压力不仅与地应力大 小有关，而且与地应力的非均匀性有关。 B、地层强度的影响 地层坍塌是由于井壁岩石所受到的应力超过岩石的强度而应起的，
因而坍塌压力与地层强度密切相关。
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C、孔隙压力的影响
地层的坍塌压力与破裂压力均随孔隙压力的增加而增大。 D、地层滲透性的影响
E、井径扩大率的影响
F、地层破碎程度的影响 G、井斜角和方位角的影响
井塌压力随方位角的增大而增大。
H、钻井液的组成和性能的影响
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（2）优选防塌钻井液类型与配方，采用物理化学方法阻止或抑制 地层的水化作用 采用物理化学方法来阻止或抑制地层的水化作用的主要技术措 施有：①提高钻井液的抑制性；②用物理和化学方法封堵地层的层理 和裂隙；③提高钻井液对地层的膜效率，降低钻井液活度使其等于或 小与地层水的活度；④提高钻井液的粘度，降低钻井液高温高压滤失 量和泥饼滲透率，尽量减少钻井液滤液经入地层的量。
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井塌可能发生在各种岩性、不同粘土矿物种类及含量的地层中；但 严重井塌往往发生在下述地层中。 1、层理裂隙或破碎的各种岩性地层。 2、孔隙压力异常的泥页岩。 3、处于强地因力作用的地区。 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。
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2．井壁不稳定现象 （1）井塌的现象 钻井或完井过程中发生井塌他会出现以下现象：
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④钻井液密度过低不能控制盐岩层、含盐膏软泥岩和高含水软泥岩的
塑性变形。 ⑤钻井液密度过高
钻井过程中，如所采用的钻井液密度过高，大大超过地层的孔隙压
力，就会对井壁形成较大压差，从而会有更多钻井液滤液进入地层，加 剧地层中粘土矿物水化，引起地层孔隙压力增加及围岩强度降低，最终 导致地层坍塌压力增大。当坍塌压力的当量密度超过钻井液密度，井壁 就会发生力学不稳定，造成井壁坍塌。
⑤、井径扩大，测井遇阻卡。 3、井径不稳定的原因： 1)、力学因素： ①、原地应力状态：未钻井前，地层内部的应力。 a、上覆地层压力； b、水平地应力。
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②、地层被钻开后所引起的井眼围岩应力状态的变化； ③、造成井壁力学不稳定的原因：
井壁力学稳定的必要条件：P液＞ P地 。
2)、物理化学因素： ①、地层的岩性(组分)；
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4、据需要量备足处理剂 ； 5、将JT888和SAS配成胶液，等浓度按循环周加入原浆，以↓FL；
6、将MV-CMC配成胶液，按循环周等浓度加入，适当提高粘度；
7、加入BaSO4，适当提高钻井液的密度以稳定井壁； 8、测量钻井液的密度、API-FL、滤饼质量、粘切； 9、清洗仪器，摆放整齐； 10、清扫场地，回收废料。
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1、井壁不稳定地层的类型：
1)、井塌大多发生在泥页岩地层，约占90%以上；
2)、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、沥青等地层； 3)、严重井塌发生在下列地层中： ①、层理裂缝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层；