井壁稳定
第八章 井壁稳定
易于发生井壁失稳的地区
高构造应力地区，如逆掩断层、 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井眼较稳定 对裂缝性地层， 对裂缝性地层，提高钻井液密度不一定有助于防止 坍塌 崩落后的井眼比圆形井眼更稳定 构造运动剧烈地区有可能通过优化井眼方位来改善 稳定性； 稳定性； 减少井眼裸露时间是有益的 强抑制、严封堵、 强抑制、严封堵、合理密度是防塌钻井液设计的方 向 冷却钻井液有助于防塌
井眼稳定分析所需资料
区域地质构造；岩性剖面 测井资料（井径、声波、密度、自然伽玛等） 录井资料 钻井设计任务书、井史及完井地质报告 岩心、岩性、岩相、岩石物性分析资料 地层漏失试验及事故记录 其他部门的研究结果（地质、开发部门） 钻井过程中的其他测试资料
分析步骤
判断井眼失稳性质（化学、力学、疏松岩层、 塑性岩层） 了解构造背景、准确判定地应力特征； 分析岩性剖面，收集岩心、测井资料； 应用分析软件进行分析 将分析结果与钻进实际进行对比，进行必要的 修正； 结合钻井液特性、井眼轨迹进行预测，并提出 维护井眼稳定的措施。
力学方面的研究: 力学方面的研究: 岩石力学研究主要包括原地应力状态的确定、 岩石力学研究主要包括原地应力状态的确定、岩 石力学性质的测定、井眼围岩应力分析， 石力学性质的测定、井眼围岩应力分析，最终确定保 持井眼稳定的合理泥浆密度。 持井眼稳定的合理泥浆密度。 化学和力学耦合研究 泥浆化学和岩石力学耦合起来研究， 泥浆化学和岩石力学耦合起来研究，尽可能多地 搜集井眼情况资料（ 搜集井眼情况资料（如井眼何时以何种方式出现复杂 情况），尽可能准确地估计岩石的性能， 情况），尽可能准确地估计岩石的性能，确定起主要 ），尽可能准确地估计岩石的性能 作用的参数有哪些。 作用的参数有哪些。
准噶尔盆地玛湖1井区井壁稳定技术
准噶尔盆地玛湖1井区井壁稳定技术摘要：玛湖1井区位于准噶尔盆地中央坳陷玛湖凹陷南斜坡，目的层位：二叠系上乌尔禾组P3w22油藏，因老区大面积压裂，储层改造使原始地层压力已经破坏，钻开井眼后井壁失稳导致井塌、井漏复杂增加，成为制约油气勘探开发速度的主要技术瓶颈。
关键词：玛湖1井区；上乌尔禾组；井塌、井漏；井壁失稳。
井壁稳定主要是井眼受到地质的因素、钻井作业的因素以及泥页岩和钻井液的不稳定因素等方面影响而出现井壁失稳现象。
井壁稳定的关健是:准确掌握地层岩石坍塌应力，科学确定所用泥浆密度, 并使钻井液静液柱压力作用于井壁以有效平衡井壁坍塌压力，2023年玛湖1井区部署17口井，在钻井施工中有10口井出现井壁失稳大段划眼，延误工期。
其中MHD1001井,MHD1002井,MHD1005井复杂时率分别为42%、51%、52%。
都以垮塌掉块的井壁失稳形式表现导致回填侧钻。
一、玛湖1井区井壁失稳原因分析1、地质原因造成失稳：地层构造是造成井壁失稳现象的一个主要原因。
玛湖1井区，设计为二开井施工，一开0-500米，设计钻井液密度为1.10-1.20g/cm3，下套管前将密度提高 1.18-1.20g/cm3，配制稠段塞20m3(FV≥100 s，ρ=1.20 g/cm3)清洁井眼。
二开500-3990米，钻井液密度设计为1.15~1.35g/cm3现场施工中根据dc指数压力监测的结果，并结合实际钻井情况合理调整钻井完井液密度，二开井段施工主要在八道湾组地层疏松、煤层发育，克上、克下组砂砾岩泥岩互层交接疏松；目的层上乌尔禾组砂层较薄，泥岩砂岩互层较多，并存在裂缝发育，承压能力弱，垮塌掉块严重，阻卡频繁，引发的井下复杂事故频繁发生上乌尔禾组地层主要由泥岩、砂砾岩组成，胶结性差，粘土矿物含量少，遇水后粘土水化分散，砂砾岩分散成细砂和砾石使岩石崩散，岩石受到拉伸或挤压、剪切力的作用会产生断裂，诱掉掉块的发生，地层胶结能力变差，此外地层中可能存在着层里裂缝，微裂缝在井下与钻井液接触时，钻井液中的水沿着微微裂缝进入地层，引起地层水化膨胀，使井壁周围地层中的粘土矿物进一步渗透水化造成井壁失稳垮塌的重要原因。
威远地区页岩气水平钻井井壁稳定影响因素分析
威远地区页岩气水平钻井井壁稳定影响因素分析威远地区是四川盆地页岩气资源非常丰富的地区之一，页岩气水平钻井井壁稳定性是页岩气开发中一个重要的问题。
本文将对威远地区页岩气水平钻井井壁稳定的影响因素进行分析，以期为页岩气开发提供参考。
一、地质条件威远地区处于四川盆地西北缘，地处成都、绵阳、广元三市的交汇处，其地质构造以隆起为主。
该地区的页岩气储层主要分布在下侏罗统和中侏罗统地层，页岩气储层岩性为泥页岩和页岩，孔隙度较小，渗透率较低。
受地质构造和构造运动的影响，地下应力复杂，存在较大的地应力梯度，这是影响井壁稳定性的主要地质因素之一。
三、钻井液性能钻井液在水平钻井中起着非常重要的作用，其性能直接影响到井壁的稳定性。
在威远地区页岩气水平钻井中，由于地层的特殊性，通常会选择高密度、高黏度的钻井液，以增加井壁支撑力和稳定性。
还需要加入一定的井壁保护剂和抑制剂，以减小井壁的侵蚀和破坏，提高井壁的稳定性。
四、施工工艺水平钻井的施工工艺对井壁稳定性也有很大的影响。
在威远地区进行页岩气水平钻井时，需要选择合适的钻具和施工工艺，以减小地下应力的影响和地质构造的影响，提高井壁的稳定性。
还需要对井眼进行定向和轨迹控制，以保证钻井的顺利进行和井壁的稳定性。
五、温度和压力在页岩气水平钻井中，地层的温度和压力也是影响井壁稳定性的重要因素。
在威远地区，由于地层深度较大，地温和地压较高，这就对钻井液的性能和钻具的选择提出了更高的要求。
还需要加强对井眼周围地层的分析和评价，以确定井壁稳定的技术措施和支撑材料。
威远地区页岩气水平钻井井壁稳定的影响因素包括地质条件、井筒结构、钻井液性能、施工工艺和温度压力等多个方面。
针对这些影响因素，需要选择合适的技术措施和支撑材料，以保证页岩气水平钻井的顺利进行和井壁的稳定性。
希望本文的分析能为威远地区页岩气开发提供一定的参考和指导。
井壁稳定问题(2)
井内泥浆对泥页岩的化学作用,最终可以归结到对 井壁岩石力学性能参数、强度参数以及近井壁应力 状态的改变。泥页岩吸水一方面改变井壁岩石的力 学性能,使岩石强度降低;
另一方面产生水化膨胀,如果这种膨胀受到约束便 会产生膨胀压力,从而改变近井壁的应力状态。
井内泥浆对泥页岩的作用机制不难理解,但如何将 这种化学作用带来的力学效应加以定量化,并将其同 纯力学效应结合起来研究井壁稳定性问题,过去相当 长时间的研究中没有考虑这一问题。到目前为止,国 内外关于化学力学耦合的文献很少。从文献资料来 看,其研究方法主要表现在两个方面,即实验研究和理 论研究两方面。
岩石越来越不稳定。
2) Sv > Sh1 = Sh2 地层坍塌压力与井斜方位角无关。并且, 随着井
斜角增大, 井壁坍塌压力开始变化较小,后随井斜角 的增大, 井壁坍塌压力逐渐增大。
3) Sh1 > Sv > Sh2 根据国家地震局的水压致裂的压力测量结果表明,
在钻井深度范围内, 我国绝大多数地区处于此种应力 状态。此时, 随着井斜角的增大, 井壁坍塌压力逐渐 减小, 井壁趋于稳定。
φ= 28°, C = 18M Pa, η= 1。
3) Sh1 > S v > Sh2 原始资料: Sv = 10519M Pa, Sh1 = 11218M Pa, Sh2 = 7813M Pa,
Pp = 46103M Pa, φ=2616°, C = 23195M Pa, η= 0.4。
4) Sh1 > Sh2 > Sv 处于这种原地应力状态的现场资料极为少见, 这里给定: Sv =
研究思路：
1. 钻井液与泥页岩间的化学位差是导致水进出页岩的主要驱 动力之一。 2. 化学位差导致的水进出泥页岩改变了近井眼处孔隙压力、 页岩强度、近井眼处有效应力状态, 从而导致了井壁失稳的 发生。 3. 综合考虑钻井液与页岩相互作用时的力学与化学方面的相 互影响, 建立斜井中泥页岩井眼稳定的力学、化学耦合模型。
钻井工程井壁稳定新技术
钻井工程井壁稳定新技术井壁稳定问题包括钻井过程中的井壁坍塌或缩径（由于岩石的剪切破坏或塑性流动）和地层破裂或压裂（由于岩石的拉伸破裂）两种类型。
一、化学因素井壁稳定机理：1、温度和压力对泥岩水化膨胀性能的影响：膨润土水化膨胀速率和膨胀量随着温度的增高而明显的提高，尤其当温度超过120℃时，膨胀曲线形状有较大的变化，膨润土的膨胀程度随着压力的增高而明显下降。
2、泥页岩水化在10～24h范围内出现Na＋突然释放现象，阳离子释放总量及Na＋释放所占的比例越高，泥页岩越易分散，就越易引起井塌。
3、PH值水溶液中PH值低于9时，影响不大，PH值继续增加，泥岩岩水化膨胀加剧，促使泥页岩坍塌。
4、活度与半透膜对泥页岩水化的影响水基钻井液可通过加入无机盐降低活度来减缓泥岩水化膨胀；半透膜影响存有争议。
二、各种防塌处理剂稳定井壁机理1、K+防塌机理一是离子交换，另一是晶格固定，对不同类型的泥页岩，其作用方式不相同，随着PH值的增高，混入Ga2+、Na +等离子浓度的增加，会阻碍对泥页岩的固定作用。
钾离子主要对于蒙皂石等高活性粘土矿物起抑制作用。
2、硅酸盐类稳定剂（1）硅酸盐稳定粘土机理：1）主要机理：尺寸较宽的硅酸粒子通过吸附、扩散等途径结合到粘土晶层端部，堵塞粘土层片间的缝隙，抑制粘土的水化，从而稳定粘土，在某些极端的应用条件（如高温、长时间接触等）下，硅酸盐能与粘土进行化学反应长身无定形的、胶结力很大的物质，使粘土等矿物颗粒凝结层牢固的整体。
2）次要机理：负电性硅酸粒子结合到已经预水化的粘土颗粒端部，使其电动电位升高，粘度、切力和滤失量下降，有利于形成薄而韧的泥饼。
（2）硅粒子防塌机理有机硅在泥岩表面迅速展开，形成薄膜，在一定温度下，有机硅中的—Si—OH基和粘土表面的—Si—OH基缩合脱水形成—Si—O—Si—键，在粘土表面形成一种很强的化学吸附作用，同时有机硅中的有机基团有憎水作用，使粘土表面发生润湿反转，从而使泥岩水化得到控制。
08井壁稳定性1
2)、再将坐标x1、y1、 z1以y1为轴，按右手定则 旋转Ψ角，变为x、y、z 坐标。
Ω
φ
22
8.3 斜井的井壁稳定分析
变换后的坐标关系
x cos cos cos sin sin 1 y sin cos 0 2 z sin cos sin sin cos 3
推 导
23
8.3 斜井的井壁稳定分析
变换后，地应力的六个分量为：
xx yy zz xy xz yz cos2 ( H1 cos2 H 2 sin 2 ) v sin 2 sin 2 ( H1 cos2 H 2 sin 2 ) v cos2 cos sin ( H1 cos2 H 2 sin 2 v ) sin cos sin ( H1 H 2 ) cos cos sin ( H1 H 2 ) H1 sin 2 H 2 cos2
支不低于60亿美元。
保持井壁稳定一直钻井技术中一个十分重要的课题，在我国 表现十分普遍，对油田开发生产带来了很大影响。
1
8.1井壁失稳的原因及危害
新疆、塔里木、吐哈油田：破碎带易发生坍塌卡钻事故、凝灰岩微细 川东北：嘉陵江组普遍存在高压地层，飞仙关组气层多为高含 渤海海域：明化镇组泥岩地层坍塌，井下阻卡严重； 南海西部海域：涠二段层理性泥页岩层理发育，定向钻井坍塌严重； 中原油田、垦利11-2构造：塑性地层缩径，卡钻、套损严重； 裂缝发育，易塌易漏；水平井造斜段煤层垮塌、泥岩遇阻。 硫气层；钻井施工过程中易发生斜、漏、塌、卡等复杂情况；
物理知识应用实践之钻井井壁稳定性的力学分析
其 中，ｐ 为上覆岩层竖直方 向的平均密度 ［ ｋ ｇ ／ ｍ ２ ］． ｇ 为重力加
速度 ［ ｍ ／ ｓ ］． Ｈ为井深 ［ ｍ］ 。该 微 元 在 水平 面 内 的受 力 如 图 ２
知识和经验 ， 通过运行各种钻井设备 ，实施相应 的技术工艺 ，用钻头 在地层中形成一个规则 的井眼的过程 ，它包含有一 系列的钻井措施 和
工艺。但 是 ，钻井工程是隐蔽性很强 的地下工程 ，施工 过程中所产生 的很多问题都是不可见 的。例如 ，井壁 的稳定性 问题就是限制钻井 速 度的重要瓶颈之一。井壁如何保持稳定 ，以往 总是从岩石的化学性 质
企 业 管 理
物理知识应用实践之钻井井壁稳定性的力学分析
陈 枫 （ 山东胜利职业学院
摘
山东
东营 ２ ５ ７ ０ ０ ０ ）
要 ：井壁稳定问题是 限制钻 井速度的重要瓶 颈之一 ，为 了给钻 井现场施 工提 供强有 力的理论 基础 ，通过物理方 法，利 用柱 面坐标 ，建
立了竖直 圆柱井筒围岩力学模型 ，得到 了简化条件 下的井下岩石受 力表达式 ，指 出由于井下围岩 压力 占主导 地位 ，对造成 井壁岩石 失效的判 断
确定地层原始地应力 ，然后计算出钻井过程 形成井眼后 ，周 围地层 岩
！ ！
： 一
（ ３ ）
石的应力分布公式 ，结合地层岩石 的强度性 质数据就可确定理 论上岩 石状态被破坏 的压力 ，从而确定保持井壁稳定所需 的外 力范围 （ 主要 是钻井液液柱压力 ，可计算 出钻 井液密度 ） ，当钻井过程 中井壁 四周 地层岩石所受应力超过了岩石的强度时 ， 表现 为井壁失稳 ；当岩石井 壁 四周地层所受应力小于岩石的强 度时， 表现为井壁稳定 。 国外 已有文献对从井壁围岩的力学特性出发 ，讨论井壁 稳定性的 论述很 多，主要有 四个模 型。１ ）基 于线弹性 理论 ，通 过库伦一摩尔
浅谈通过物理化学方法控制水平井井壁稳定
浅谈通过物理化学方法控制水平井井壁稳定摘要：泥页岩井壁不稳定是钻井作业中的一大难题，水平井作业中该问题尤为突出，为了更好的控制水平井钻井施工过程中的井壁坍塌问题，本文抛开力学原因（即钻井液密度）造成的井塌，从物理化学角度出发，研究分析井塌控制方法。
本文先后对泥岩水化效应、钻井液滤失量、滤饼物性等方面进行分析，通过对钻井液组分的调整，优化了以上特性，达到了控制井壁坍塌的目的，同时也避免了单一的利用密度控制井塌后密度过高所产生的副作用。
关键词：水平井泥岩钻井液滤失量滤饼1、泥岩水化效应对井壁稳定的影响水基钻井液与泥页岩之间会产生水化作用并改变泥页岩中的应力状态和岩石强度，泥页岩的水化问题实际上是由于渗透水化作用引起的，渗透有两层含义，一是指流体在压差作用下在孔隙介质中运移，另一个是指泥页岩井壁存在半透膜特性，由于膜两侧流体的化学势不同而导致流体穿过半透膜发生运移，所以只有进行钻井液化学和井壁围岩力学的耦合研究，才能确定出在给定钻井液下保持井壁稳定所需的合理钻井液密度。
然而，泥页岩并不是理想的半透膜，它不仅允许水通过，也允许部分溶质通过，水和溶质的运移改变了体系中各组分的化学势，泥页岩孔隙中流体的浓度不再是一个常数，建立了一个将水和溶质耦合流动结合到井壁稳定计算中的模型，其数值模拟结果表明，化学作用对井壁稳定有重要影响，从该模型中可以计算出给定泥页岩地层的防塌钻井液密度。
2、钻井液滤失量及滤饼物性对井壁稳定的影响2.1钻井液滤失量从比亲水量、能量守恒以及岩石断裂力学等方面分析了钻井液封堵特性和滤失量对防止井壁坍塌的重要作用。
根据现场实例指出：岩石内部微裂纹在应力作用下的扩展促进了微裂纹的连接，随之侵入的钻井液滤液与岩石间的物理化学反应使岩石内能增加进一步加速了岩石裂纹的扩展，是造成井壁坍塌和失稳的主要原因。
因此，加强钻井液封堵性能，降低钻井液滤失量，防止岩石与钻井液滤液间的物理化学作用是防止井壁坍塌的重要途径。
井壁稳定性解析课件
max
P 3 H
h
[ (1 2 ) 1
](P Pp )
min
P 3 h
H
[ (1 2 ) 1
](P Pp )
70 60 50 40 30 20 10
0
90
180
270
360
50 45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
0
90
180
270
360
井周地层应力状态
Pt
3 H
h
2C K K2 1
K2
1 P
Pf 3 h H P St
K ctg(45 )
2
注意各符号表示的物理意义。
定向井井周地层应力状态
3 z1
β
z
y
o
r
γ
θ
x
α
1
β
y1 α
2
x1
东营组地层斜井井壁稳定性分析
最大水平地应力方位： 井壁坍塌风险最高
坍塌压力随井 斜方位的变化
监测裂缝扩展和关井后的压 力，准确确定最小主应力
volume
(after Gaarenstroom et al., 1993)
典型的水力压裂试验曲线
破裂漏失 出现剪切 裂缝
停泵
裂缝重张
井口压力
裂缝闭合
时间
利用水力压裂试验数据计算地应力：
地层破裂压力（Pf）：地层破裂产生流体漏失时的井底压力 裂缝延伸压力（Pr）：使一个已存在的裂缝延伸扩展时的井底 压力
地应力
给定的泥浆密度
井周应力应变
本构模型
提高泥浆密度
失稳
破坏准则 稳定
结束
以孔隙弹塑性力学为基础的均质地层井壁稳定性分析理 论和计算方法基本成熟
浅析定向钻井技术常见问题与解决措施
浅析定向钻井技术常见问题与解决措施定向钻井技术是一种在油田开发中广泛应用的技术，它能够在地下油层中进行精确的定向钻井，避开地质障碍，提高油井的开采效率。
与其他钻井技术一样，定向钻井技术也存在一些常见问题，如不良的井壁稳定性、钻头失效、定向控制不足等。
本文将对定向钻井技术中的常见问题进行分析，并提出相应的解决措施。
一、井壁稳定性问题井壁稳定性是定向钻井中常见的问题之一，当井壁不稳定时，会影响到钻井的进展，甚至导致井壁坍塌和井眼塌陷。
导致井壁不稳定的原因包括地层岩石性质差、井壁支撑不足、钻井液性能不佳等。
解决措施：1. 选择合适的钻井液。
钻井液是保持井壁稳定的关键，选用适合地层条件的钻井液可以提高井壁的稳定性。
2. 加强井壁支撑。
对于地层条件较差的地区，可以采用多级套管结构来增强井壁的支撑能力。
3. 增加井壁稳定性监测。
定向钻井过程中需要不断监测井壁的稳定性，及时发现问题并采取措施。
二、钻头失效问题钻头作为定向钻井中的重要部件，其失效会导致钻井进展受阻，甚至损坏钻井设备，增加钻井成本。
导致钻头失效的原因包括地层条件变化、钻头设计不当、钻井液性能差等。
三、定向控制问题定向控制是定向钻井中的关键环节，好的定向控制能够确保钻井的正常进行，而定向控制不足则会导致井眼偏离设计方向，增加钻井风险。
解决措施：1. 加强井眼轨迹监测。
在钻井过程中需要不断监测井眼轨迹，通过实时数据对定向进行调整。
2. 优化定向工具。
选择性能稳定的定向工具，确保定向效果的可靠性。
3. 强化人员培训。
确保操作人员具备良好的技术水平，能够熟练操作定向设备。
总结：定向钻井技术的应用可以有效提高油井开采效率，但在实际应用中常常会遇到一些问题。
一旦出现问题，及时有效的解决措施能够保障钻井的顺利进行，减少钻井风险，提高施工效率。
在实际应用中需要严格按照规程进行施工，并加强对钻井过程中的监测，及时发现和解决问题，确保钻井工作的平稳进行。
[工学]第八章 直井井壁稳定性分析讲课用
![[工学]第八章 直井井壁稳定性分析讲课用](https://img.taocdn.com/s3/m/375c351087c24028905fc301.png)
第八章井壁稳定性研究第一章概论第二章井壁稳定性研究的基本原理第一章概论•井壁稳定研究的意义•井壁失稳的表现形式•影响井壁稳定的基本因素•井壁稳定的研究现状•井壁稳定研究的主要内容一、井壁稳定研究的意义1、提高钻井成功率2、确保井眼按设计要求，按时、保质地完成¾钻穿和钻达设计要求的所有目的层，钻达到设计井深和层位¾按时完成钻井完井任务¾井身质量好，满足各种测试要求¾钻井成本合理3、有助于取全、取准所要求的各种资料；4、减小和防止油层损害，以利于发现和评价油气层•基本概念¾原地应力¾有效应力•力学本构方程•井周应力分布•主应力•井壁稳定性判别模型•“安全”泥浆密度范围•井壁稳定性分析的参数获取•井壁稳定性分析软件介绍二、力学本构方程•力的平衡方程•几何方程•应力-应变关系三、井周应力分布•地层均质、各向同性和线－弹性；•当远场孔隙压力恒定。
•当r=r w 时，得到井壁应力：其中：r w ：井半径P wf ：泥浆柱压力r ：径向距离/)(2/0/242)(2/242)(2)(//=+−==−−−=−−−−+==∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞rw rz yZxZrw z rw r xyy x ZZ rw Z wf xyyxyxrw wfrw r Cos Sin Sin Cos P Sin Cos P τθτθτττθµτθσσµσσθτθσσσσσσθθθβσβσσβσβσβσασ2221222212)(Cos Sin Sin Sin Cos Cos H H yv H H x +=++=∞∞ασβσβσασ222212)(Cos Sin Cos Sin v H H zz++=∞)()()(12222112H H yZ v H H xzH H xyCos Sin Sin Sin Cos Sin Cos Cos Sin Cos σσββατσβσβσαατσσββατ−=−+=−=∞∞∞五、井壁稳定性判别模型•Mohr-coulomb准则•Druck-Prager准则•非线性Pariseau准则•Hoek－Brown准则由井壁3个主应力分量的有效应力表达式，可以得到以下3种可能的关系：（I ）e 3σ<e 1σ<e2σ（II)e 1σ<e 3σ<e 2σ（III) e 3σ<e 2σ<e1σ对应的Mohr -Coulomb 表达式：e 2σ=C 0+ e 3σtg φe 1σ=C 0+ e 3σtg φe 2σ=C 0+ e 1σtg φ六、钻井合理泥浆密度的确定1、裸眼井段的三个压力剖面——地层破裂压力P破——地层压力P地——地层坍塌压力P坍2、裸眼井段钻井的安全压力（泥浆密度）窗口：P泥——泥浆柱压力若：P泥＞P破则：井漏P泥＜P地则：井喷P泥＜P坍则：井塌安全压力（密度）窗口：ΔPP 破＞P 泥＞P 地(P 地＞P 坍)P 破＞P 泥＞P 坍(P 坍＞P 地)ΔP —安全压力窗口¾ΔP愈大,则钻井愈易¾ΔP愈小,则钻井愈难¾若ΔP =P破-P地（P地＞P坍）则较易¾若ΔP =P破-P坍（P坍＞P地）则较难¾PP坍由地层的原地应力、地层岩体的力学破、性质、强度、地层倾角、井斜、方位……因素所确定。
钻井井壁稳定系统
钻井井壁稳定系统随着石油工业的发展，钻井技术也得到了不断的进步和提高，井壁稳定系统成为了钻井技术领域的重要一环。
井壁稳定系统是指采用一定的工程设计和技术手段，使得井壁在钻井过程中能够保持稳定，不发生塌陷和失稳的一套完整的工程措施。
一、井壁稳定系统的重要性井壁稳定系统对于钻井工作的顺利进行和油气的探明具有十分重要的作用。
首先，钻井时井壁的稳定对井筒钻进的深度、直径和偏差等有很大的影响。
在井壁发生失稳统的情况下，会导致钻头卡钻、井壁塌陷、钻柱断裂等一系列的问题，从而使得钻井工作难以进行，严重影响钻井效率。
其次，井壁的稳定对于油气的勘探和开采也非常重要。
井孔的稳定能够防止油、气泄漏和被污染，能够保证井筒的完整性，并且提高采收率。
二、井壁稳定系统的设计要点井壁稳定系统的设计需要根据具体的地质条件、工程要求、钻井参数等因素进行综合考虑，下面介绍一些基本的设计要点：1.井眼直径和环空宽度的设定井眼直径和环空宽度的设定可以根据地质条件、钻头直径、钻速等来进行选择。
通常情况下，井眼直径应该比钻头直径至少大15%左右，环空宽度应该能够满足井涌等水力条件的要求，同时还需要考虑到井壁的稳定性等因素。
2.井筒钻进的方式井筒钻进的方式有很多种，如旋转钻进、旋转钻进加循环泥浆、非旋转钻进等，而不同的钻进方式也会对井壁稳定产生不同的影响。
3.井壁支撑材料的选用井壁支撑材料是井壁稳定系统中关键的一环，绳索、木条、钢条、橡胶等都可以作为井壁支撑材料，但需要根据地质条件、工程要求等因素进行合理选择。
三、井壁稳定系统的主要方法井壁稳定系统的主要方法包括冲洗法、封隔法、远离法和耐力法等。
1.冲洗法冲洗法是利用高速旋转的钻头对井壁进行冲洗、磨削，随着钻井往下进行，钻出的碎屑和泥浆会填充到井壁中，从而增加井壁的稳定性。
2.远离法远离法是指在井筒内采用护壁桶等工具来远离井壁，从而保持井壁的稳定。
3.封隔法封隔法是通过钻孔墙来防止井壁失稳，同时可以利用水胶、泡沫等材料进行固定。
一种井壁稳定评价方法
一种井壁稳定评价方法
井壁稳定评价方法是用来评估井壁的稳定性，旨在预测和防止井壁的破裂和塌陷。
以下是一种常用的井壁稳定评价方法：
1. 井壁影像分析：利用井壁扫描仪等设备获取井壁的高清影像，通过对井壁的裂缝、崩塌、变形等特征进行分析，判断井壁的稳定性。
常见的分析方法包括裂缝数量、裂缝形态、裂缝宽度、裂缝方向等参数。
2. 地质力学参数测试：通过在井壁周围进行岩石力学参数测试，如抗压强度、抗剪强度、弹性模量等，来评估井壁的稳定性。
测试结果可用于确定岩石的稳定性指标和岩石力学模型。
3. 地震数据分析：利用地震勘探数据获取井壁周围的地震响应信息，如地震波速度、地震波振幅等，通过分析地震响应与井壁稳定性的关系，评估井壁的稳定性。
4. 岩屑分析：岩屑分析是对井壁岩屑的颗粒形态、颗粒大小、颗粒组成等进行分析，通过对岩屑特征的分析，可以判断井壁的稳定性。
例如，颗粒大小均一性较差的岩屑可能表示岩体稳定性较差。
5. 数值模拟方法：利用数值模拟软件，对井壁周围的岩石进行数值模拟，模拟不同外力条件下岩石的应变、变形等情况，通过分析数值模拟结果，评估井壁的
稳定性。
这些评价方法可以单独或结合使用，综合分析得出对井壁稳定性的评价结果，并采取相应的措施来保障井壁的稳定。
探讨油田深井井壁稳定问题
探讨油田深井井壁稳定问题【摘要】石油测井的对象是钻井旁边的岩石，但是在石油测井中面临井壁的坍塌，主要技术的难题是岩石的可钻性和井壁岩石的稳定性，井壁的稳定性是直接影响测井的关键因素。
本文探讨深井井壁稳定问题，分析井壁失稳的原因并且提出了控制井壁失稳的常用技术。
【关键词】测井井壁稳定随着油田的开发，老的油田发展逐渐向深层和深海地区转移，钻探的深井和水平井数量较多，水平井位移数量随之变大，而在深井测井中，由于深井钻遇的地质层系较多，岩石岩性变化复杂，钻探过程中裸眼浸泡时间长，因此深层井壁的稳定性较差，在深层测井中面临井壁稳定问题更显得突出1 井壁失稳的形式井壁失稳的形式具有多种性，在测井上表现为井径扩大、岩石坍塌。
井壁失稳问题主要的形式包括井壁坍塌（脆性泥页岩、低强度砂岩井易发生）、缩径变形（泥页岩井壁易发生）和破裂（钻井压力作用）。
在深井中井壁的坍塌是最为常见的形式，井壁坍塌直接影响钻探和测井的进程。
2 井壁失稳的原因地层力学因素和岩石物理化学因素是直接影响井壁不稳定主要因素，这两个因素最终导致井壁受力不稳定，受力不稳定导致井壁坍塌。
2.1 地层力学因素对井壁稳定的影响地层应力就是油气井开采前地层受到的原始压力。
这些压力可分为上覆压力v、最大水平地应力h和最小水平地应力h，按照作用力的方向可以称为沿井眼环向应力、径向应力、轴向应力，其中在深层定向井中包括剪切应力分量。
这些原始的作用力超过岩石的强度（不管是抗拉强度还是抗压强度）和平衡不均，这都将导致井壁受力不稳定导致井壁失稳。
考虑上述情况，在钻探测井前先通过其他技术了解作业地区地层应力分布状况，可以模拟建立地层孔隙压力、地层坍塌压力以及地层破裂压力3个剖面，以便在钻探过程中监控钻探，预防井壁坍塌（图1）。
2.2 岩石物理化学因素对井壁稳定的影响岩石的物理化学特征直接影响井壁的稳定性，一般井壁失稳主要发生在泥页岩层段，主要取决泥岩的物理化学特征带电性和亲水性，这些特征可以引起泥岩的体积膨胀、粘土颗粒分散和岩石强度下降。
6_井壁稳定
井段 盆地 地区 层位
泥岩中粘土矿物相对含量，%
成岩 阶段 m
回收 率
I/S 76 73
I 7 20
K 13 4
C 4 3
间层比， S% 72 65
%
4.99 71
NmEs 大港 Es
659-2682 2747-2901
早 成 岩 晚 成 岩
Es
NmEs Es 高尚 堡 Es Es J J
2914-3877
回收率，% 井深，m 间层比，S% I/S，%
塔里木盆地塔中TZ201井地层中井深 与I/S含量、回收率关系曲线
(2)泥岩中粘土矿物组分和含量对
岩石分散性的影响
井号 昌参1# 昌参1# 昌参1# 昌参1# 昌参1# 昌参1# 昌参1# 昌参1# 井深 m 1009 1011 1201 1305 1819 1998 2092 2292 层位 Nm Nm Eg Eg Es Es Mz Mz I/S (R=0) 66 78 64 84 87 90 93 88 粘土矿物相对含量 % 地层理化性能 I K C 间层比 密度 回收率 8 7 13 4 6 3 4 15 8 14 8 5 7 5 11 7 9 4 2 3 4 3 S% 75 90 75 80 95 100 85 80 g/cm 2.66 2.55 2.63 2.58 2.57 2.53 2.65 2.52
80 70 60 50 40 30 20 10 0
770 1294 2179 2598 2780 2860 2910 3290 3418 3727 3981 4135 4420
井深，m
吐哈盆地鄯善地区井深与泥岩回 收率之间关系
吐哈盆地鄯善地区泥岩伊蒙间层 间层比与回收率之间关系
钻井的名词解释
钻井的名词解释一、引言钻井是一项关键的工程技术，在能源开采和地质勘探领域扮演着重要角色。
本篇文章将对钻井的相关名词进行解释，并探讨其在实际操作中的应用。
二、钻井的基本概念1. 钻井钻井是指通过旋转钻头，将钢筒或钎杆沿井眼轴线向地下进行推进，以获取地下资源或从地下获取样本的过程。
钻井通常应用于石油、天然气、水源以及地质勘探等领域。
通过钻井可以获取有关地质结构、岩层特性和地下水文信息等重要数据。
2. 井眼井眼是指钻井机械在地下逐渐扩大的洞孔。
井眼的直径通常在几英寸到几英尺之间，并根据钻探目的和地质条件进行调整。
3. 钻具钻具是指用于进行钻井作业的工具和设备的总称。
主要包括钻杆、钻头、钻柱和钻机等。
钻具的选择和设计取决于地质条件、透水性和要求钻探的深度等因素。
4. 钻头钻头是一个装有钻刃和切削结构的工具，用于切破地下岩层并将碎屑带出井上。
钻头种类繁多，根据不同的工况和材质，选择合适的钻头可以提高钻井的效率和成功率。
三、钻井液1. 钻井液钻井液是一种流体，用于在钻井过程中冷却和润滑钻头、提供支撑地层、控制井洞稳定性以及将岩屑带出井上等。
钻井液需要具备良好的性能，如稳定性、密度、黏度和过滤性能等。
2. 钻井液循环系统钻井液循环系统是指钻井时钻井液所涉及的一系列设备和管线。
该系统包括钻井液处理装置、循环泵、分离器和泄漏控制设备等。
钻井液循环系统的设计和操作对于钻井的安全和成功是至关重要的。
四、井壁稳定1. 井壁稳定井壁稳定是指在钻井过程中，维持井眼周围地层稳定、防止井壁塌方和井壁损坏的技术措施。
通过选择合适的钻井液密度、井壁防塌剂和合理操作方法等，可以提高井壁稳定性。
2. 井壁防塌剂井壁防塌剂是一种添加剂，用于提高井壁稳定性并减少井壁的塌方和土体侵入井眼。
常见的井壁防塌剂包括混凝土、泥浆和钻探液等。
五、固井1. 固井固井是指在钻井完成后，通过注入特定材料，以加强井筒结构和保护井眼壁的过程。
主要目的是防止地下水和岩石层之间的交叉、油气泄漏以及井壁损坏等问题。
井壁稳定性研究及其在Kolzhan油田的应用
井壁稳定性研究及其在Kolzhan油田的应用井壁稳定性一直是油田开发中一个必须考虑的问题，对于井壁的稳定性研究的深入，可以为油田开发的机械成功以及生产效益的提高提供可靠的保障，也可以为井下人员的安全提供重要保障。
本文主要针对井壁稳定性研究及其在Kolzhan油田的应用进行论述。
一、井壁稳定性研究的意义1、关于井壁稳定性的概念井壁稳定性是指在油井钻探、生产的过程中，井壁不会塌落的稳定程度。
井壁稳定性往往涉及到很多理论，最常见的理论包括井壁有效强度理论、井壁应力分析理论和井壁体力学理论。
2、井壁稳定性研究的重要性井壁稳定性研究的重要性由以下几点：（1）保证井下人员的安全；（2）增加油井生产稳定性，降低钻井作业的成本；（3）传递给采矿厂的信息，以便所有安全控制参数都被决策制定者考虑；（4）确定井筒的稳定区域，即确定从钻探到生产井的油井间距。
二、Kolzhan油田的情况Kolzhan油田位于哈萨克斯坦的东北部，是哈萨克斯坦境内最大的油田之一。
该油田以其特有的岩层和地质构造著称，但是，由于在钻探、生产过程中井壁稳定性的问题，油田开发的效率并不高。
为此，井壁稳定性研究变得非常必要。
三、应用井壁稳定性在Kolzhan油田（1）分析油田地质形态首先，应该了解Kolzhan油田的地质形态。
它由许多水平或稍有倾斜的岩层组成。
这些岩层非常薄，厚度普遍在10-30米之间，因此非常容易分裂。
由于这种分裂，油井的穿透风险就变得非常大。
（2）测量井壁力对于油井中的物理和力学特征，测量井壁力就非常必要了。
这可以帮助我们确定井壁的承载能力和稳定性。
在Kolzhan油田的案例研究中，科学家们使用了双观测仪来测量井壁力，这为确认井壁的承载能力提供了可靠的依据。
（3）模拟井壁破裂情况了解Kolzhan油田的地质条件以及井壁力状况后，我们还必须考虑井壁破裂的情况，以便我们预测何时会发生井壁塌陷。
通过模拟井壁破裂情况，我们可以提前发现井壁塌陷的风险，从而预防潜在事故的发生。
井眼安全--井壁稳定
（2）缩径现象 当发生缩径时，由于井径小于钻头直径，会 出项扭矩增大、上提遇卡，下放遇阻，严重 时发生卡钻。 缩径根据产生的原因，地层、地区采用适合 有针对性措施。 例如：划眼、增大滤失量、降低滤失量、提 高密度等。 （3）压裂现象 当钻井液液柱压力大于地层破裂压力，就会 压裂地层，产生井漏。井漏引起液柱压力降 低，易引起井涌及井塌等事故复杂。
（2）活度和半透膜对泥页岩水化的影响 石油勘探院、石油大学等单位通过研究也 得出钻井过程中，钻井液的滤液向页岩中扩 散的动力是钻井液与页岩间的水化学势之差。 影响它的主要因素是钻井液液柱压力与孔隙 压力之差及钻井液水活度与页岩水活度之比。 只有存在较高效率的半透膜时，钻井液与页 岩的水活度差才能在较长的时间内控制水的 迁移。
向钻井液中加入有机硅防塌剂，有机 硅在泥页岩表面迅速展开，形成薄膜。 在一定温度下，有机硅中的 -Si-OH 基易 和粘土表面的-Si-OH基缩合失水，形成Si-O-Si键，在粘土表面产生一种很强的 化学吸附作用，使粘土发生润湿反转， 从而使泥页岩的水化得到控制。
（5）沥青类防塌剂
国内外使用天然沥青和各种化学改性沥青产品稳 定井壁已有多年的历史。沥青粉的主要作用机理是 在钻遇页岩之前，往钻井液中加入该种物质，当钻 遇到页岩时，若沥青的软化点与地层温度相匹配， 在钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的压差作用 下，沥青产品会发生塑性流动，挤入页岩孔隙、裂 缝和层面，封堵地层层理与裂隙，提高对裂缝的粘 结力，在井壁处形成良好的内、外泥饼，外泥饼与 地层之间有一层致密的保护膜，使外泥饼难以冲刷 掉，阻止水进入地层，起到稳定井壁的作用。
•作用机理主要是“浊点效应”——温度在浊点以下时，该 产品溶于水，在浊点以上表现为“亲油疏水而又分散于 水”---。 •浊点在30-50℃之间，在钻井液中可始终保持“亲油疏水分 散于水”的状态，可吸附于钻屑及粘土颗粒表面，抑制其水 化分散与膨胀---； •同类产品对比，优势突出---。
钻井过程中井壁稳定分析与对策
钻井过程中井壁稳定分析与对策当前，我国油田开发力度加大，逐步向深层、深海区块延伸，水平井、大位移井等特殊井身结构钻井应用增多，井壁坍塌等井下事故也相应增加，极易在钻井中出现井壁缩径、坍塌、地层压裂等情况，坍塌机理比较复杂，很难预防，影响钻井井下安全和钻井持续性。
因此，有必要对井壁稳定性进行分析，有针对性的提出提升井壁稳定性的对策措施。
1 钻井过程中井壁稳定性1.1钻井井壁稳定性较差和坍塌地层特征在钻井中，钻遇泥页岩、砂岩、砾岩、煤层、岩浆岩、灰岩等都可能发生井壁坍塌，但90%以上的坍塌发生在泥页岩地层，缩径一般在盐膏层、浅层泥岩和渗透性较高的砂岩发生。
坍塌可能在各种岩性和粘土矿物含量地层中发生，但坍塌严重地层大多具有以下特征：发育有层理清晰的裂缝或破碎性较强的岩性地层；泥页岩特别是孔隙压力异常地层；地应力较强、倾角大易发生井斜地层；厚度较大泥页岩地层；高含水砂岩、泥岩地层等。
1.2井壁稳定性影响因素井壁稳定性较差原因是钻井液和钻具在地层中作用，压力超过井壁岩层承受强度，以及钻井液与井壁地层岩石矿物发生物理化学作用，加大坍塌压力、降低破裂压力等引起井壁失稳。
一是力学因素。
地层钻开前岩层受上覆压力、水平地应力和孔隙压力作用，压力均衡，钻开后钻井液对井壁压力替代了钻开岩层对井壁岩层的支撑，破坏了压力平衡状态，使周围地应力需要重新分布，在地应力超过井壁周围岩层承受强度后会发生剪切破坏，脆性地层会发生井壁坍塌，塑性地层会发生塑性变形（缩径）。
钻井中井壁被剪切破坏临界井眼压力称为坍塌压力，该状态下钻井液密度为坍塌压力当量钻井液密度。
地应力因素上，井壁坍塌以最小地应力为方向，坍塌压力随地应力及地应力非均匀系数增大而增大。
地层强度因素，地层坍塌压力与井壁周边地层的强度系数和内摩擦角呈反比。
孔隙压力因素，地层坍塌和破裂压力与孔隙压力呈正比，但破裂压力增速比坍塌压力小，随着孔隙压力加大，钻井液密度安全范围逐步变小。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
井壁稳定问题是钻井工程中经常遇到的一个十分复杂的难题，随着勘探领域向新区扩展, 钻遇地层日趋复杂, 井壁不稳定已成为实现勘探目的的障碍。
由于这些地区地层所造成的井壁不稳定, 既影响了钻井速度与测井、固井质量, 又使部分地区无法钻达目的层,影响勘探目的实现。
地层矿物组分与理化性能是研究井壁不稳定机理与技术对策的基础。
1、地层组构分析
利用X射线衍射、扫描电镜、薄片分析、透射电镜及测井资料对地层矿物组分、矿物分布层理、裂隙发育状况进行分析。
2、地层理化性能分析方法
岩石密度、阳离子交换容量、膨胀率、分散性(滚动试验法与C ST 法)页岩稳定指数、比表面积、夸电位、活度、可溶性盐类、胶体含量、岩石强度与硬度及地层压力系数等。
3、井壁稳定问题
钻井过程中的井壁坍塌或缩径(由于岩石的剪切破坏或塑性流动)和地层破裂或压裂(由于岩石的拉伸破裂)两种类型。
井壁不稳定间题是力学问题, 又是化学问题, 归根结底仍是力学问题。
1、化学因素
井壁不稳定的原因及研究方法
1、井壁不稳定的原因
如果经验内的泥浆密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度（shear strength)而产生剪切破坏（shear failure,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（collapse pressure);
如果泥浆密度过高，井壁上将产生拉伸应力，当拉伸应力（tensile stress)大于岩石的抗拉强度（tensile strength）时，将产生拉伸破坏（tensile failure，表现为井漏），此时的临界井眼压力定义为破裂压力（fracture pressure）。
因此，在工程实际中，可以通过调整泥浆密度，来改变井眼附近的应力状态（stress state），可以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（unstable borehole）时岩石的破坏类型主要有两种：拉伸破坏（tensile failure）、剪切破坏（shear failure）。
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的划地眼，否则会出现卡钻现象。
拉伸破坏或水力压裂会导致井漏，严重时可能造成井喷。
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以分为四大类；（1）地质力学因素，原地应力状态、地层空隙压力、原地温度、地质构造特征
等。
（2）岩石的综合性质，岩石的强度和变形特征等、孔隙度、含水量、粘土含量、组成和压实情况等。
(3)钻井液的综合性质，化学组成，连续相的性质、内部的组成和类型、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影响非常大。
（4）其他工程因素，包括打开井眼的时间、裸眼长度、井身结构参数、压力激动和抽吸等。
4、井壁稳定的方法
井壁稳定性的研究方法目前主要有三种：一是泥浆化学研究，二是岩石力学研究，三是化学和力学耦合研究。
泥浆化学方面的研究：
从泥浆化学方面研究井壁稳定，主要研究泥页岩水化膨胀的机理，寻找抑制泥页岩水化膨胀的化学添加剂和泥浆体系，最大限度地减少钻井液对底层的负面影响。
力学方面的研究：
岩石力学研究主要包括原地应力状态的确定、岩石力学性质的测定、井眼围岩应力分析、最终确定保持井眼稳定的合理泥浆泥浆密度。
化学和力学耦合研究：
泥浆化学和岩石力学耦合起来研究，尽可能多地搜集井眼情况情况资料，尽可能准确的估计岩石的性能，确定起主要的作用作用参数有哪些。