井壁稳定

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。