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处理泥页岩的坍塌掉块 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 处理泥页岩的坍塌掉块 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 处理泥页岩的坍塌掉块 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：返出钻屑尺寸增大，数量增多并混杂泵压增高且不稳定，严重时会出现憋泵现象，并可憋漏地层扭矩增大，蹩钻严重，停转盘打倒车上提钻具遇卡，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 。

井径扩大，出现糖葫芦井眼，测井与阻卡 处理泥页岩的坍塌掉块 （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，就可能发生井塌或井喷等井下复杂情况 处理泥页岩的坍塌掉块 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 处理泥页岩的坍塌掉块 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。

井喷或井漏导致井筒中液柱压力低于地层坍塌压力 处理泥页岩的坍塌掉块 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 处理泥页岩的坍塌掉块 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，即表面水化和滲透水化 处理泥页岩的坍塌掉块 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 处理泥页岩的坍塌掉块 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 处理泥页岩的坍塌掉块 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 处理泥页岩的坍塌掉块 (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。

处理泥页岩的坍塌掉块 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坍塌压力的计算及影响因素 地层坍塌压力的影响因素： 处理泥页岩的坍塌掉块 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 处理泥页岩的坍塌掉块 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 处理泥页岩的坍塌掉块 （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：提高钻井液的抑制性；用物理和化学方法封堵地层的层理和裂隙；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；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。

处理泥页岩的坍塌掉块 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 处理泥页岩的坍塌掉块 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 处理泥页岩的坍塌掉块 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。

处理泥页岩的坍塌掉块 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 处理泥页岩的坍塌掉块 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 处理泥页岩的坍塌掉块 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： 、层理裂缝发育或破碎的各种岩性地层； 、孔隙压力异常的泥页岩； 、处于强地应力作用的地层； 、厚度大的泥岩层； 、生油层； 、倾角大易发生井斜的地层等。

处理泥页岩的坍塌掉块 2、井塌的现象： 、返出钻屑尺寸增大，数量增多并混杂； 、泵压增高且不稳定，严重时憋泵，甚至憋漏地层； 、扭矩增大，蹩钻严重，停转盘打倒车； 、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； 、井径扩大，测井遇阻卡3、井径不稳定的原因： 1)、力学因素： 、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 处理泥页岩的坍塌掉块 、地层被钻开后所引起的井眼围岩应力状态的变化； 、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： 、地层的岩性(组分)； 、钻井液滤液对地层的侵入； 、粘土的水化吸水膨胀； 3)、钻井工程措施： 、合理的钻井液密度； 、优选钻井液类型与配方； 、合理的钻井液性能：粘切、失水、滤饼质量； 、合理的工程措施 处理泥页岩的坍塌掉块 (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； 4、钻井泵能正常使用； 5、钻井液全套性能测试仪 处理泥页岩的坍塌掉块 (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(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：、JT888加量：m1=11%=10.01=0.01t=10Kg；、SAS加量：m2=13%=10.03=0.03t=30Kg；、MV-CMC加量： m3=11%=0.01t=10Kg；、BaSO4加量： m重=V原重(重原)/(重加) =14.0(1.201.15) / (4.01.20)=0.2/2.8=0.071t=71Kg 处理泥页岩的坍塌掉块 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。