井壁稳定.pptx

第一节井壁失稳的原因及危害
在石油钻井中，井眼稳定(boreholestability)问题是世界范围内普遍存在的问题。每年由此造成的直径经济损失达数亿美元之巨。因此国内外许多研究机构都在致力于此项研究。
在钻井之前，深埋在地下的岩层受到上覆岩层压力（overburdenpressure）、最大水平地应力(maximuhorizontalinsitestress)、最小水平地应力(minimumhorizontalinsitestress)和孔隙压力(porepressure)的共同作用，处于平衡状态。打开井眼后，井内的岩石被取走，井壁岩石失去了原有的支持，取而代之的是泥浆静液压力，在这种新条件下，井眼应力将产生重新分布，使井壁附近产生很高的应力集中，如果岩石强度不够大，就会出现井壁不稳定现象。井壁失稳问题的工程分类：
缩径(outofgaugeholes)：
井眼压力较小，井壁岩石发生延性流动；
井漏(lostcirculation)：
井眼压力大于地层破裂压力；
井塌(boreholecollapse)：
井眼压力小于地层破裂压力，
同时容易发生井喷(blowout)事故。
井壁失稳问题的工程现象：一、井壁不稳定的危害
在我国各大油田的长期勘探开发过程中，井壁不稳定问题一直比较突出。如环渤海湾地区主要表现为馆陶、明化镇组泥页岩地层的水化膨胀，造成缩径卡钻事故；东营底、沙河街、孔店组泥页岩地层的剥落掉块，造成井径扩大(outofgaugehole)、坍塌卡钻(stuckdrillpipe)、电测质量低下、固井不合格等工程事故；一些特殊层位如：生物灰岩、裂隙性玄武岩、软弱砂岩的井塌井漏等。
这些事故的发生会严重拖延了钻井周期，明显增加钻井成本，并给后续工作带来不利影响。严重时可使部分井眼报废甚至使整个井眼报废。二、井壁不稳定的原因及其研究方法
1、井壁不稳定的原因
如果井眼内的泥浆密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度(shearstrength)而产生剪切破坏（shearfailure,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(collapsepressure)；
如果泥浆密度过高，井壁上将产生拉伸应力，当拉伸应力(tensilestress)大于岩石的抗拉强度(tensilestrength)时，将产生拉伸破坏（tensilefailure,表现为井漏），此时的临界井眼压力定义为破裂压力(fracturepressure)。
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(stressstate)，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(unstableborehole)时岩石的破坏类型主要有两种：拉伸破坏(tensilefailure)、剪切破坏（shearfailure)。
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地划眼，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分为四大类：
（1）地质力学因素，原地应力状态(insitestressstate)、地层孔隙压力(formationporepressure)、原地温度、地质构造特征(geologicalstructuralfeature)等。这些因素是不可改变的，只能准确地确定它们。
（2）岩石的综合性质，岩石的强度(rockstrength)和变形(deformation)特征等、孔隙度(porosity)、含水量、粘土含量(claycontent)、组成和压实情况等。
（3）钻井液(drillingfluid)的综合性质，化学组成、连续相的性质、内部相的组成和类型、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的影响非常的大。
（4）其它工程因素，包括打开井眼的时间、裸眼长度、井身结构参数（井深、井斜角、方位角azimuthangle）、压力激动和抽吸(surgeandswabpressure)等。
这些因素和参数之间相互作用、相互影响，使井壁稳定问题变得非常复杂。
易于发生井壁失稳的地区垂直于地层层理钻进井眼较稳定
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