苏北地区钻井井壁失稳原因与对策

袁毅(中国石油大学， 山东 青岛 266580)

苏北地区钻井井壁失稳原因与对策

袁毅(中国石油大学， 山东 青岛 266580)

苏北地区石油钻井目的层位主要含有硬脆性灰黑色泥岩，地层稳定性差，地层剥落掉块、垮塌严重，划眼、卡钻等复杂情况频发，井壁失稳是影响苏北地区钻井施工效率的主要原因之一，故对井壁失稳的原因进行分析显得尤为重要，有针对性的提出应对之策具有重要意义，本文从力学角度结合泥页岩水化作用分析泥岩井壁稳定的影响因素，并从钻井工艺、钻井液等方面提出一些应对之策。

苏北；泥岩；井壁失稳；钻井液；密度

1 井壁失稳的影响因素

井壁失稳问题的诱因很多,概括起来可分为天然和人为两个方面[1]:天然因素主要有地层岩性、地层强度、粘土矿物的类型、地层倾角、孔隙度以及孔隙流体压力等。人为可控因素主要有钻井液的性能、地层裸眼时间、钻井液的对井壁的冲刷作用、激动压力、井眼轨迹等。

(1)力学因素 井内钻井液液柱压力起到了一定的支撑所钻岩层原本提供的支撑作用,井壁处原本的三向应力平衡被破坏,使得井眼周围应力重新分布。当井内液柱压力小于地层孔隙压力时,可能使井壁岩石产生剪切破坏,对于塑性岩石这个时候通常会导致缩径问题,而脆性岩石则会产生坍塌掉块,造成复杂情况。地层强度对浅井井壁稳定性有着显著的影响,大幅度提高钻井液密度可以解决如浅部地层强度太低的问题。但是对于深部泥页岩地层,由于其具有极强的粘土矿物的水敏性,简单依靠增大钻井液密度来平衡地层压力是不可取的,甚至会造成井漏或者垮塌。

(2)化学因素 泥页岩[2]主要由水敏性粘土矿物组成,其与钻井液中的水的相互作用是必然的。由于泥页岩结构和组分上的特点,采用不同的钻井液体系,这种作用的差别也是很大的，离子交换作用、渗透作用[3]、水沿泥页岩的微裂隙的侵入以及毛管力作用产生的渗析强度都有明显影响。这些使得泥岩地层吸水膨胀,使井周围岩的力学特性发生显著变化,最终导致井壁失稳,发生钻井复杂事故。

当打开地层后水分子和溶质在钻井液和泥页岩间发生传递作用必然影响泥页岩与流体间的相互作用。若水分子进入泥页岩会引起泥页岩水化, 产生水化应力, 导致泥页岩膨胀和张性失稳。

(3)工程因素 工程因素有钻井液的失水、粘度、密度等性能，井眼裸露的时间、钻井液对井壁的冲刷作用强度、压力激动、井眼轨迹，钻井液体系和流变性能与地层特性的匹配程度。

2 井壁稳定技术

(1)合理的钻井液密度 如果能通过提高钻井液密度克服孔隙压力和渗透影响的情况，现场可用提高钻井液密度防止井壁坍塌的方法。钻井液溶质浓度增加，井壁更加稳定[4]。因为溶质浓度增大减小了水渗透进入泥岩。但是当钻井液密度远远超过地层孔隙压力时,就加剧了钻井液向地层的滤失,会引起岩石强度的降低,最终导致地层坍塌压力的增大,造成井壁失稳，通过理论分析与施工总结发现苏北地区普通定向井戴南组地层钻井液密度1.22～1.24g/cm3，阜宁组地层钻井液密度1.24～1.26g/cm3可以起到较好的防塌作用，而对于张家垛区块的大斜度井则要将密度提高至1.45 g/cm3以上，这也是最简单可行且成本低的方法。

(2)优选防塌剂 硬脆性泥岩中含有大量的微裂缝，为水分进入地层提供了通道，岩层中不仅含有多种水敏性矿物，而且各种矿物的水敏性不同，吸水后造成水化膨胀，容易剥落垮塌。区块使用了正电性钻井液处理剂DS-301复配 DS-302具有良好的抑制性，加之两性离子聚合物可以充分抑制泥页岩的水化膨胀，再辅以乳化石蜡和沥青类防塌剂，在井壁上形成薄而致密的泥饼，保证井壁的稳定。现场可以选用防塌沥青、有机硅腐植酸钾等复配，在微裂隙发育的泥页岩地层的近井壁形成屏蔽层，在正液柱压力作用下，它可以达到护壁的作用。

(3)工程措施 坍塌破坏是有时间效应的，井眼打开后，井壁起初是稳定的，一天后最容易发生坍塌，随后坍塌可能性减小，但在达到一定时间(约7天)后井壁稳定性再次变差，故要尽可能的减少井眼在钻井液的浸泡时间，尽早完井。

钻井液性能上，特别控制低失水(小于3ml)、薄泥饼、适度偏高的密度。高粘高切低滤失钻井液有助于防塌,也利于排屑,但不易于提高钻速，故钻井液漏斗粘度处于50～60秒即可。其次，在接单根、起下钻等作业过程中，注意操作平稳，尽量减少压力激动。下钻时采取分段循环的方式，开泵时应先小排量循环，井口出浆后再逐渐开到正常排量。

3 结语

本地区的泥岩井壁失稳主要是由水化膨胀进而力学失稳造成的。所以在合理的钻井液密度稳定井壁的基础上,降低钻井液的滤失量、优选强抑制强封堵钻井液,提高钻井液的抑制性和封堵能力,这些措施可以达到在钻井施工期间井壁稳定的要求。钻遇灰黑色泥岩段时出现岩屑剥落情况时应及时分析原因，由于地层吸水膨胀而产生剥落掉块、垮塌时应提高防塌沥青与OSAMK、PHP等处理剂的加量，提高钻井液的封堵防塌能力，同时降低钻井液滤失量达到防塌目的。

[1]陈秀荣.泥页岩井壁稳定性研究[D].北京：中国地质大学,2009.

[2]王晓敏.塔河油田AT9区块钻井液体系优选[D].北京.中国地质大学,2013.

[3]梁大川，王林.钻井液和泥页岩间的传递作用对井壁稳定的影响[J].天然气工业，1999，19(3):59.

[4]王倩.泥页岩井壁稳定影响因素分析.岩石力学与工程学报[J].2012,31(1):177.

袁毅，男，中国石油大学在职工程硕士在读，现在华东石油工程公司六普钻井公司从事钻井技术工作。