马骁高慧杰常学平马健(.冀东油田分公司工程监督中心, 河北 唐海 06399；.冀东油田分公司开发技术公司， 河北 唐海 06399)

井壁失稳机理分析及技术对策

马骁1高慧杰1常学平1马健2(1.冀东油田分公司工程监督中心, 河北 唐海 063299；2.冀东油田分公司开发技术公司， 河北 唐海 063299)

在钻井施工过程中，由于地层应力、岩石性质、现场施工等因素的影响，常出现井壁失稳导致卡钻、测井复杂、井眼坍塌等复杂事故，本文对井壁失稳机理做了相应分析，重点分析了南堡41-4568井失稳情况，并通过钻井液性能维护、施工技术优化等方面总结了钻井施工过程中对井壁稳定所做的防护及处理措施，为后期井壁稳定工作提供了借鉴性方案。

钻井液；技术优化；井壁稳定；性能维护

1 井壁失稳机理分析

(1)地应力 地壳运动时在地层的不同部位形成不同的构造应力，这些应力以潜能的方式存储在岩石内[1]。在形成井眼时，钻井液液柱压力代替了被钻掉的岩石所提供的应力，井眼周围的应力将重新分配，当钻井液液柱压力不足以平衡地层的侧向力时，侧向力将向井眼内释放，造成地层剥落掉块或井壁垮塌。

(2)岩石本身性质 泥岩中，粘土矿物的含量一般为20%～30%，若黏土矿物以伊蒙混层为主，因一部分比另一部分水化能力强，易发生非均匀膨胀[2]，减弱了泥页岩的结构强度，实践证明，伊蒙混层是最不稳定的地层。而在南堡4号构造东二、东三地层，粘土矿物的含量达到37%～48%。

(3)毛细管作用 泥岩在成岩过程中本就存在许多层理面和纹理，在构造力的作用下，泥岩很容易产生断裂而释放能量，从而形成更多微细裂纹，这些微细裂纹是良好的毛细管通道，很容易吸取泥浆滤液，这就为钻井过程中井壁垮塌提供更好的条件。

(4)渗透水化 当钻井液中的电解质浓度低于泥岩中电解质浓度时，泥浆中的水分子将向渗透地层中渗透[3]，渗透水化在泥岩内部进行，可以使蒙脱石的体积增加25倍，并形成很高的渗透压，对井壁造成很大的破坏。

2 南堡41-4568井失稳情况

(1)基本情况 南堡41-4568三开钻进周期25.75天，裸眼段长2038.24米，原井眼于9月2日第一次电缆测井时在3100-3700米井段出现刮卡现象，通井后第二次测井出现同样问题，再次通井时下放至3170米遇阻，后经多次划眼无效后填眼侧钻。

(2)原因分析

①本井三开裸眼井段较长，加之多次出现设备故障，增加了钻井液对井壁的浸泡时间。原井眼在3280米反复划眼，表明东二段井眼已经发生井壁失稳。

②泥浆密度不能平衡地层坍塌压力，原井眼使用的泥浆密度为1.33g/cm³，与后期新眼施工对比密度较低。

③钻井液性能。含盐量：本井检测含盐量3.33%，根据研究及经验分析，钻井液中保持8%以上KCL能够有效的保证井壁稳定，所以本井抑制性相对较差。

失水：本井高温高压失水15/120℃，超出设计范围。较大的失水使滤液进入层理间隙，黏土矿物遇水膨胀，膨胀压力使张力增大，导致地层局部拉伸破裂。同时由于滤液的缓慢侵入，失去了有效钻井液柱压力的支撑作用，由于水化应力的排斥作用使孔隙压力升高，岩石会受到剪切或张力方式的压力，诱发井壁失稳。

④本井设计荧光6级，限制了荧光级别高的润滑、防塌等材料的使用，降低了钻井液的防蹋抑制性能。

3 新井眼防蹋优化处理

(1)优选高效钻头和优质螺杆钻具，摸索合适钻井参数，控制好轨迹的同时，提高机械钻速，在Ed、Es地层钻进，保持排量在30L/s，既可以优化水力参数，又可以提高井眼清洁效果。

(2)合理调整钻井液性能。新井眼东三段(3335m)密度提至1.35g/cm³，沙一段(3790m)密度提至1.37g/cm³，未发生垮塌情况。严格控制高温高压失水≤12、坂含40g/L～70g/L范围内，提高氯化钾的含量，控制在7%～8%，通过K+的镶嵌，抑制页岩渗透水化性能。

(3)新井眼加大了氯化钾、酚醛树脂、润滑剂等材料的加量，加强低荧光钻井液材料优选，选用了低荧光磺化沥青，保证了井眼轨迹的圆滑。

4 认识与结论

本井新眼钻进周期42.29天，完井周期53.29天，期间未发生井眼垮塌情况，说明井壁维护工作起到了一定效果。在井壁稳定的维护处理过程中，钻井液各项性能的调整，提高了钻井液的抑制及携岩能力，各项施工工序的规范及优化，保证了井眼轨迹的圆滑，大幅降低扭矩，促进井眼清洁，进一步维护了井壁稳定，该井的施工对今后施工井井壁稳定的维护提供了可借鉴性参考方案。

[1]崔杰,赵金梅,等.井壁稳定性分析及应用[J].石油工程技术,2009,7(1):16-20.

[2]赵峰,唐洪明,孟英峰,等.微观地质特征对硬脆性泥页岩井壁稳定性影响与对策研究[J].钻采工艺,2007,30(6):16-18.

[3]吕军,钟水清,刘若冰,等.钻井液对井壁稳定性的影响研究[J].钻采工艺,2006,29(3):74-75.

马骁(1989-),男，汉，助理工程师，2012年毕业于东北石油大学石油工程专业，现在冀东油田分公司工程监督中心从事钻井监督工作。