第八章 井壁稳定.ppt

第一节井壁失稳的原因及危害
在石油钻井中,井眼稳定(borehole stability )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(overburden pressure) 、最大水平地应力(maximu horizontal in site stress )、最小水平地应力(minimum horizontal in site stress )和孔隙压力(pore pressure )的共同作用,处于平衡状态。
第八章井壁稳定
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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。
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井壁失稳问题的工程分类:
缩径(out of gauge holes ):
井眼压力较小,井壁岩石发生延性流动;
井漏(lost circulation ):
井眼压力大于地层破裂压力;
井塌(borehole collapse ):
井眼压力小于地层破裂压力,
同时容易发生井喷(blowout )事故。
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井壁失稳问题的工程现象:
起下钻遇阻,甚至卡钻
大钩负荷加大
划眼
扭矩加大
循环时返出岩屑棱角分明
测井井径扩大
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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(out of gauge hole )、坍塌卡钻(stuck drill pipe )、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。
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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(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 ),达到稳定井眼的目的。
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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。
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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(in site stress state )、地层孔隙压力(formation pore pressur