處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊

1、 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 第一節(jié)第一節(jié) 井壁不穩(wěn)定的機(jī)理和對(duì)策井壁不穩(wěn)定的機(jī)理和對(duì)策 井壁不穩(wěn)定是指鉆井或完井過(guò)程中的井壁坍塌、縮徑、地層壓裂井壁不穩(wěn)定是指鉆井或完井過(guò)程中的井壁坍塌、縮徑、地層壓裂等三種基本內(nèi)型。等三種基本內(nèi)型。一、井壁不穩(wěn)定地層的類型與井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象一、井壁不穩(wěn)定地層的類型與井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象1 1、 井壁不穩(wěn)定地層的類型井壁不穩(wěn)定地層的類型 鉆井過(guò)程中所鉆遇的地層鉆井過(guò)程中所鉆遇的地層, ,如泥頁(yè)巖、砂質(zhì)或粉砂質(zhì)泥巖、流砂、如泥頁(yè)巖、砂質(zhì)或粉砂質(zhì)泥巖、流砂、泥質(zhì)砂巖或粉砂巖、礫石、煤層、巖漿層、碳酸鹽巖等均可發(fā)生井壁泥質(zhì)砂巖或粉砂巖、礫石、煤層、巖漿層、碳酸

2、鹽巖等均可發(fā)生井壁不穩(wěn)定。但井塌大多發(fā)生在泥頁(yè)巖地層中不穩(wěn)定。但井塌大多發(fā)生在泥頁(yè)巖地層中, ,約占約占90%90%以上?？s徑大多發(fā)以上。縮徑大多發(fā)生在蒙脫石含量高、含水量大的淺層泥巖、鹽膏層、含鹽膏軟泥巖、生在蒙脫石含量高、含水量大的淺層泥巖、鹽膏層、含鹽膏軟泥巖、高滲透性砂巖或粉砂巖、瀝青等類地層中。高滲透性砂巖或粉砂巖、瀝青等類地層中。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 井塌可能發(fā)生在各種巖性、不同粘土礦物種類及含量的地層中；但井塌可能發(fā)生在各種巖性、不同粘土礦物種類及含量的地層中；但嚴(yán)重井塌往往發(fā)生在下述地層中。嚴(yán)重井塌往往發(fā)生在下述地層中。1 1、層理裂隙或破碎的各種巖性地層。、層理裂隙或破碎的

3、各種巖性地層。2 2、孔隙壓力異常的泥頁(yè)巖。、孔隙壓力異常的泥頁(yè)巖。3 3、處于強(qiáng)地因力作用的地區(qū)。、處于強(qiáng)地因力作用的地區(qū)。4 4、厚度大的泥巖層。、厚度大的泥巖層。5 5、生油層。、生油層。6 6、傾角大易發(fā)生井斜的地層等。、傾角大易發(fā)生井斜的地層等。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 2 2井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象 （1 1）井塌的現(xiàn)象）井塌的現(xiàn)象 鉆井或完井過(guò)程中發(fā)生井塌他會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象：鉆井或完井過(guò)程中發(fā)生井塌他會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象：返出鉆屑尺寸增大，數(shù)量增多并混雜。返出鉆屑尺寸增大，數(shù)量增多并混雜。泵壓增高且不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)憋泵現(xiàn)象，并可憋漏地層。泵壓增高且不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)

4、會(huì)出現(xiàn)憋泵現(xiàn)象，并可憋漏地層。扭矩增大，蹩鉆嚴(yán)重，停轉(zhuǎn)盤打倒車。扭矩增大，蹩鉆嚴(yán)重，停轉(zhuǎn)盤打倒車。上提鉆具遇卡，下放鉆具遇阻，結(jié)黨恩、下鉆下不到底，遇阻劃上提鉆具遇卡，下放鉆具遇阻，結(jié)黨恩、下鉆下不到底，遇阻劃眼，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生卡鉆或無(wú)法劃到底眼，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生卡鉆或無(wú)法劃到底 。井徑擴(kuò)大，出現(xiàn)糖葫蘆井眼，測(cè)井與阻卡。井徑擴(kuò)大，出現(xiàn)糖葫蘆井眼，測(cè)井與阻卡。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 （2 2）縮徑的現(xiàn)象）縮徑的現(xiàn)象 當(dāng)鉆井過(guò)程中地層發(fā)生縮徑時(shí)，由于井徑小于鉆頭直徑，會(huì)出現(xiàn)當(dāng)鉆井過(guò)程中地層發(fā)生縮徑時(shí)，由于井徑小于鉆頭直徑，會(huì)出現(xiàn)扭矩增大、蹩鉆等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)轉(zhuǎn)盤無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至被卡死；上

5、提鉆扭矩增大、蹩鉆等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)轉(zhuǎn)盤無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至被卡死；上提鉆具或起鉆遇卡，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生卡鉆。具或起鉆遇卡，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生卡鉆。（3 3）壓裂現(xiàn)象）壓裂現(xiàn)象 當(dāng)鉆井液的循環(huán)壓力大于地層的破裂壓力時(shí)，就會(huì)壓裂地層，使當(dāng)鉆井液的循環(huán)壓力大于地層的破裂壓力時(shí)，就會(huì)壓裂地層，使地層出現(xiàn)裂縫，從而導(dǎo)致泵壓下降，鉆井液漏入地層，井筒中液柱壓地層出現(xiàn)裂縫，從而導(dǎo)致泵壓下降，鉆井液漏入地層，井筒中液柱壓力下降。如液柱壓力降至上部地層的坍塌壓力或孔隙壓力之下，就可力下降。如液柱壓力降至上部地層的坍塌壓力或孔隙壓力之下，就可能發(fā)生井塌或井噴等井下復(fù)雜情況。能發(fā)生井塌或井噴等井下復(fù)雜情況。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)

6、巖的坍塌掉塊 二、井壁不穩(wěn)定的原因分析二、井壁不穩(wěn)定的原因分析 井壁不穩(wěn)定的實(shí)質(zhì)是力學(xué)不穩(wěn)定。當(dāng)井壁巖石所受的應(yīng)力超過(guò)井壁不穩(wěn)定的實(shí)質(zhì)是力學(xué)不穩(wěn)定。當(dāng)井壁巖石所受的應(yīng)力超過(guò)其本身的強(qiáng)度就會(huì)發(fā)生井壁不穩(wěn)定。起原因十分復(fù)雜，就其主要原其本身的強(qiáng)度就會(huì)發(fā)生井壁不穩(wěn)定。起原因十分復(fù)雜，就其主要原因可歸納為力學(xué)因素、物理化學(xué)因素和工程措施等三個(gè)方面，但后因可歸納為力學(xué)因素、物理化學(xué)因素和工程措施等三個(gè)方面，但后兩個(gè)因素最終均因影響井壁因力分布和井壁巖石的力學(xué)性能而造成兩個(gè)因素最終均因影響井壁因力分布和井壁巖石的力學(xué)性能而造成井壁不穩(wěn)定。井壁不穩(wěn)定。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 1 1、力學(xué)

7、因素、力學(xué)因素(1)(1)原地應(yīng)力狀態(tài)原地應(yīng)力狀態(tài) 原地應(yīng)力狀態(tài)是指在發(fā)生工程擾動(dòng)之前就已經(jīng)存在于地層內(nèi)部的應(yīng)原地應(yīng)力狀態(tài)是指在發(fā)生工程擾動(dòng)之前就已經(jīng)存在于地層內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)力狀態(tài), ,也簡(jiǎn)稱為低應(yīng)力也簡(jiǎn)稱為低應(yīng)力. .。（2 2）地層被鉆開后所引起的井眼圍巖應(yīng)力的變化。）地層被鉆開后所引起的井眼圍巖應(yīng)力的變化。（3 3）造成井壁力學(xué)不穩(wěn)定的原應(yīng)。）造成井壁力學(xué)不穩(wěn)定的原應(yīng)。鉆進(jìn)坍塌地層時(shí)鉆井液密度低于地層坍塌壓力的當(dāng)量鉆井液密度鉆進(jìn)坍塌地層時(shí)鉆井液密度低于地層坍塌壓力的當(dāng)量鉆井液密度起鉆時(shí)的抽吸作用造成作用于井壁的鉆井液壓力低于地層坍塌壓力。起鉆時(shí)的抽吸作用造成作用于井壁的鉆井液壓力低于地層

8、坍塌壓力。井噴或井漏導(dǎo)致井筒中液柱壓力低于地層坍塌壓力。井噴或井漏導(dǎo)致井筒中液柱壓力低于地層坍塌壓力。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 鉆井液密度過(guò)低不能控制鹽巖層、含鹽膏軟泥巖和高含水軟泥巖的鉆井液密度過(guò)低不能控制鹽巖層、含鹽膏軟泥巖和高含水軟泥巖的塑性變形。塑性變形。鉆井液密度過(guò)高鉆井液密度過(guò)高 鉆井過(guò)程中，如所采用的鉆井液密度過(guò)高，大大超過(guò)地層的孔隙壓鉆井過(guò)程中，如所采用的鉆井液密度過(guò)高，大大超過(guò)地層的孔隙壓力，就會(huì)對(duì)井壁形成較大壓差，從而會(huì)有更多鉆井液濾液進(jìn)入地層，加力，就會(huì)對(duì)井壁形成較大壓差，從而會(huì)有更多鉆井液濾液進(jìn)入地層，加劇地層中粘土礦物水化，引起地層孔隙壓力增加及圍巖

9、強(qiáng)度降低，最終劇地層中粘土礦物水化，引起地層孔隙壓力增加及圍巖強(qiáng)度降低，最終導(dǎo)致地層坍塌壓力增大。當(dāng)坍塌壓力的當(dāng)量密度超過(guò)鉆井液密度，井壁導(dǎo)致地層坍塌壓力增大。當(dāng)坍塌壓力的當(dāng)量密度超過(guò)鉆井液密度，井壁就會(huì)發(fā)生力學(xué)不穩(wěn)定，造成井壁坍塌。就會(huì)發(fā)生力學(xué)不穩(wěn)定，造成井壁坍塌。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 2 2、物理化學(xué)因素、物理化學(xué)因素 （1 1）地層的巖性）地層的巖性 井壁不穩(wěn)定可以發(fā)生在各種巖性的地層中。對(duì)井壁穩(wěn)定性產(chǎn)生影響井壁不穩(wěn)定可以發(fā)生在各種巖性的地層中。對(duì)井壁穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的主要組分是地層中所含的粘土礦物。的主要組分是地層中所含的粘土礦物。 (2)(2)鉆井液濾液對(duì)地層的侵

10、入鉆井液濾液對(duì)地層的侵入 當(dāng)?shù)貙颖汇@開后，在井筒中鉆井液與地層孔隙流體之間的壓差、化當(dāng)?shù)貙颖汇@開后，在井筒中鉆井液與地層孔隙流體之間的壓差、化學(xué)勢(shì)差和地層毛細(xì)管力的驅(qū)動(dòng)下，鉆井液濾液進(jìn)入井壁地層，引起地層學(xué)勢(shì)差和地層毛細(xì)管力的驅(qū)動(dòng)下，鉆井液濾液進(jìn)入井壁地層，引起地層中粘土礦物水化膨脹，導(dǎo)致井壁不穩(wěn)定。中粘土礦物水化膨脹，導(dǎo)致井壁不穩(wěn)定。（3 3）粘土的水化）粘土的水化 地層中的粘土礦物與水接觸發(fā)生水化膨脹是由兩種水化所造成，即地層中的粘土礦物與水接觸發(fā)生水化膨脹是由兩種水化所造成，即表面水化和滲透水化。表面水化和滲透水化。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 地層水化膨脹對(duì)井壁穩(wěn)定的影響

11、：地層水化膨脹對(duì)井壁穩(wěn)定的影響：A A孔隙壓力升高孔隙壓力升高 鉆井液濾液進(jìn)入地層后，由于壓力傳遞和濾液與地層粘土礦物之間鉆井液濾液進(jìn)入地層后，由于壓力傳遞和濾液與地層粘土礦物之間通過(guò)水化作用產(chǎn)生水化應(yīng)力，均會(huì)引起井壁地層孔隙壓力的升高。通過(guò)水化作用產(chǎn)生水化應(yīng)力，均會(huì)引起井壁地層孔隙壓力的升高。B B近井壁地帶地層力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化近井壁地帶地層力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化 鉆井液濾液進(jìn)入地層后，會(huì)引起地層中含水量升高，從而導(dǎo)致地層鉆井液濾液進(jìn)入地層后，會(huì)引起地層中含水量升高，從而導(dǎo)致地層的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生一系列的變化。的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生一系列的變化。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 綜上所述，由于地層中

12、所含的粘土礦物細(xì)水發(fā)生水化膨綜上所述，由于地層中所含的粘土礦物細(xì)水發(fā)生水化膨脹，產(chǎn)生水化應(yīng)力，改變了井筒周圍的孔隙壓力與應(yīng)力分布脹，產(chǎn)生水化應(yīng)力，改變了井筒周圍的孔隙壓力與應(yīng)力分布從而引起井壁巖石強(qiáng)度降低，地層坍塌壓力發(fā)生變化。當(dāng)井從而引起井壁巖石強(qiáng)度降低，地層坍塌壓力發(fā)生變化。當(dāng)井壁巖石所受到的周向應(yīng)力超過(guò)巖石的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生壁巖石所受到的周向應(yīng)力超過(guò)巖石的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生井壁不穩(wěn)定。井壁不穩(wěn)定是物理化學(xué)因素與力學(xué)因素共同作井壁不穩(wěn)定。井壁不穩(wěn)定是物理化學(xué)因素與力學(xué)因素共同作用所導(dǎo)致的結(jié)果。用所導(dǎo)致的結(jié)果。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 3 3 、鉆井工程措施、鉆井工程

13、措施 鉆井工程措施也是影響井壁穩(wěn)定一個(gè)重要因素。鉆井工程措施也是影響井壁穩(wěn)定一個(gè)重要因素。（1 1）井內(nèi)壓力激動(dòng)過(guò)大）井內(nèi)壓力激動(dòng)過(guò)大 鉆井過(guò)程中，如果起下鉆速度過(guò)快、鉆井液靜切力過(guò)大、開泵過(guò)猛、鉆井過(guò)程中，如果起下鉆速度過(guò)快、鉆井液靜切力過(guò)大、開泵過(guò)猛、鉆頭泥包等原因，均可能發(fā)生強(qiáng)的抽吸作用，產(chǎn)生過(guò)高的抽吸壓力，從鉆頭泥包等原因，均可能發(fā)生強(qiáng)的抽吸作用，產(chǎn)生過(guò)高的抽吸壓力，從而降低鉆井液作用于井壁的壓力，造成井塌。而降低鉆井液作用于井壁的壓力，造成井塌。（2 2）井內(nèi)液柱壓力大幅度降低）井內(nèi)液柱壓力大幅度降低 鉆井過(guò)程中如果發(fā)生井噴、井漏或起鉆沒灌滿鉆井液均可能造成井鉆井過(guò)程中如果發(fā)生井噴、

14、井漏或起鉆沒灌滿鉆井液均可能造成井內(nèi)液柱壓力大幅度下降，造成井壁巖石受力失去平衡而導(dǎo)致井塌。內(nèi)液柱壓力大幅度下降，造成井壁巖石受力失去平衡而導(dǎo)致井塌。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 (3)(3)鉆井液對(duì)井壁的沖蝕作用鉆井液對(duì)井壁的沖蝕作用(4)(4)井身質(zhì)量不好。如井眼方位變化大，狗腿度過(guò)大，易造成應(yīng)力集井身質(zhì)量不好。如井眼方位變化大，狗腿度過(guò)大，易造成應(yīng)力集 中，加劇井塌的發(fā)生。中，加劇井塌的發(fā)生。（5 5）對(duì)井壁過(guò)于嚴(yán)重的機(jī)械碰擊。鉆井易塌底層時(shí)，如鉆速過(guò)高、）對(duì)井壁過(guò)于嚴(yán)重的機(jī)械碰擊。鉆井易塌底層時(shí)，如鉆速過(guò)高、起鉆用鉆盤卸扣，由于鉆具劇烈碰，即井壁從而加速井塌。起鉆用鉆盤卸

15、扣，由于鉆具劇烈碰，即井壁從而加速井塌。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 三、穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施及其確定方法三、穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施及其確定方法1 1穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施（1 1）選用合理的鉆井液密度，保持井壁力學(xué)穩(wěn)定。）選用合理的鉆井液密度，保持井壁力學(xué)穩(wěn)定。為了保持井壁穩(wěn)定，必須依據(jù)所鉆地層的坍塌壓力與破裂壓力來(lái)確定為了保持井壁穩(wěn)定，必須依據(jù)所鉆地層的坍塌壓力與破裂壓力來(lái)確定鉆井液密度，保持井壁處與力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，防止井壁發(fā)生坍塌或塑性鉆井液密度，保持井壁處與力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，防止井壁發(fā)生坍塌或塑性變形。變形。坍塌壓力的計(jì)算及影響因素坍塌壓力的計(jì)算及影響因素 地層坍塌壓力

16、的影響因素：地層坍塌壓力的影響因素： 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 A A、地應(yīng)力的影響、地應(yīng)力的影響 由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等原因使地殼物質(zhì)產(chǎn)生內(nèi)因力效應(yīng)，這種應(yīng)力由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等原因使地殼物質(zhì)產(chǎn)生內(nèi)因力效應(yīng)，這種應(yīng)力稱為地應(yīng)力?？捎萌齻€(gè)主地應(yīng)力（上覆地層壓力、最大水平主地應(yīng)力稱為地應(yīng)力?？捎萌齻€(gè)主地應(yīng)力（上覆地層壓力、最大水平主地應(yīng)力和最小水平主地應(yīng)力）來(lái)表示。地應(yīng)力是造成井壁巖石破壞的根本力和最小水平主地應(yīng)力）來(lái)表示。地應(yīng)力是造成井壁巖石破壞的根本力源。井壁總是沿著最小地應(yīng)力方向坍塌，其坍塌壓力不僅與地應(yīng)力大源。井壁總是沿著最小地應(yīng)力方向坍塌，其坍塌壓力不僅與地應(yīng)力大小有關(guān)，而且

17、與地應(yīng)力的非均勻性有關(guān)。小有關(guān)，而且與地應(yīng)力的非均勻性有關(guān)。B B、地層強(qiáng)度的影響、地層強(qiáng)度的影響 地層坍塌是由于井壁巖石所受到的應(yīng)力超過(guò)巖石的強(qiáng)度而應(yīng)起的，地層坍塌是由于井壁巖石所受到的應(yīng)力超過(guò)巖石的強(qiáng)度而應(yīng)起的，因而坍塌壓力與地層強(qiáng)度密切相關(guān)。因而坍塌壓力與地層強(qiáng)度密切相關(guān)。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 C C、孔隙壓力的影響、孔隙壓力的影響 地層的坍塌壓力與破裂壓力均隨孔隙壓力的增加而增大。地層的坍塌壓力與破裂壓力均隨孔隙壓力的增加而增大。D D、地層滲透性的影響、地層滲透性的影響E E、井徑擴(kuò)大率的影響、井徑擴(kuò)大率的影響F F、地層破碎程度的影響、地層破碎程度的影響G G

18、、井斜角和方位角的影響、井斜角和方位角的影響 井塌壓力隨方位角的增大而增大。井塌壓力隨方位角的增大而增大。H H、鉆井液的組成和性能的影響、鉆井液的組成和性能的影響 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 （2 2）優(yōu)選防塌鉆井液類型與配方，采用物理化學(xué)方法阻止或抑制）優(yōu)選防塌鉆井液類型與配方，采用物理化學(xué)方法阻止或抑制地層的水化作用地層的水化作用 采用物理化學(xué)方法來(lái)阻止或抑制地層的水化作用的主要技術(shù)措采用物理化學(xué)方法來(lái)阻止或抑制地層的水化作用的主要技術(shù)措施有：施有：提高鉆井液的抑制性；提高鉆井液的抑制性；用物理和化學(xué)方法封堵地層的層理用物理和化學(xué)方法封堵地層的層理和裂隙；和裂隙；提高鉆井液

19、對(duì)地層的膜效率，降低鉆井液活度使其等于或提高鉆井液對(duì)地層的膜效率，降低鉆井液活度使其等于或小與地層水的活度；小與地層水的活度；提高鉆井液的粘度，降低鉆井液高溫高壓濾失提高鉆井液的粘度，降低鉆井液高溫高壓濾失量和泥餅滲透率，盡量減少鉆井液濾液經(jīng)入地層的量。量和泥餅滲透率，盡量減少鉆井液濾液經(jīng)入地層的量。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 國(guó)內(nèi)外常用的防塌鉆井液有以下幾中類型：油基鉆井液、飽和鹽國(guó)內(nèi)外常用的防塌鉆井液有以下幾中類型：油基鉆井液、飽和鹽水鉆井液、水鉆井液、KClKCl鉆井液、鉆井液、 鈣處理鉆井液、聚合物（包括聚丙烯酰胺、鈣處理鉆井液、聚合物（包括聚丙烯酰胺、鉀銨基聚合物、鉀

20、銨基聚合物、 兩性離子聚合物、陽(yáng)離子聚合物、聚磺等）的鉆井兩性離子聚合物、陽(yáng)離子聚合物、聚磺等）的鉆井液、硅基鉆井液和聚合醇（或多元醇）鉆井液。液、硅基鉆井液和聚合醇（或多元醇）鉆井液。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 下面我重點(diǎn)介紹鉀鈣基鉆井液體系和幾種常用處理劑的防塌機(jī)理：下面我重點(diǎn)介紹鉀鈣基鉆井液體系和幾種常用處理劑的防塌機(jī)理： 鉀鈣基鉆井液體系具有良好的穩(wěn)定井眼的功能，特別是在頁(yè)巖井鉀鈣基鉆井液體系具有良好的穩(wěn)定井眼的功能，特別是在頁(yè)巖井段穩(wěn)定井眼能力更為突出。其原理是：頁(yè)巖主要由蒙脫石、伊利石高段穩(wěn)定井眼能力更為突出。其原理是：頁(yè)巖主要由蒙脫石、伊利石高嶺土、和祿泥石等組成

21、。蒙脫石主要以鈣和鈉作為補(bǔ)償陽(yáng)離子，離子嶺土、和祿泥石等組成。蒙脫石主要以鈣和鈉作為補(bǔ)償陽(yáng)離子，離子交換作用強(qiáng)，易水化膨脹。而伊利石以鉀離子作為補(bǔ)償陽(yáng)離子，鹽基交換作用強(qiáng)，易水化膨脹。而伊利石以鉀離子作為補(bǔ)償陽(yáng)離子，鹽基交換能力弱，但在發(fā)生鹽基交換時(shí)，對(duì)鉀離子顯示出高度的選擇性，交換能力弱，但在發(fā)生鹽基交換時(shí)，對(duì)鉀離子顯示出高度的選擇性，水化膨脹程度低。鉀鈣基聚磺鉆井液有大量鈣離子，鈣離子有較大的水化膨脹程度低。鉀鈣基聚磺鉆井液有大量鈣離子，鈣離子有較大的水化半徑，能充分與粘土中的鈉離子交換，使蒙脫石晶格內(nèi)無(wú)水化的水化半徑，能充分與粘土中的鈉離子交換，使蒙脫石晶格內(nèi)無(wú)水化的空間?？臻g。 處理泥

22、頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 鈣離子為兩價(jià)離子，有較強(qiáng)的靜電作用，能與粘土緊密地連接在鈣離子為兩價(jià)離子，有較強(qiáng)的靜電作用，能與粘土緊密地連接在一起。鈣離子還可以與頁(yè)巖中的二氧化硅起作用使粘土轉(zhuǎn)化為非膨脹一起。鈣離子還可以與頁(yè)巖中的二氧化硅起作用使粘土轉(zhuǎn)化為非膨脹性的鈣硅酸鹽，使井壁穩(wěn)定。此外，鈣離子優(yōu)先與鉀離子在水化粘土性的鈣硅酸鹽，使井壁穩(wěn)定。此外，鈣離子優(yōu)先與鉀離子在水化粘土顆粒上發(fā)生鹽基交換。所以，鉀鈣基鉆井液中的鈣離子能減少鉀離子顆粒上發(fā)生鹽基交換。所以，鉀鈣基鉆井液中的鈣離子能減少鉀離子的消耗量，使更多的鉀離子進(jìn)入頁(yè)巖而有利與井壁穩(wěn)定。的消耗量，使更多的鉀離子進(jìn)入頁(yè)巖而有利與井

23、壁穩(wěn)定。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 1 1、瀝青類的防塌機(jī)理、瀝青類的防塌機(jī)理 封堵地層中層理裂隙，阻止水浸入是穩(wěn)定井壁的主要措施之一，封堵地層中層理裂隙，阻止水浸入是穩(wěn)定井壁的主要措施之一，瀝青產(chǎn)品具有這種特殊的性能。當(dāng)其使用溫度低于軟化點(diǎn)時(shí)呈固態(tài)，瀝青產(chǎn)品具有這種特殊的性能。當(dāng)其使用溫度低于軟化點(diǎn)時(shí)呈固態(tài)，而接近軟化點(diǎn)時(shí)變軟，能發(fā)生塑性流動(dòng)，在一定壓差作用下被擠入頁(yè)而接近軟化點(diǎn)時(shí)變軟，能發(fā)生塑性流動(dòng)，在一定壓差作用下被擠入頁(yè)巖微裂縫、孔隙和層面中，從而降低鉆井液的濾失量和總的侵入量，巖微裂縫、孔隙和層面中，從而降低鉆井液的濾失量和總的侵入量，阻止頁(yè)巖沿微裂縫及層面滑動(dòng)和破碎

24、。此外，瀝青還能覆蓋在井壁上阻止頁(yè)巖沿微裂縫及層面滑動(dòng)和破碎。此外，瀝青還能覆蓋在井壁上形成一層致密的薄膜，阻止鉆井液沖蝕井壁。形成一層致密的薄膜，阻止鉆井液沖蝕井壁。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 2 2、聚合醇穩(wěn)定泥頁(yè)巖的作用機(jī)理、聚合醇穩(wěn)定泥頁(yè)巖的作用機(jī)理 濁點(diǎn)又稱霧點(diǎn)，指對(duì)非離子表面活性劑水溶液加熱，溶液變混濁濁點(diǎn)又稱霧點(diǎn)，指對(duì)非離子表面活性劑水溶液加熱，溶液變混濁時(shí)的溫度。時(shí)的溫度。 濁點(diǎn)理論認(rèn)為，當(dāng)鉆井液的井底循環(huán)溫度高于濁點(diǎn)時(shí)，發(fā)生相分濁點(diǎn)理論認(rèn)為，當(dāng)鉆井液的井底循環(huán)溫度高于濁點(diǎn)時(shí)，發(fā)生相分離。不溶解的聚合物能封堵泥頁(yè)巖的孔喉，阻止鉆井液濾液進(jìn)入地層。離。不溶解的聚合

25、物能封堵泥頁(yè)巖的孔喉，阻止鉆井液濾液進(jìn)入地層。同時(shí)，相分離作用是聚合醇分子粘附在頁(yè)巖表面上，形成涂層進(jìn)一步同時(shí)，相分離作用是聚合醇分子粘附在頁(yè)巖表面上，形成涂層進(jìn)一步抑制了濾液的侵入，從而穩(wěn)定井壁。抑制了濾液的侵入，從而穩(wěn)定井壁。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 1 1、井壁不穩(wěn)定地層的類型：、井壁不穩(wěn)定地層的類型：1)1)、井塌大多發(fā)生在泥頁(yè)巖地層，約占、井塌大多發(fā)生在泥頁(yè)巖地層，約占90%90%以上；以上；2)2)、縮徑大多發(fā)生在蒙脫石含量高、含水量大的淺層泥巖、鹽膏層、縮徑大多發(fā)生在蒙脫石含量高、含水量大的淺層泥巖、鹽膏層、含鹽膏軟泥巖、高滲透性砂巖或粉砂巖、瀝青等地層；含鹽膏

26、軟泥巖、高滲透性砂巖或粉砂巖、瀝青等地層；3)3)、嚴(yán)重井塌發(fā)生在下列地層中：、嚴(yán)重井塌發(fā)生在下列地層中： 、層理裂縫發(fā)育或破碎的各種巖性地層；、層理裂縫發(fā)育或破碎的各種巖性地層； 、孔隙壓力異常的泥頁(yè)巖；、孔隙壓力異常的泥頁(yè)巖； 、處于強(qiáng)地應(yīng)力作用的地層；、處于強(qiáng)地應(yīng)力作用的地層； 、厚度大的泥巖層；、厚度大的泥巖層； 、生油層；、生油層； 、傾角大易發(fā)生井斜的地層等。、傾角大易發(fā)生井斜的地層等。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 2 2、井塌的現(xiàn)象：、井塌的現(xiàn)象： 、返出鉆屑尺寸增大，數(shù)量增多并混雜；、返出鉆屑尺寸增大，數(shù)量增多并混雜； 、泵壓增高且不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)憋泵，甚至憋漏地層

27、；、泵壓增高且不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)憋泵，甚至憋漏地層； 、扭矩增大，蹩鉆嚴(yán)重，停轉(zhuǎn)盤打倒車；、扭矩增大，蹩鉆嚴(yán)重，停轉(zhuǎn)盤打倒車； 、上提遇卡，下放遇阻，接單根下鉆不到井底，遇阻劃眼，嚴(yán)、上提遇卡，下放遇阻，接單根下鉆不到井底，遇阻劃眼，嚴(yán)重時(shí)卡鉆或劃眼不到井低；重時(shí)卡鉆或劃眼不到井低； 、井徑擴(kuò)大，測(cè)井遇阻卡。、井徑擴(kuò)大，測(cè)井遇阻卡。3 3、井徑不穩(wěn)定的原因：、井徑不穩(wěn)定的原因： 1)1)、力學(xué)因素：、力學(xué)因素： 、原地應(yīng)力狀態(tài)：未鉆井前，地層內(nèi)部的應(yīng)力。、原地應(yīng)力狀態(tài)：未鉆井前，地層內(nèi)部的應(yīng)力。 a a、上覆地層壓力；、上覆地層壓力； b b、水平地應(yīng)力。、水平地應(yīng)力。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥

28、頁(yè)巖的坍塌掉塊 、地層被鉆開后所引起的井眼圍巖應(yīng)力狀態(tài)的變化；、地層被鉆開后所引起的井眼圍巖應(yīng)力狀態(tài)的變化； 、造成井壁力學(xué)不穩(wěn)定的原因：、造成井壁力學(xué)不穩(wěn)定的原因： 井壁力學(xué)穩(wěn)定的必要條件：井壁力學(xué)穩(wěn)定的必要條件：P P液液 P P地地 。2)2)、物理化學(xué)因素：、物理化學(xué)因素： 、地層的巖性、地層的巖性( (組分組分) )； 、鉆井液濾液對(duì)地層的侵入；、鉆井液濾液對(duì)地層的侵入； 、粘土的水化、粘土的水化吸水膨脹；吸水膨脹； 3)3)、鉆井工程措施：、鉆井工程措施： 、合理的鉆井液密度；、合理的鉆井液密度； 、優(yōu)選鉆井液類型與配方；、優(yōu)選鉆井液類型與配方； 、合理的鉆井液性能：粘切、失水、濾餅質(zhì)量；、合理的鉆井液性能：粘切、失水、濾餅質(zhì)量； 、合理的工程措施。、合理的工程措施。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 ( (二二) )、準(zhǔn)備工作：、準(zhǔn)備工作： 1 1、穿戴好勞保用品；、穿戴好勞保用品； 2 2、備足處理劑：降失水劑、稀釋劑、防塌劑、增粘劑、加重劑。、備足處理劑：降失水劑、稀釋劑、防塌劑、增粘劑、加重劑。 3 3、檢查加重設(shè)備、鉆井液槍、攪拌器等；、檢查加重設(shè)備、鉆井液槍、攪拌器等； 4 4、鉆井泵能正常使用；、鉆井泵能正常使用； 5 5、鉆井液全套性能測(cè)試儀。、鉆井液全套性能測(cè)試儀。 處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊處理泥頁(yè)巖的坍塌掉塊 ( (三三) )、操作