第二章 井壁稳定问题
引言
在所有钻井作业中，保持井壁稳定都非常关键。从最轻的情况讲，不稳的井壁会妨碍钻井作业；最严重的情况时，由于井壁垮塌不得不弃井。
井壁失稳可能是力学原因、化学原因或者二者的结合引起的。简单的讲，力学影响因素通常与泥浆比重(太高或太低)或者钻进参数(钻速、扭矩和摩阻以及起下钻次数)有关；化学影响因素与泥浆类型有关(不适当的泥浆类型或对地层的抑制性不够)。下面几节将详细阐述并给出在设计、执行和钻进作业阶段中尽量防止井壁失稳的措施。
常见错误观点
在详细阐述井壁稳定问题之前，一些普遍的错误观点必须加以排除。
? 许多钻井行业的人深信，只是为了井控目的才对泥浆比重提出要求。他们通常认为井眼
坍塌只不过是钻进中泥浆比重不够所致。因此，这种观点认为：井控中常用的正压钻进可以同时满足井壁稳定。这种观点背后的逻辑有破绽。弱地层可能需要附加1000psi的正压以防止井眼坍塌，而一些泥灰岩可以采用欠平衡压力通畅地顺利钻进。
? 一个很普遍的假定是增加泥浆比重总是可以解决井眼的稳定问题。这并不全对。增加
泥浆比重有可能使问题更复杂。例如，在裂缝地层中容易发生快速的失稳，而在许多孔隙性岩石地层中，较高的滤失和较厚的泥饼会引起压差卡钻。
? 许多人深信使用油基泥浆可以防止钻泥岩段的任何复杂情况。但是如果泥浆比重或水
相矿化度不合适时，井壁失稳仍会发生。
? 值得重新认识的一点是，泥浆体系的那些基于理论模型得到的推荐值对任何有责任心
的人来说都是不可靠的，它们经常需要“修正”以得到准确实用的泥浆比重。经验是另一个较好的准则。
? 处理井眼扩大时，人们常常把重点过于放在环空返速上。实际上减少API失水、提高
抑制性和采用正压常常比减低环空返速更有效。
井壁失稳机理------机械方面
非胶结地层
这种类型的地层通常都是在井眼上部，但也可能在断裂地区和非胶结油藏地层中遇到。
非胶结地层没有粘结强度，故当用清洁的钻井液钻进时不能给井壁提供围压，这类地层就会垮塌进入井筒。最常见的非胶结地层是砂岩地层。但是，在一些构造活动频繁的地区也会遇到断裂带岩石粉末和非胶结的碎块。
预防补救措施
? 用具有良好滤失性的泥浆钻此类地层可以在这类地层岩石上形成泥饼。作用在泥饼上
的压降会传递粘结强度，从而产生一个规则或近于规则的井眼。泥浆中应含有架桥粒子(通常用CaCO3或纤维质抗漏失材料)以促使泥饼快速形成。如果泥饼不能快速形成，钻头处的紊流就会冲蚀井壁。
? 用低剪切流变性泥浆不需要较高的泵压。黄胞胶和MMH(正电胶)泥浆对于这种情况
很适用。
? 采取一切措施避免机械清除泥饼--------少起下钻、少划眼和倒划眼。避免在非胶结地
层段附近转动扶正器。
? 使用已经知道具有裂缝封堵能力的泥浆会有助于稳定断裂带的碎块。可以向本地的泥
浆服务商咨询，讨论如何取得最佳效果。XTP SunBery泥浆项目组的近期工作获得了针对这个问题专用的泥浆体系以及添加剂。
坚实地层
有两类典型的机械因素井眼失稳，分别是：挤压失稳和地层破裂(如图2-1)。泥浆比重太低 时会发生挤压失稳-------这将导致井眼闭合(缩径)或坍塌。于此相反，泥浆比重太高时会发生地层破裂。泥浆压力产生裂缝或开启天然裂缝系统，致使大量泥浆漏失。总之，若无足够的支撑，泥岩/灰岩井段就会坍塌；如果用太高的正压钻进，则会导致泥浆漏失或压差卡钻。若要在某井段钻进过程中极少或没有失稳问题发生，要求所用泥浆比重不高于砂岩/碳酸盐岩地层允许的泥浆比重最大值而且不低于泥岩/泥灰岩要求支撑用的最小泥浆比重。这个泥浆比重的上下限定出了“泥浆比重范围”(见图2-2a)，这个范围越宽，井就越容易打；相反范围越窄就越难满足泥浆比重在“稳定区”以内，井壁失稳的风险就月大。在某些构造应力高的区域 (如哥伦比亚州的Cansanare地区的山麓)砂岩层坍塌压力梯度困可能超过破裂压力梯度，甚至在直井中亦如此。在那种情况下，根本没有安全钻进范围，不可能选出一个泥浆比重能同时满足避免漏失和坍塌两个方面，因此，某一种或这两种失稳不得不在一定程度上接受。
总之，泥浆比重工作范围是存在的。该范围的“宽度”取决于一些操作者控制的因素，但主要是井斜因素。井斜增加通常会减少泥浆比重范围的宽度(如图2-2b) 所示，因而增加了偏离安全泥浆比重工作范围风险。所以，在同一地区钻的大位移井通常比其它的常规井更容易失稳。
?
地层破裂
井眼压力
漏失
弱的 砂岩
压缩性失稳
井眼坍塌
脆泥岩
缩径
盐
图2-1
另一个影响井眼完整性的主要因素是裸井时间。就算是稳定的泥岩在无限长时间内也极少能保持稳定；裸井时间越长，失稳的风险就越大。用水基泥浆时尤其如此。井段长度和裸井时间同时增加是钻大位移井自然而然的后果。可能的话，逐渐增加泥浆比重可有效地克服这个时间因素，保证地层在较长时间内保持稳定。
破裂压力
图2-2 压力梯度及泥浆钻进范围
当在以前只钻过常规井的区块内预测大位移井的参数时，其井眼稳定方面的主要考虑是预测井眼轨迹对泥浆比重范围的影响。如果所钻的常规井因泥浆比重太窄难以钻进的话，那么必须慎重考虑设计一套套管程序来降低大位移井中的风险。
预防措施--------机械方面
钻前准备
所有资料的目的是为了提供邻井的最优泥浆范围并为计划中的井规划出泥浆的安全钻进范围。如果没有任何邻井资料，那么谈井壁稳定研究就毫无意义。
最具有价值的资料有：
? 邻井的钻井完井报告(它可能包含了大量下面列出的资料信息)； ? 所有地层应力试验(包括漏失试验和地层完整性试验)的详细资料； ? 泥浆性能日报表；
? 曾遇到的所有泥浆漏失详细资料；
? 综合录井资料、测斜仪或井眼几何形状测井、所有的井径测井、密度、声波测井资
料；
? 区域内所有主要断裂(正断层、平移断层等等)的详细描述。
设计阶段
井斜
?
在泥岩和泥灰岩段每30井斜考虑增加泥浆比重0.5~1.0ppg,防止井眼坍塌。只有本地的经验才能决定你需要选用的是这个范围的上限还是下限。 ?
钻渗透性砂岩时不要提高泥浆比重。基岩具有一定渗透能力的地层可以用通常的正压钻进，不用考虑井眼轨迹或地层强度； ?
当心：破裂压力梯度可能随井斜增加而减小。
。
破裂压力梯度
?
值得重新认识的是，一个井段中破裂压力梯度在灰岩段或砂岩段比做漏失试验的泥岩段更易于控制(图2-2)。 ?
大位移井钻高压油气层会非常困难，因为要保证既不涌又不漏的泥浆比重范围很窄。泥浆当量循环密度的范围和影响需要在设计阶段周密考虑。 ?
在审批阶段，考虑进行微裂缝试验(记住：漏失试验要越过这个破坏点进行)以更好测试地层破裂压力梯度，这在大位移井中非常关键。
区域应力状态
?
对所有井斜及井下成象资料进行处理，取得本地的应力方向。这有助于解释钻进中遇到的所有问题，加快校正速度。 ? ?
在构造应力高的区域，钻上倾断层的泥浆比重比钻下倾、横向或垂直的断层要宽一些。
本地应力状态在靠近刺穿型盐岩处很乱。接近刺穿构造的井眼轨迹中，垂直于其表面的井眼比平行于其表面的井眼泥浆比重范围要宽一些。
套管程序
?
大位移井为控制泥岩提高的泥浆比重计划好之后，预测既定的套管下深是否仍能提供足够的泥浆比重范围。 ?
在大位移井中，钻正常压力储层时防塌对泥浆的要求明显比钻其盖层时要少。下油层套管应尽量减少或排出盖层与储层同处于一个井段内，从而使得油层段可以用通常的正压钻进。
总之
? 油基泥浆常允许用较低的泥浆比重来防止泥岩坍塌,这样就有一个大的泥浆比重范围。 ? 对高度分层的泥岩，当采用轨迹垂直于其沉积面时失稳的风险可以减少。
征兆及补救措施
? 钻进过程中地层开始垮塌表明平衡压力不够。试着提高泥浆比重，降低钻速。
? 钻过泥岩几个小时后开始垮塌意味着起先那个正压差的作用已经没有了。这是滤液进
入地层引起井筒压力增高的结果。提高泥浆比重，降低滤失量。
? 随着井段加深漏失值通常会增加。当漏失试验得到一个已测得的低值时，应该重新做
漏失试验.
? 即使是在正常构造应力地区，泥浆比重范围也会受到井眼方位的影响。当井眼方位接
近平行于最大水平应力方向时要准备提高泥浆比重。
? 控制泥浆滤失量最小对于大位移井乃至所有井段都很重要，而不仅仅限于油层段。 ? 抽吸和激动压力可能导致弱地层或破碎泥岩地层失稳。在这两类地层段起下钻时要特
别小心。随钻测压技术表明激动压力相当于1.5ppg(0.18sg),它不仅可能在起下钻时产生，也可能在用顶驱接钻柱时产生。
? 如果泥岩段裸露在井筒内以后，除非万不得已，不要在钻进中降低泥浆比重，否则失
稳的风险就会大大上升。如果有操作方面的困难必须降低泥浆比重，那么降得越慢就越好。