腰英台登娄库组井壁失稳机理及对策

腰英台登娄库组井壁失稳机理及对策

刘聪

中国石化东北油气分公司  吉林 长春 130062

摘要：腰英台登娄库组地层情况复杂，因其特殊的地质构造和其它物理化学方面的影响，在钻井施工过程中经常出现缩径、掉块、井壁坍塌、井漏等复杂情况，造成井眼不畅、甚至填埋钻具等恶性事故，严重影响钻井工程的顺利进行，并给优化钻井设计带来了极大困难。只有认清这一层断的岩性特征，地质特点，安全密度窗口等，才能从机理入手设计和改善钻井液体系。因此，要对腰英台深井登娄库组井壁失稳机理及对策研究很关键。基于此，本文在分析了研究区地层、岩性特征及理化性质基础上就井壁失稳机理及采取的对策进行了详细阐述。

关键词：腰英台登娄库组；井壁失稳；机理及对策

1研究区地层、岩性特征及理化性质

1.1X射线分析

据对相关资料的调研，登娄库组地层情况复杂，地层特性多样，现对现场所提供腰深202井及腰深201井的两组登娄库组岩样进行了X射线衍射分析，其分析结果见表1、表2。

表1 矿物X1—射线粉末数据与标准矿物粉末数据对比表

表2矿物X2—射线粉末数据与标准矿物粉末数据对比表

据X射线分析结果，此地层粘土矿物含量仅为10%~15%，粘土矿物中，伊利石41%~50%,蒙脱石14%~20%，其它为高岭石，因此，初步判定为不易膨胀中等分散石英砂岩与泥页岩互层。

2.2 电镜扫描

在X射线分析的基础上，进一步将现场提供的岩样进行了电镜扫描，并将岩样用蒸馏水浸泡四个小时，再次进行电镜扫描,结果见图1、图2、图3。

图1岩样X1电镜扫描成像  图2岩样X2电镜扫描成像图      3矿物经清水浸泡四小时后电镜扫描成像

电镜扫描结果表明：该地层属石英砂岩与泥页岩混层，胶结性差，且为裂隙发育的破碎地层，遇水后极易膨胀掉块;特别应该指出的是，如果钻井液密度不合理，使得与井壁交叉的天然裂缝重新张开时，沿着裂缝的应力快速释放，相对的两个裂缝面就会发生剪切滑移而使井壁剥落。

为确定滤失液对井壁失稳的影响,又对所得岩样进行了回收率实验和膨胀性实验，结果如表3。

表3回收率与膨胀性试验结果（清水）

显然,该地层膨胀性较差,但回收率较低,地层稳定性差,是由于伊利石与蒙脱石的吸水膨胀率的不一致,引起应力集中,导致硬脆页岩剥落、掉块井壁失稳。

2井壁失稳原因

经上述试验综合分析, 腰英台登娄库组易失稳的主要内在原因表现在以下三个方面：

（1）这类地层粘土矿物含量极低，地层不稳定主要是地层破碎及胶结能力差所致。

由于毛细管的作用，水沿着泥页岩的层间解理面、微裂缝侵入，产生水化，使地层发生剥蚀掉块。所以，在钻遇地层破碎，裂缝发育或断裂带钻井时井壁容易发生坍塌。若地应力大且各向异性，则井壁失稳更为严重。因此，设计钻井液密度时，要考虑安全密度窗口。

（2）粘土矿物组成的多样性和非均匀性,使泥页岩整体水化后表现为内部水化程度的非均一性,引起局部水化应力集中不平衡,导致硬脆性页岩的剥落。

（3）含微裂缝和微裂隙的泥页岩，提供了优先水化的空间，促使其水化、分散，导致井壁坍塌。

3 井壁失稳对策

依据上述分析，在此类地层钻井时，选择合理的钻井液密度，满足应力平衡是关键。在钻井液处理上，则应以封堵固壁为主，降低滤失量为辅，着重解决钻井液的如下问题：

（1）钻井液密度必须足够高，以平衡地应力（需要特别指出的是，如果钻井液密度过大，使得与井壁交叉的天然裂缝重新张开时，沿着裂缝的应力快速释放，相对的两个裂缝面就会发生剪切滑移而使井壁剥落，加大了坍塌的可能性）。

（2）对地层具有强有力的封堵能力，快速有效地封堵地层裂缝、微裂缝，减少和清除地层的坍塌。为了达到对地层裂缝、微裂缝的有效封堵，根据逐级填充原理，处理剂粒度分布必须合适，如采用沥青质处理剂时应具有合适的软化点。

（3）低滤失量，强抑制性。在正压差钻井过程中,水或多或少要进入地层,为了减轻水进入地层后对岩石性能的影响,特别是对泥页岩水化膨胀性能的影响，通过引进新的处理剂，在井壁的外围形成保护膜，增加泥饼致密性，有效阻止水及钻井液进入地层，防止地层水化膨胀、防止地层内粘土颗粒的运移，达到防止井壁坍塌及保护油气层的目的。

（4）必须具有良好的悬砂、携砂能力，良好的高温流变性，特别是高温高压条件下的悬浮和携带能力，及时将钻屑和坍塌物悬浮并携带至地面，降低或避免阻卡与卡钻等井下复杂情况和事故的发生，保证钻井、电测、下套管、固井等过程顺利进行。