大修侧钻过程中井壁稳定性及井漏问题的研究与对策

摘要：目前，随着石油勘探的不断深入，并逐步向深部和深海区扩展，特别是水平井、大位移井的使用越来越多，同时也导致了井漏等井下事故的发生，导致井壁缩径、坍塌、地层压裂等现象，其发生机制较为复杂，防治难度较大，直接关系到井下的安全与可持续钻进。为此，本论文主要研究了在大修侧钻施工中出现的井壁稳定与渗漏问题，并提出了解决措施。

关键词：大修侧钻；井壁稳定性；井漏

引言：在钻探施工中，由于地层压力偏小、自然裂隙和大孔隙发育，再加上钻孔误差等因素，常会出现井漏现象。一旦发生事故，会导致井下压力骤降，导致井下失稳，甚至坍塌，容易发生溢水、井喷等事故。

一、大修侧钻过程中的井壁稳定性

1.1钻井井壁稳定性较差和坍塌地层特征

在钻探过程中，常遇到页岩、砂岩、砾岩、煤层、岩浆岩、灰岩等，然而，超过90%的坍方都是发生在页岩层，而膏盐层、浅层泥岩以及高渗透砂岩层均有减径现象。塌陷发生于不同岩性、不同粘土矿物含量的地层中，但是大部分塌陷类型的地层都有如下特点：高地应力、大倾角、易偏斜的地层、厚泥页岩、高含水砂岩、泥岩等。

1.2井壁稳定性影响因素

导致井壁不稳定的主要因素有：钻井液及钻具在地层中的工作，压力超出井壁所能承受的极限；同时，钻井液与井壁上的岩石矿物之间的化学、物理、化学作用，导致井壁坍塌压力增加，破裂压力减小，从而导致井壁不稳定。

一是力学方面的原因。钻孔前，地层受到上覆压力、水平地应力和孔压的共同影响，达到平衡，钻孔后，钻井液对井壁的压力代替已钻出的岩石对井壁的支承，打破压力平衡，使得周边地应力要再分配，当地应力超出井壁所能承载的强度时，将产生剪切损伤，脆性地层将出现井壁塌陷，塑性层将产生塑性变形（缩径）。二是物理和化学方面的影响。从岩层组成上看，主要由非粘性矿物石英、长石和方解石等。考虑到钻井液对地层的渗透驱动力，钻进地层后，井眼内的钻井液与地层孔隙流体之间存在着化学压差，在这种压力和地层毛细作用力的共同作用下，钻井液的滤液会渗透到地层中，引起粘土矿物的水化膨胀，从而导致井壁不稳定。根据粘土的水化机制，在水的作用下，粘土矿物会发生离子水化、表层水化和渗透水化，从而导致井壁的不稳定。考虑到地层的水化和膨胀，当钻井液与井壁地层发生接触时，会导致孔压升高，从而导致近井地层的力学特性发生改变。

二、大修侧钻过程中井漏判断

2.1综合分析法

综合分析法是根据地质特征、钻井过程中反应特点确定漏失层位，主要有三方面，一是钻井液性能无变化，钻井时井漏，漏失层为钻头刚达到位置；二是根据地质剖面和岩性对比，漏层一般是孔隙、裂缝发育的层段；三是邻井采出程度高井段。

2.2漏层测定法

漏层试验是指通过检测仪表或测井参数的改变来进行漏层的识别，最早使用的是螺旋流量计和井漏仪。其次，利用热电阻法、声波时差法、放射性示踪剂法、井温试验法等方法来进行测井参数的比较，其中，以井温试验为例，首先测得地层的温度曲线，然后用钻井液测量地层的温度，然后将这两条曲线进行比较，在温度上发生异常的地方，就是渗漏的位置。

三、大修侧钻过程中井壁失稳控制技术措施

3.1应力因素引起的井壁失稳控制

3.1.1优化设计井身轨迹。

套管是防止或防止井壁坍塌的重要措施，本项目拟根据该区的地质特点及地层的理化特性，对井眼轨迹进行合理的设计，合理地设置套管层数及埋深，在地层压力较大、地层压力较大的井段，尤其是地层压力较大的井段，保证裸眼段地层压力系统的稳定性，达到地层钻井后的平衡压力，防止局部井壁坍塌。

3.1.2优化钻井测井技术

要合理地控制钻进速率，避免对测井仪器的过分干涉。要控制好下钻速率，要对钻井泵、机械泵等进行慢启，防止对井筒产生抽吸或对井筒压力的非正常泄放，也防止机械钻具与井壁的撞击，减少井内的激动压力和液柱压力，防止由于振动等原因导致的地层裂隙导致井壁塌陷。

3.2钻井液因素引起的井壁失稳控制

钻井液诱发的井壁垮塌主要是由于流体与页岩接触，导致水、离子迁移、水化，导致钻井液地层孔压差，在钻井液-地层水-水化学压差的驱动下，钻井液进入地层，导致地层压力再分配，导致井壁垮塌。采用防塌钻井液系统是防止此类垮塌的重要措施。

3.2.1聚合物钻井液

聚合物钻井液是一种负电荷的电解质，它与荷电晶体之间的静电相互作用，通过氢键的方式将粘土矿物吸附到晶体层中，从而减缓水分子的渗入，从而达到稳定井壁和控制粘土分散的目的。其中，钾离子具有很好的抗塌性，它能与粘粒表面的钠、钙离子等离子进行交换，从而在一定程度上抑制岩石的水化作用。

3.2.2复合离子聚合物钻井液

通过引入大量功能基团，将传统的单分子氢键吸附方式转变为氢键和静电吸附的双吸附方式，提高对粘土矿物的吸附能力，提高其对粘土矿物的吸附速率，使其在未水化之前就被吸附于其表面，并在其表面生成一层厚的吸附薄膜，从而有效地阻止其水化。

四、大修侧钻过程中井漏问题处理措施

目前主要采取以下几种处理方法：静态封堵、粒桥封堵、高损失泥浆封堵、暂时封堵、无机水泥封堵、复合封堵、强迫钻进套管封堵等。针对不同类型的管线，针对不同类型的管线，采用不同的处理方法。一般来说，当条件允许时，应采取清水强迫钻进，并用套管封堵渗漏点。当没有充足的清水来进行强迫钻井时，最好用水泥将其封闭起来，以避免意外。在采出地层出现漏失时，应选用对油藏起到保护作用的堵剂。针对钻井时出现的天然裂缝、高孔隙度和岩溶等地层原因造成的井漏，常需用堵剂封堵。采取静态下钻、控制起下率、改变钻井液性能、减少钻孔体积等措施，可以较好地解决漏失问题。在压井、试压、封井和强化钻井等过程中，如果发生了压裂漏层，使其无法恢复原来的承载能力，就要进行下套管封堵。

五、结束语

综上所述，大修侧钻过程中井壁坍塌是影响钻井安全和稳定性的重要问题，通过对井壁稳定性与井漏问题进行简要分析，并在此基础上积极地进行井漏及稳定性应对策略的创新，从而提升钻探与施工的质量，保证在钻井作业顺利进行。

参考文献：

[1]王中华.国内外钻井液技术进展及对钻井液的有关认识[J].中外能源,2011(01).

[2]杨小华.提高井壁稳定性的途径及水基防塌钻井液研究与应用进展[J].中外能源,2012(05).