井壁失稳会造成钻进无法正常进行,甚至会造成坍塌卡钻,处理不好会使部分井段甚至全井报废,所以在钻井过程中应尽力避免此类事故的发生。造成井壁坍塌有地质、物理化学、钻井工艺等多方面的原因。对某一地区或者某一口井来说,多是综合原因造成的。
地质方面的原因主要有原始地应力引发的地层破裂,地层的构造状态及地层倾角造成的地层不稳定,岩石本身由于沉积环境、矿物组分、埋藏时间、胶结压实程度不同等原因造成的井壁失稳等。
物理化学方面的原因主要有油气井钻进的地层多为沉积岩,而沉积岩70%以上是亲水的泥页岩,其中,蒙皂石含量高的泥页岩极易吸水膨胀,绿泥石含量高的泥页岩吸水裂解、剥落,是造成钻井时井壁坍塌的主要原因。
钻井工艺方面的原因主要有井筒的液柱压力低于地层坍塌压力,钻井液的性能和地层的岩性不配伍,钻井液液面下降或者压力激动造成地层不稳定等。
钻进过程中发生井壁坍塌,则钻进困难,泵压上升,扭矩增大,钻头提起后放不到井底,上提下放遇阻,井口返出流量减少甚至不返等。起钻时发生井壁坍塌,一般为未及时灌钻井液或者少灌钻井液造成,其现象与钻进过程中发生坍塌相似。
为防止钻井过程中的井壁坍塌,一般要选择好与地层岩性相匹配的钻井液体系,使用具有防塌性能的钻井液;要科学合理地设计井身结构,调整好钻井液的各项性能参数;要合理设计钻井液密度值,保持钻井液液柱压力高于地层坍塌压力,并略高于地层孔隙压力;控制钻具起下钻速度,避免压力激动或者波动造成井壁失稳;停钻时,一定要保持井筒内的钻井液液面高度,且钻井液在井内静止的时间不要过长。
总体来讲,可以采取以下措施预防井壁失稳:(1)提高钻井液密度,使得钻井液液柱压力高于地层坍塌压力,实现力学稳定井壁;(2)采用防塌钻井液,提高钻井液抑制性和封堵能力,控制钻井液滤失量;(3)针对坍塌地层特点,可优选并加入足量的防塌剂;(4)根据井眼尺寸和钻井液类型,调节钻井液性能和循环排量,减少钻井液对井壁冲刷;(5)控制井下压力激动,及时灌满钻井液,保持井筒内压力平衡;(6)盐膏层钻井时,应选择合适的钻井液密度,宜采用饱和盐水钻井液;(7)采用油基钻井液,由于滤液和连续相是油相,更易避免发生化学失稳。
井壁失稳的处理措施是:(1)提高钻井液密度,平衡地层坍塌压力;(2)当井下出现剥蚀掉块时,宜采用增强抑制性,提高钻井液的黏度和切力,降低滤失量,加大循环排量等,提高钻井液防塌和携砂能力;(3)当井下出现大量的掉块,且井眼不畅时,应及时起钻至套管鞋以内或上部井壁稳定裸眼井段,调整钻井液性能;(4)井眼恢复正常后,应维持钻井液密度不变,调整流变性,控制滤失量;(5)盐膏层发生阻卡、井塌时,应提高钻井液密度和矿化度,控制高温高压滤失量,调整流变性。