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1. 井壁坍塌发生的原因
(1) 由于地质构造力造成的井壁坍塌。如所钻井处在地层断裂带、褶皱、地层滑动上升或下降、地层倾角大地区。此类坍塌在塔里木油田山前地区井表现较为突出,而且处理难度也较大。
(2) 在欠压实地层井段,由于地层胶结不好而形成的坍塌,如流沙层。
(3) 煤系地层和泥页岩地层的坍塌,在塔里木油田表现较为突出。
(4) 复合盐岩层盐溶后,充填在复合盐层中的砂泥岩薄夹层失去支撑,引发的井壁坍塌。
(5) 泥页岩孔隙压力异常,高压油气水层引发的井壁坍塌。
(6) 水化膨胀是引起地层坍塌的重要原因。这主要是由于粘土吸收钻井液中的水分子造成的。由于普遍使用水基钻井液,因此,泥页岩水化膨胀始终是存在的,只是其轻重程度不同而已。
(7) 由于钻井液密度低,不能平衡地层坍塌压力。钻井液体系和性能不能满足井下情况的需要,与地层特性不适应,引发的井壁坍塌。
(8) 井身质量对井壁坍塌有一定影响,如狗腿严重井,无论是起下钻还是钻进中,由于钻具与井壁碰撞、蹭刮造成的井壁失稳,在定向井、水平井中表现较为突出。
2. 井壁失稳与坍塌卡钻的预防
井壁坍塌在钻进、起下钻和其它作业中都可能发生。井壁坍塌造成的卡钻是处理难度较大的井下事故。
(1) 选用合适的钻井液体系,强化钻井液防塌性能,如硅酸盐体系、钾基钻井液体系,加足防塌、封堵材料,严格控制钻井液滤失量,并在设计范围内适当提高钻井液密度、粘度,提高钻井液携砂能力。
(2) 控制起下钻速度,降低抽汲压力和激动压力;起钻时按规定要求灌好钻井液;在进行其它作业时,要控制好钻井液液柱压力降低对井壁稳定的影响;要避免在易坍塌井段长时间循环钻井液。
(3) 在易坍塌井段钻进时,要适当控制排量、泵压。
(4) 在易坍塌井段钻进时,尽量简化钻具组合,如少用或不用稳定器。
(5) 合理的井身結构
① 表层套管尽可能封住上部松软、易坍塌地层;
② 技术套管尽可能封住易坍塌井段;
③ 套管鞋处地层要稳定,不易坍塌,而且口袋要短;
④ 尽量避免同一裸眼井段存在不同的压力系统。
(6) 及时发现井壁坍塌是预防坍塌卡钻的关键。
3. 井壁失稳、坍塌的特征
(1) 在钻进中发生井壁坍塌,泵压升高,转盘扭矩增大,悬重下降,钻具上下活动困难,严重时发生憋泵,停泵后有回压。
(2) 起下钻中发生井壁坍塌,钻具水眼内反喷钻井液,上提遇卡、下放遇阻,悬重下降,而且阻卡会越来越严重,开泵困难或泵压较高,甚至井口失返,转动钻具困难,停泵后有回压。钻具提离坍塌层位后泵压、悬重恢复正常。
(3) 返出岩屑呈片状或块状。
4. 井壁失稳与坍塌卡钻的处理
(1) 钻进、循环钻井液中发生井壁坍塌,此时切忌停泵,要加强钻具活动,注入稠钻井液或重钻井液携砂,稳定井壁。
(2) 在起下钻中发生井壁坍塌后,应立即接方钻杆开泵,要先以小排量顶通,严防憋泵,同时要加强钻具活动,尽可能将钻具提离坍塌井段。循环正常后,注入稠钻井液或重钻井液携砂,井壁稳定后再进行划眼,处理井壁坍塌。
(3)井壁坍塌后,在进行处理时要进行划眼;在划眼时要严防划出新井眼,在软地层井段、井斜大、狗腿严重井段及定向井、水平井尤其要注意。
5.井塌的预防及处理
一、 泥页岩垮塌
1、轻微井塌的现象及处理
①现象
a、返出物稍多,砂样混杂,代表性差,呈颗粒状或片状,砂样混杂比20~25%更低。
b、钻井液密度上升,失水上升,泥饼松软,含砂增加。
c、 轻微蹩跳现象,起钻初有挂阻,下钻不到底。
②处理方案
a、首先适当提高粘度带砂,清洗井底,转化体系,井下正常后逐步恢复原粘度。
b、考查钻井液体系的适应性。若井浆是聚合物无固相,应立即转成多聚复合沥青质低固相钻井液,并保持高浓度聚合物稳定(2000/3000mg/l),无好转提T到30~40s、动切力4~6pa;若井浆是聚合物低固相钻井液,则追补0.1~0.2%主聚物和沥青类添加剂2~4%,保持适当的粘切,不大幅度波动井浆性能;若井内是钙处理钻井液,应适当提高Ca2+ 含量、加足KHm等钾盐腐植酸量(至少井浆中含量达到3%)、沥青类处理剂2~3%,以改善泥饼质量、增强地层的胶结力、提高井浆的抑制能力。
c、前法仍无多大效果,应适当提高密度0.05~0.10g/cm3。
d、垮塌严重适应水泥补壁(泥浆提高粘度后仍不能带砂)
2、严重的垮塌现象及处理
① 现象
a、返出物,代表性极差,圆形大颗粒多,大部分大于5mm,砂样混杂比大于30%以上。
b、泥浆密度上升,失水增加,泥饼虚,厚。
c、泵压忽高忽低,有蹩压现象,接单根困难,反复划眼划不下去。
② 处理方案
a、提高泥浆粘度及时带出垮塌物,一般粘度不低于50s,重点是动切力。
b、转化成抑制性更强的钻井液体系,例如钙处理泥浆,强包被聚合物泥浆,添加改性沥青类泥浆等。
c、从泥浆性能上强化,例如失水,泥饼、滤液矿化度,滤液粘度等。
二、 破碎性垮塌
1、现象
① 返出物多,代表性差;有煤、碳质页岩,铝土质页岩垮塌物,微裂缝明显,条带状,大量成片状。
② 钻井液性能变化不太明显,但泥饼质量差。
③ 钻进中有蹩跳,泵压忽高忽低,有时蹩泵,起下钻不同程度阻卡,井内沉积物多,下钻不能到底。
④ 很容易卡钻,卡死。
2、处理办法
a、及时提高粘度切力带出垮塌物。
b、严格将井浆的HTHP失水和泥饼分别控制在15ml,3mm以内,加力学封堵型稳定剂HN-3、SAS或FRH和SMS、SMP以增强地层的胶结力和改善泥饼质量。
c、加入0.2~0.4%SP-80或OP-10 表活性剂。可考虑加入1~2%的单封加固井壁。
3、预防措施
a、上述b、c、d 处理办法预处理。
b、提高滤液粘度
(1) 由于地质构造力造成的井壁坍塌。如所钻井处在地层断裂带、褶皱、地层滑动上升或下降、地层倾角大地区。此类坍塌在塔里木油田山前地区井表现较为突出,而且处理难度也较大。
(2) 在欠压实地层井段,由于地层胶结不好而形成的坍塌,如流沙层。
(3) 煤系地层和泥页岩地层的坍塌,在塔里木油田表现较为突出。
(4) 复合盐岩层盐溶后,充填在复合盐层中的砂泥岩薄夹层失去支撑,引发的井壁坍塌。
(5) 泥页岩孔隙压力异常,高压油气水层引发的井壁坍塌。
(6) 水化膨胀是引起地层坍塌的重要原因。这主要是由于粘土吸收钻井液中的水分子造成的。由于普遍使用水基钻井液,因此,泥页岩水化膨胀始终是存在的,只是其轻重程度不同而已。
(7) 由于钻井液密度低,不能平衡地层坍塌压力。钻井液体系和性能不能满足井下情况的需要,与地层特性不适应,引发的井壁坍塌。
(8) 井身质量对井壁坍塌有一定影响,如狗腿严重井,无论是起下钻还是钻进中,由于钻具与井壁碰撞、蹭刮造成的井壁失稳,在定向井、水平井中表现较为突出。
2. 井壁失稳与坍塌卡钻的预防
井壁坍塌在钻进、起下钻和其它作业中都可能发生。井壁坍塌造成的卡钻是处理难度较大的井下事故。
(1) 选用合适的钻井液体系,强化钻井液防塌性能,如硅酸盐体系、钾基钻井液体系,加足防塌、封堵材料,严格控制钻井液滤失量,并在设计范围内适当提高钻井液密度、粘度,提高钻井液携砂能力。
(2) 控制起下钻速度,降低抽汲压力和激动压力;起钻时按规定要求灌好钻井液;在进行其它作业时,要控制好钻井液液柱压力降低对井壁稳定的影响;要避免在易坍塌井段长时间循环钻井液。
(3) 在易坍塌井段钻进时,要适当控制排量、泵压。
(4) 在易坍塌井段钻进时,尽量简化钻具组合,如少用或不用稳定器。
(5) 合理的井身結构
① 表层套管尽可能封住上部松软、易坍塌地层;
② 技术套管尽可能封住易坍塌井段;
③ 套管鞋处地层要稳定,不易坍塌,而且口袋要短;
④ 尽量避免同一裸眼井段存在不同的压力系统。
(6) 及时发现井壁坍塌是预防坍塌卡钻的关键。
3. 井壁失稳、坍塌的特征
(1) 在钻进中发生井壁坍塌,泵压升高,转盘扭矩增大,悬重下降,钻具上下活动困难,严重时发生憋泵,停泵后有回压。
(2) 起下钻中发生井壁坍塌,钻具水眼内反喷钻井液,上提遇卡、下放遇阻,悬重下降,而且阻卡会越来越严重,开泵困难或泵压较高,甚至井口失返,转动钻具困难,停泵后有回压。钻具提离坍塌层位后泵压、悬重恢复正常。
(3) 返出岩屑呈片状或块状。
4. 井壁失稳与坍塌卡钻的处理
(1) 钻进、循环钻井液中发生井壁坍塌,此时切忌停泵,要加强钻具活动,注入稠钻井液或重钻井液携砂,稳定井壁。
(2) 在起下钻中发生井壁坍塌后,应立即接方钻杆开泵,要先以小排量顶通,严防憋泵,同时要加强钻具活动,尽可能将钻具提离坍塌井段。循环正常后,注入稠钻井液或重钻井液携砂,井壁稳定后再进行划眼,处理井壁坍塌。
(3)井壁坍塌后,在进行处理时要进行划眼;在划眼时要严防划出新井眼,在软地层井段、井斜大、狗腿严重井段及定向井、水平井尤其要注意。
5.井塌的预防及处理
一、 泥页岩垮塌
1、轻微井塌的现象及处理
①现象
a、返出物稍多,砂样混杂,代表性差,呈颗粒状或片状,砂样混杂比20~25%更低。
b、钻井液密度上升,失水上升,泥饼松软,含砂增加。
c、 轻微蹩跳现象,起钻初有挂阻,下钻不到底。
②处理方案
a、首先适当提高粘度带砂,清洗井底,转化体系,井下正常后逐步恢复原粘度。
b、考查钻井液体系的适应性。若井浆是聚合物无固相,应立即转成多聚复合沥青质低固相钻井液,并保持高浓度聚合物稳定(2000/3000mg/l),无好转提T到30~40s、动切力4~6pa;若井浆是聚合物低固相钻井液,则追补0.1~0.2%主聚物和沥青类添加剂2~4%,保持适当的粘切,不大幅度波动井浆性能;若井内是钙处理钻井液,应适当提高Ca2+ 含量、加足KHm等钾盐腐植酸量(至少井浆中含量达到3%)、沥青类处理剂2~3%,以改善泥饼质量、增强地层的胶结力、提高井浆的抑制能力。
c、前法仍无多大效果,应适当提高密度0.05~0.10g/cm3。
d、垮塌严重适应水泥补壁(泥浆提高粘度后仍不能带砂)
2、严重的垮塌现象及处理
① 现象
a、返出物,代表性极差,圆形大颗粒多,大部分大于5mm,砂样混杂比大于30%以上。
b、泥浆密度上升,失水增加,泥饼虚,厚。
c、泵压忽高忽低,有蹩压现象,接单根困难,反复划眼划不下去。
② 处理方案
a、提高泥浆粘度及时带出垮塌物,一般粘度不低于50s,重点是动切力。
b、转化成抑制性更强的钻井液体系,例如钙处理泥浆,强包被聚合物泥浆,添加改性沥青类泥浆等。
c、从泥浆性能上强化,例如失水,泥饼、滤液矿化度,滤液粘度等。
二、 破碎性垮塌
1、现象
① 返出物多,代表性差;有煤、碳质页岩,铝土质页岩垮塌物,微裂缝明显,条带状,大量成片状。
② 钻井液性能变化不太明显,但泥饼质量差。
③ 钻进中有蹩跳,泵压忽高忽低,有时蹩泵,起下钻不同程度阻卡,井内沉积物多,下钻不能到底。
④ 很容易卡钻,卡死。
2、处理办法
a、及时提高粘度切力带出垮塌物。
b、严格将井浆的HTHP失水和泥饼分别控制在15ml,3mm以内,加力学封堵型稳定剂HN-3、SAS或FRH和SMS、SMP以增强地层的胶结力和改善泥饼质量。
c、加入0.2~0.4%SP-80或OP-10 表活性剂。可考虑加入1~2%的单封加固井壁。
3、预防措施
a、上述b、c、d 处理办法预处理。
b、提高滤液粘度