斯倫貝謝井眼復(fù)雜情況手冊

第一章泥巖復(fù)雜情況

背景知識

泥巖可以定義為粘土成分豐富的沉積巖，它對機(jī)械和化學(xué)方面的影響都很敏感，因而在鉆進(jìn)中容易引

起復(fù)雜情況。

泥巖常按照硬度來分類。軟泥和皎結(jié)好的泥巖相對而言形成時間短且靠近地面：硬泥巖沉枳時間較早

而埋藏較深。它們各自與一套復(fù)雜情況相關(guān)，如表皿所示。比如軟泥可能引起縮徑泥包和井眼沖蝕等問

題：硬脆泥巖由于容易井壁失穩(wěn)而垮塌。泥巖的硬度還與泥巖的其它一些性質(zhì)相關(guān)，如亞甲基蘭測試值、

水含一量以及泥巖密度等。

MBT含水質(zhì)量百分密度

典型的泥巖復(fù)雜情況枯土類型

mcq/100sgwt%含量g/c

15軟1

膨脹縮徑20-4025?70蒙脫石+20-301.2-1.5

泥

沖蝕（分散）引起井眼擴(kuò)大伊利石

巖

砂泥交互層界面產(chǎn)生臺肩

鉆頭泥包，泥環(huán)，堵塞管線

堅(jiān)

膨脹縮徑10-2015-25伊利石+20-301.5-2.2

實(shí)

（泥漿抑制性差）可能沖蝕混合層

泥

巖特別容易泥包

有時垮塌

硬

垮塌3-1()5-15伊利石+20-302.2~2.5

泥

巖屑床堵塞可能有

巖

高地應(yīng)力地層會縮徑蒙脫石

花

垮塌32?5伊利石，5?302.5~2.7

泥。?

巖井眼坍塌高嶺石，

一延時失穩(wěn)綠泥石

1-1泥巖按照硬度分類表

處理泥巖段鉆井復(fù)雜情況時，機(jī)械和化學(xué)兩個方面都要考慮到。下面對一些關(guān)鍵點(diǎn)作了簡要總結(jié):

機(jī)械影響

機(jī)械方面存在許許多多的影響因素，其中可以控制的、對井眼穩(wěn)定起重要作用的因素有:

1）井身結(jié)構(gòu)2）泥漿比重

3）鉆頭尺寸4）BHA設(shè)計(jì)

5）水眼大小6）噴射速度

7）鉆壓8）轉(zhuǎn)速

9）抽吸微動壓力10）排量

11）鉆?柱振動12）泥漿流變性

上述因素中，泥漿比重對井眼狀況可說是最重要的因素。如果比重太低可能發(fā)生縮徑或垮塌：過高乂

會壓裂地層。

化學(xué)影響

水能水化泥巖中的粘土礦物，這在軟泥巖中將導(dǎo)致膨脹、水化和分散，或在較硬泥巖中引起巖石破壞

（破裂）。若該泥巖受到限制而無法膨脹就會形成極大的膨脹應(yīng)力。

關(guān)鍵點(diǎn)就是使用恰當(dāng)?shù)你@井液性能將泥巖對水的反應(yīng)降低到最?。串a(chǎn)生較好的泥巖抑制）。對于水基泥

漿，通常要使用泥漿添加劑，如鹽和聚合物。鹽（如KCI）能抑制泥巖膨脹和分散；聚合物則可以包裹泥巖仗

其連成一體（如PHPA）或產(chǎn)生化學(xué)固結(jié)（如乙.二醇）。泥巖與水的反應(yīng)可以通過使用油基泥漿來避免，但油基

泥漿的礦化度必須足以阻止水滲入泥巖。

軟/穩(wěn)固泥巖段復(fù)雜情況

鉆頭泥包

現(xiàn)象

一些泥塊粘附在井下鉆具組合（如鉆頭、扶正器、鉆鋌等等）M這在較軟泥巖段可能性最人，當(dāng)在塑《

泥巖段使用水基泥漿時尤其常見。

鉆頭泥包在油基泥漿中少見。

預(yù)防措施

?杳閱本地區(qū)以前的泥包實(shí)例，借鑒那些使用成功的措施。

?使用抑制性泥漿（如用KC1/聚合物體系而不用石灰或石膏/PAC體系，可考慮使用KQ/乙二醉體系）。

?加入成膜潤滑劑（向服務(wù)公司咨詢具體的產(chǎn)品）。

?避免過大的鉆壓。

?保證井眼清潔，避免鉆頭上積累過多鉆屑。

?使用適當(dāng)?shù)你@頭類型——PDC鉆頭比牙輪鉆頭更易泥包。

征兆

>循環(huán)逋路受阻泵壓升高；

>泥包引起鉆速下降：

>振動篩處巖屑量變少（鉆速減慢+鉆屑可能又成為堵塞物）

>發(fā)生篩布堵塞具有泥包趨勢；

>由于流動受限而引起超提；

>象卡鉆。

處理措施

>降低鉆壓;

>對水基泥漿加分散劑除去附在鉆具I:的粘土塊。成功了就保持分散劑在泥漿中的濃度。如果未成功則

考慮使用稀塞來分散粘十.塊，也可用乙二酹類處理劑（如BP的化學(xué)劑DCP208或DCP101）來處理泥

包。如果仍不成功，可緩慢起鉆同時旋轉(zhuǎn)、清洗鉆具并采取預(yù)防措質(zhì)。

>對油基泥漿（極少發(fā)生泥包）要增加泥漿礦化度通過從泥巖中吸出較多水來提高其硬度。

泥環(huán)

現(xiàn)象

軟泥鉆屑可能在環(huán)空中聚結(jié)形成一個環(huán)形物，它將阻礙泥漿流動和巖屑通過。這個泥環(huán)可以隨泥漿排

量大小而上下移動，共至可能堵塞管線。巖屑返出受阻最終會導(dǎo)致堵塞。該現(xiàn)象通常只在水基泥漿中出

現(xiàn)。

預(yù)防措施

>使用足量泥漿抑制劑避免產(chǎn)生縱附性鉆屑（如用KC1/聚合物體系而不用石灰或石ff/PAC體系）。

>起鉆前循環(huán)清掃環(huán)空：

>使用大宜徑管線：

>防止轉(zhuǎn)速過快；

>保持井眼清潔，防止鉆屑聚集。

征兆

X環(huán)空中部分受阻，泵壓增高；

鉆屑返出量減少，該現(xiàn)象在振動蹄處能觀察到：

泥環(huán)的制動效應(yīng)引起的扭矩增加：

鉆速和懸重減少（因?yàn)槟喹h(huán)能象活塞那樣上抬鉆柱）:

管線及振動篩發(fā)生堵塞。

處理措施

在當(dāng)量循環(huán)密度允許條件下增加排星循環(huán)清掃井眼。盡可能使用大尺寸管線以防止堵塞，必要時用稠

塞攜砂；

如果泥環(huán)堵塞嚴(yán)重，加入分散劑有助于分散泥塊使其容易清除掉。如果分散劑有效就保持其濃度以防

止再出現(xiàn)泥環(huán)。

縮徑

現(xiàn)象

活化泥巖膨脹會引起井眼直徑減少。這種現(xiàn)象在軟泥巖段很普遍，因?yàn)檐浤鄮r中膨脹性粘土的含量很

高?？s徑有時候在時間上有一定延遲（因?yàn)槟鄮r需要一定時間來作出反應(yīng)），所以鉆頭可能在鉆進(jìn)過程中可

以通過后來卻很難拔出來。

注意1斜井中縮徑會更嚴(yán)重，因?yàn)樾本秀@柱摩擦增加了.

構(gòu)造運(yùn)動及高的孔隙壓力也會引起縮徑，但它們的影響在埋藏較深的硬泥巖中更重要一些（見第三節(jié)）。

預(yù)防措施

>在活性軟泥段使用抑制性泥漿體系；

>采用足夠高的泥漿比重來平衡井下應(yīng)力：

>用水基泥漿鉆易膨脹泥巖要保持約20-30PPB的KC1（或其替代物）:

>使用油基泥漿時要保持足夠高的獷化度；

>經(jīng)常劃眼；

>在斜井中使用恰當(dāng)?shù)臐櫥瑒?/p>

>（在固井設(shè)計(jì)中）使裸井時間最短。

征兆

>扭矩增加；

>泵壓升高；

>起鉆困難，扭矩/摩阻大。

處理措施

>在縮徑段劃眼：

>（在破裂壓力允許范圍內(nèi)）提高泥漿比重壓住井壁：

>檢查泥漿礦化度：

>對水基泥漿：保證泥漿中有足量鹽（鹽是最重要的膨脹抑制劑）。KC1是最有效的鹽，盡管對?。ㄓ?/p>

國）北海地區(qū)的泥巖濃度20—30ppb通常就足夠了，但以前用到了約50PPb的濃度。NaQ效果次之。

石灰（CaCOO受低濃度限制，CaCl?易溶但與其它添加劑）如PHPA,XC聚合物，COz等處理劑）不

配伍而不推薦使用。醋酸鹽和甲酸鹽（如醋酸鉀）在氯化物受限的地方可以使用。

>對油基泥漿：必須保證泥漿礦化度足夠高，從而通過滲透作用阻止泥巖膨脹。泥漿礦化度必須比孔隙

流體礦化度高一些。

>加入潤滑劑。

沖蝕

現(xiàn)象

沖蝕是由活性軟泥巖的分散性引起的，它將導(dǎo)致井眼擴(kuò)大。該現(xiàn)象在水基泥漿中很常見，但在油基泥

漿中少見。沖蝕盡管只是局部化的，但它有可能和縮徑同時發(fā)生。沖蝕可能引起井眼不清潔、下鉆困難以

及固井質(zhì)量差等問題。

井眼沖蝕

預(yù)防措施

>在鉆井作業(yè)前掌握泥巖的反應(yīng)特性（例如分析鄰井資料、進(jìn)行試驗(yàn)分析等）：

>選用恰當(dāng)?shù)哪酀{抑制性能。若使汨水基泥漿，則在活性軟泥巖段使用乙二醇處理劑；

>使用具有良好清潔性能的泥漿（見下面“處理措施”）：

>如果沖他的可能性很大，特別是在斜井中的時候，考慮使用保護(hù)井眼的XC高聚合物體系。MMH（混

合金屬氫氧化合物）泥潴和MMS（混合金屬硅酸鹽）泥漿體系具有優(yōu)良的清洗能力，但不能在高活

性泥巖段使用，因?yàn)樵诂F(xiàn)有的技術(shù)條件下它們的抑制性很差。

征兆

>巖屑返出量增加；

>在井筒臺階處會下鉆困難；

>井眼不清潔，井下鉆具被埋;

>堵塞增加了超提/阻力：

>井眼方向問題；

>遲到時間增加。

處理措施

>對于水基泥漿，增強(qiáng)抑制性?？梢酝ㄟ^使用適當(dāng)?shù)柠}提高礦化度----參見前一節(jié)內(nèi)容。現(xiàn)場若有則可

以加入乙二醇處理劑（如BP的化學(xué)劑DCP208或DCP101）。乙二醉處理劑能夠使軟泥變硬一些從而

減少其分散/沖蝕。

>提高泥巖的低剪切流變性，（較高的屈服值和較高的靜切力）能保證較好的清洗性能，這有助于清洗

沖蝕段防止巖屑碎塊下滑?？商娲霓k法是采用紊流循環(huán)（適用于低粘泥漿體系）一一可向SunBury

咨詢這方面的情況。

>保持泥漿循環(huán)，防止巖屑滑脫下沉。

>起下鉆過程中降低速度使抽吸/激動壓力達(dá)到最小。

硬脆泥巖中的復(fù)雜情況

縮徑

現(xiàn)象

在較硬的泥巖中化學(xué)膨脹引起的縮徑很少見，因?yàn)樗蛎浶阅鄮r（蒙脫石）少。但較高井下應(yīng)力能

引起縮徑，若同時存在高孔隙壓力時就更容易了。多數(shù)情況下會形成橢圓井眼。

預(yù)防措施

>使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)和巖石力學(xué)模型確定泥漿比重范圍，充分利用已有的電阻率和伽馬測井資料。

>進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)以取得關(guān)于最大允，午泥漿比重較好的第一手資料。

>若有可能，可篩取泥巖樣品來測：式其化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，將結(jié)果用于選擇合適的泥漿。

>為斜井及水平井設(shè)計(jì)出最優(yōu)的方向，把應(yīng)力引起的井眼閉合量減到最少。

征兆

>扭矩增加：

>泵壓值高；

>超提、摩阻增加。

處理措施

>如果是由化學(xué)原因引起的則通過常強(qiáng)泥巖抑制性來防止膨脹（見前面的軟泥巖部分）；

>如果是由力學(xué)原因引起的（即由井下應(yīng)力引起的），應(yīng)該提高泥漿比重：

>地層有天然裂縫時不能提高泥漿匕重，否則會使井壁失穩(wěn)（泥漿會進(jìn)入裂縫“撬”出巖塊來）:

>加潤滑劑：

>用四臂井徑儀檢查橢圓弁眼，它可以指示出非對稱的巖石應(yīng)力。

剝落、垮塌及堵塞

現(xiàn)象

有許多硬脆泥巖容易破碎形成剝落物進(jìn)入井筒，導(dǎo)致剝落垮塌或堵塞。井壁垮塌在天然裂縫地層以及

很脆的泥巖中可能性最大，這類井眼擴(kuò)大是突發(fā)性的（有時甚至是災(zāi)難性的）而且難以預(yù)測和控制。那些具

有高應(yīng)力的地層最容易出現(xiàn)問題。

井壁垮塌

預(yù)防措施

>使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)和巖石力學(xué)模型確定泥漿比重范圍，強(qiáng)度試驗(yàn)可以取得最大允許泥漿比重值。

>設(shè)計(jì)出斜井、水平井的最優(yōu)方向，盡可能地減少應(yīng)力效應(yīng)引起的井壁失穩(wěn)；

>仔細(xì)選擇套管下深，縮短不穩(wěn)定層位在泥漿中的浸泡時間：

>有條件時可篩取泥巖樣品，測定其化學(xué)性能，把結(jié)果用了恰當(dāng)鉆井液的選擇；

>采用縝密定義了的、已為人們所了解的流型?？煽紤]用XC高聚物體系或MMH正電膠或MMS（混合金

屬硅酸鹽）體系實(shí)現(xiàn)高級的井眼清洗；

>加入顆粒（如天然瀝青、瀝青質(zhì)、云母、CaCCh）封堵天然破碎泥巖中的裂縫。由于顆粒的大小和形狀非

常重要，所以選擇恰當(dāng)?shù)念w粒要求過篩測試：

采取措施減少鉆柱在脆泥巖中的奈動。

征兆

>振動篩處出現(xiàn)具有特殊形狀的垮溺落物.....表面光滑，暗示著是來自井壁的巖屑;

>鉆屑量突然增加，可能有大塊垮溫：

>在井筒臺肩面處受阻難以下鉆：

>井眼清洗不好，巖屑下落用起堵塞：

>扭矩、泵壓升高；

>垮塌落物成環(huán)會引起扭矩/摩阻增大；

>遲到時間增加；

>井斜控制問題。

處理措施

>提高泥漿比重：

>在天然破碎的地層中不能提高比重，否則會使井壁失穩(wěn)（泥漿會進(jìn)入裂縫撬出巖石塊來）；

>增強(qiáng)泥漿低剪切流變性，（較高的屈服值和靜切力）可保證井眼清洗質(zhì)量好。這將有助于沖蝕段清

洗，阻止巖屑下滑?？商娲霓k法是采用紊流（針時低粘泥漿而言）-...關(guān)于此項(xiàng)內(nèi)容可向

SunBury咨詢。井眼清洗在斜井中更為重要。

>盡量保掙泥漿循環(huán)，防止垮塌落物沉降：

>起下鉆時放慢速度，使抽吸/激動壓力盡可能最小。

第二章井壁穩(wěn)定問題

引言

在所有鉆井作業(yè)中，保持井壁鬼定都非常關(guān)鍵。從最輕的情況講，不穩(wěn)的井壁會妨礙鉆井作業(yè)；最嚴(yán)

重的情況時，由于井壁垮塌不得不棄井。

井壁失稔可能是力學(xué)原因、化學(xué)原因或者二者的結(jié)合引起的。簡單的講，力學(xué)影響因素通常與泥漿比

重（太高或太低）或者鉆進(jìn)參數(shù)（鉆速、扭矩和摩阻以及起下鉆次數(shù)）有關(guān)；化學(xué)影響因素與泥漿類型有關(guān)（不適

當(dāng)?shù)哪酀{類型或?qū)Φ貙拥囊种菩圆粔颍?。下面兒?jié)將詳細(xì)闡述并給出在設(shè)計(jì)、執(zhí)行和鉆進(jìn)作業(yè)階段中盡量為

止井壁失穩(wěn)的措施。

常見錯誤觀點(diǎn)

在詳細(xì)闡述井壁穩(wěn)定問題之前，一些普遍的錯誤觀點(diǎn)必須加以排除。

>許多鉆井行業(yè)的人深信，只是為了井控目的才對泥炭比重提出耍求。他們通常認(rèn)為井眼坍塌只不過是鉆

進(jìn)中泥漿比重不夠所致。因此，這種觀點(diǎn)認(rèn)為：井控中常用的正壓鉆進(jìn)可以同時滿足井壁穩(wěn)定。這種觀

點(diǎn)背后的邏輯有破綻。弱地層可能需要附加lOOOpsi的正壓以防止井眼加塌，而一些泥灰?guī)r可以采用欠平

衡壓力通暢地順利鉆進(jìn)。

>?個很普遍的假定是增加泥漿比重總是可以解決井眼的穩(wěn)定問題。這并不全對。增加泥漿比重有可能

使問題更復(fù)雜。例如，在裂縫地層中容易發(fā)生快速的失穩(wěn)，而在許多孔隙性巖石地層中，較高的濾失

和較厚的泥餅會引起壓差卡鉆.

>許多人深信使用汕基泥漿可以防止鉆?泥巖段的任何免雜情況。但是如果泥漿比重或水相礦化度不合適

時，井壁失穩(wěn)仍會發(fā)生。

>值得重新認(rèn)識的一點(diǎn)是，泥漿為系的那些基于理論模型得到的推薦值對任何有責(zé)任心的人來說都是不

可靠的，它們經(jīng)常需要“修正”以得到準(zhǔn)確實(shí)用的泥漿比重。經(jīng)驗(yàn)是另一個較好的準(zhǔn)則。

>處理井眼擴(kuò)大時，人們常常把重點(diǎn)過于放在環(huán)空返速上。實(shí)際上減少API失水、提高抑制性和采用工

壓常常比減低環(huán)空返速更有效.

井壁失穩(wěn)機(jī)理……機(jī)械方面

非膠結(jié)地層

這種類型的地層通常都是在井眼上部，但也可能在斷裂地區(qū)和非膠結(jié)油藏地層中遇到。

非膠結(jié)地層沒有粘結(jié)強(qiáng)愎，故當(dāng)用清潔的鉆井液鉆進(jìn)時不能給井壁提供圍壓，這類地層就會垮塌進(jìn)入

井筒。最常見的非膠結(jié)地層是砂巖地層。但是，在一些構(gòu)造活動頻繁的地區(qū)也會遇到斷裂帶巖石粉末和非

狡結(jié)的碎塊。

預(yù)防補(bǔ)救措施

>用具有良好濾失性的泥漿鉆此類地層可以在這類地層巖石上形成泥餅。作用在泥餅上的壓降會傳遞粘

結(jié)強(qiáng)度，從而產(chǎn)生一個規(guī)則或近于規(guī)則的井眼。泥漿中應(yīng)含有架橋粒子（通常用CaCOj或纖維質(zhì)抗漏失

材料）以促使泥餅快速形成。如果泥餅不能快速形成，鉆頭處的紊流就會沖蝕井壁。

>用低剪切流變性泥漿不需要較高的泵壓。黃胞膠和MMH（正電膠］泥漿對于這種情況很適用。

>采取一切措施避免機(jī)械消除泥餅....少起下鉆、少劃眼和倒劃眼。避免在非膠結(jié)地層段附近轉(zhuǎn)動扶正

>使用已經(jīng)知道具有裂縫封堵能力的泥漿會有助于穩(wěn)定斷裂帶的碎塊?？梢韵蚰镜氐哪酀{服務(wù)商咨詢，

討論如何取得最佳效果。XTPSunBery泥漿項(xiàng)目組的近期工作獲得了針對這個問題專用的泥漿體系以

及添加劑。

堅(jiān)實(shí)地層

有兩類典型的機(jī)械因素井眼失急，分別是：擠壓失穩(wěn)和地層破裂（如圖2-1）。泥漿比重太低時會發(fā)生擠

壓失穩(wěn)——這將導(dǎo)致井眼閉合（縮徑）或坍塌。于此相反，泥漿比重太高時會發(fā)牛.地層破裂。泥漿壓力產(chǎn)生

裂縫或開啟大然裂縫系統(tǒng)，致使大量泥漿漏失。總之，若無足夠的支撐，泥巖/灰?guī)r井段就會坍塌：如果用

太高的正壓鉆進(jìn)，則會導(dǎo)致泥漿漏失或壓差卡鉆。若要在某井段鉆進(jìn)過程中極少或沒有失穩(wěn)問題發(fā)生，耍

求所用泥漿比重不高于砂巖/碳酸鹽巖地層允許的泥漿比重最大值而且不低于泥巖/泥灰?guī)r要求支撐用的最小

泥漿比重。這個泥漿比重的上卜.限定出了“泥漿比重范圍"（見圖2-2a）,這個范圍越寬，井就越容易打；相

反范圍越窄就越難滿足泥漿比重在“移定區(qū)”以內(nèi)，井壁失穩(wěn)的風(fēng)險就月大。在某些構(gòu)造應(yīng)力高的區(qū)域,如

哥倫比亞州的Cansanarc地區(qū)的山麓）砂巖層坍塌壓力梯度困可能超過破裂壓力梯度，甚至在直井中亦如

此。在那種情況下，根本沒有安全鉆進(jìn)范圍，不可能選出一個泥漿比重能同時滿足避免漏失和坍塌兩個方

面，因此，某一種或這兩種失穩(wěn)不得不在一定程度上接受。

總之，泥漿比重工作范圍是存在的。該范困的''寬度”取決于一些操作者控制的因素，但主要是井斜

因素。井斜增加通常會減少泥漿比重范圍的寬度（如圖2-2b）所示，因而增加了偏離安全泥漿比重工作范圍

風(fēng)險。所以，在同一地區(qū)鉆的大位移井通常比其它的常規(guī)井更容易失穩(wěn)。

地地

層

0

破漏失

裂2裂

弱

沙

井

井壓

眼

壓眼縮

縮坍

坍性

性塌

塌失

失穩(wěn)

穩(wěn)

圖2-1

持穩(wěn)

能保

極少

內(nèi)也

時間

限長

在無

泥巖

定的

是穩(wěn)

。就尊

時間

裸弁

素是

要因

的主

整性

眼完

響井

個影

另一

大位

是鉆

增加

同時

時間

裸井

度和

段長

。井

如此

尤其

漿時

基泥

用水

大。

就越

風(fēng)險

穩(wěn)的

，失

越長

時間

裸井

定：

間內(nèi)

長時

在較

地層

保證

素，

間因

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服這

地克

有效

市可

漿比

加泥

漸增

，逐

的話

可能

果。

的后

而然

自然

移井

。

穩(wěn)定

保持

垂

深

密度

泥漿

當(dāng)量

密度