浅析石油钻井任意井眼的井壁稳定性
第八章 井壁稳定
易于发生井壁失稳的地区
高构造应力地区，如逆掩断层、 高构造应力地区，如逆掩断层、山前构造带或 大倾角地层 异常高孔隙压力 水敏性地层 裂缝性地层 低强度地区
垂直于地层层理钻进井眼较稳定 对裂缝性地层， 对裂缝性地层，提高钻井液密度不一定有助于防止 坍塌 崩落后的井眼比圆形井眼更稳定 构造运动剧烈地区有可能通过优化井眼方位来改善 稳定性； 稳定性； 减少井眼裸露时间是有益的 强抑制、严封堵、 强抑制、严封堵、合理密度是防塌钻井液设计的方 向 冷却钻井液有助于防塌
井眼稳定分析所需资料
区域地质构造；岩性剖面 测井资料（井径、声波、密度、自然伽玛等） 录井资料 钻井设计任务书、井史及完井地质报告 岩心、岩性、岩相、岩石物性分析资料 地层漏失试验及事故记录 其他部门的研究结果（地质、开发部门） 钻井过程中的其他测试资料
分析步骤
判断井眼失稳性质（化学、力学、疏松岩层、 塑性岩层） 了解构造背景、准确判定地应力特征； 分析岩性剖面，收集岩心、测井资料； 应用分析软件进行分析 将分析结果与钻进实际进行对比，进行必要的 修正； 结合钻井液特性、井眼轨迹进行预测，并提出 维护井眼稳定的措施。
力学方面的研究: 力学方面的研究: 岩石力学研究主要包括原地应力状态的确定、 岩石力学研究主要包括原地应力状态的确定、岩 石力学性质的测定、井眼围岩应力分析， 石力学性质的测定、井眼围岩应力分析，最终确定保 持井眼稳定的合理泥浆密度。 持井眼稳定的合理泥浆密度。 化学和力学耦合研究 泥浆化学和岩石力学耦合起来研究， 泥浆化学和岩石力学耦合起来研究，尽可能多地 搜集井眼情况资料（ 搜集井眼情况资料（如井眼何时以何种方式出现复杂 情况），尽可能准确地估计岩石的性能， 情况），尽可能准确地估计岩石的性能，确定起主要 ），尽可能准确地估计岩石的性能 作用的参数有哪些。 作用的参数有哪些。
井壁稳定性 调研ppt课件
Southwest petroleum university institute of petroleum engineering
岩石力学与井壁稳定性调研
煤层气井壁稳定性—极限平衡法
近井壁围岩应力分析
井壁围岩为连续体
割理引起的诱导应力分析 考虑多条割理分布的煤层应力场分析
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Southwest petroleum university institute of petroleum engineering
岩石力学与井壁稳定性调研
参考文献
发展历史
目录
研究现状
存在问题
实例分析
2
PART 1
参考文献展示
参考文献
3
Southwest petroleum university institute of petroleum engineering
岩石力学与井壁稳定性调研
4
Southwest petroleum university institute of petroleum engineering
研究目的
阐明煤层中端割理和面割理等不连续面对 井壁稳定的影响
建模假设
煤岩块体用可变形块体来模拟 本构方程选用摩尔-库伦模型 。 面割理和端割理的本构模型 选用摩尔-库伦节理模型
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Southwest petroleum university institute of petroleum engineering
井周应力场分析
井周热应力表达式：
井周渗力场变化表达式：
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Southwest petroleum university institute of petroleum engineering
物理知识应用实践之钻井井壁稳定性的力学分析
其 中，ｐ 为上覆岩层竖直方 向的平均密度 ［ ｋ ｇ ／ ｍ ２ ］． ｇ 为重力加
速度 ［ ｍ ／ ｓ ］． Ｈ为井深 ［ ｍ］ 。该 微 元 在 水平 面 内 的受 力 如 图 ２
知识和经验 ， 通过运行各种钻井设备 ，实施相应 的技术工艺 ，用钻头 在地层中形成一个规则 的井眼的过程 ，它包含有一 系列的钻井措施 和
工艺。但 是 ，钻井工程是隐蔽性很强 的地下工程 ，施工 过程中所产生 的很多问题都是不可见 的。例如 ，井壁 的稳定性 问题就是限制钻井 速 度的重要瓶颈之一。井壁如何保持稳定 ，以往 总是从岩石的化学性 质
企 业 管 理
物理知识应用实践之钻井井壁稳定性的力学分析
陈 枫 （ 山东胜利职业学院
摘
山东
东营 ２ ５ ７ ０ ０ ０ ）
要 ：井壁稳定问题是 限制钻 井速度的重要瓶 颈之一 ，为 了给钻 井现场施 工提 供强有 力的理论 基础 ，通过物理方 法，利 用柱 面坐标 ，建
立了竖直 圆柱井筒围岩力学模型 ，得到 了简化条件 下的井下岩石受 力表达式 ，指 出由于井下围岩 压力 占主导 地位 ，对造成 井壁岩石 失效的判 断
确定地层原始地应力 ，然后计算出钻井过程 形成井眼后 ，周 围地层 岩
！ ！
： 一
（ ３ ）
石的应力分布公式 ，结合地层岩石 的强度性 质数据就可确定理 论上岩 石状态被破坏 的压力 ，从而确定保持井壁稳定所需 的外 力范围 （ 主要 是钻井液液柱压力 ，可计算 出钻 井液密度 ） ，当钻井过程 中井壁 四周 地层岩石所受应力超过了岩石的强度时 ， 表现 为井壁失稳 ；当岩石井 壁 四周地层所受应力小于岩石的强 度时， 表现为井壁稳定 。 国外 已有文献对从井壁围岩的力学特性出发 ，讨论井壁 稳定性的 论述很 多，主要有 四个模 型。１ ）基 于线弹性 理论 ，通 过库伦一摩尔
谈谈定向井井壁稳定问题
谈谈定向井井壁稳定问题从岩石力学、地球物理测井、工程录井、环空水力学和钻井液化学等方面分析定向井井壁稳定问题，以实现对钻井液性能、井身结构及其它工程参数的优化设计。
标签：定向井岩石应力；地层压力；地层破裂压力液柱压力数学模型引言导致井眼出现失稳问题的因素包括天然的原因和人为的原因。
在天然的原因方面包括：地质构造类型和原地应力，孔隙度渗透性及孔除中的流体压力等；在人为的原因方面包括：钻井液的性能，泥页岩化学作用的强弱，钻柱对井壁的摩擦和碰撞等。
导致井眼失稳的最根本因素就是在形成井眼的过程中，井眼四周的应力场、化学力出现了变化，导致井壁应力集中的问题，致使井内钻液的压强不可以和底层的地应力重新建立起平衡的关系。
如果井内的钻井液液柱比坍塌的压力还要低的时候，井壁的岩石就会被破坏，这时候的塑性岩石会对井中产生塑性的流动，最后出现缩径的问题，而脆性的岩石就可能会发生坍塌的问题，导致井径的增大，如果当钻井液的液柱压力要比破裂时压力还要高的情况下，井壁内四周的岩石就会被拉伸导致出现井漏的问题。
此外，钻井液的密度最好是让井内的液柱和地层孔隙的压力能够互相平衡。
一、井壁应力分布因为上覆岩层的压力不能很好的和井轴重合，原来的水平地应力也就不能和井轴正交，所以井眼四周的岩石在切向正应力与法相正应力的共同作用之下处在三维应力的情况之下。
不仅正压力作用在井轴垂直平面井壁四周的岩石，剪应力也作用在井轴垂直平面与岩石之上，它们都严重的影响着井壁岩石的形态，对井壁岩石有破坏作用。
二、井壁岩石破坏准则当前许多人为拉伸断裂的机制操纵着地层的压裂情况，也就是说，如果当一个有效的主应力的大小能够与岩石拉伸的强度值相同时就会发生底层破裂的情况。
三、岩石强度参数的确定为了能够对全井段进行连续预测，仅凭室内岩心试验是不够的。
而要充分利用相关的间接资料，其中最完整的莫过于测井资料。
因此，将测井资料的处理与岩心试验结合起来，确定所需要的地层参数。
2007石油工程专业岩石力学第八章 井壁稳定解析
（2）岩石的综合性质，岩石的强度(rock strength )和变形
(deformation )特征等、孔隙度(porosity )、含水量、粘土含量 (clay content )、组成和压实情况等。
（3）钻井液(drilling fluid )的综合性质，化学组成、连续
相的性质、内部相的组成和类型、与连续相有关的添加剂类型、泥
pressure)；
如果泥浆密度过高，井壁上将产生拉伸应力，当拉伸应力 (tensile stress )大于岩石的抗拉强度(tensile strength )时，将
产生拉伸破坏（ tensile failure,表现为井漏），此时的临界井眼压
力定义为破裂压力(fracture pressure )。 因此，在工程实际中，可以通过调整泥浆密度，来改变井眼附近
3、井壁失稳的原因
通过以上分析，可以发现，影响井壁稳定的因素概括起来可分为
四大类： （1）地质力学因素，原地应力状态(in site stress state )、
地层孔隙压力(formation pore pressure ) 、原地温度、地质构造特
征(geological structural feature)等。这些因素是不可改变的，只 能准确地确定它们。
4、井壁稳定的研究方法
井壁稳定性(borehole stability )的研究方法目前主要有
三种：一是泥浆化学研究，二是岩石力学研究，三是化学和力学 藕合起来研究。
泥浆化学方面研究:
从泥浆化学方面研究井壁稳定，主要研究泥页岩水化膨胀的 机理，寻找抑制泥页岩水化膨胀(hydrate expansion )的化学
浆体系的维护等。特别是对于泥页岩和泥质胶结的砂岩，钻井液对 它们的物理力学性质的影响非常的大。 （4）其它工程因素，包括打开井眼的时间、裸眼长度、井身 结构参数（井深、井斜角、方位角azimuth angle ）、压力激动和 抽吸(surge and swab pressure) 等。
油田钻井过程中保持井眼稳定的措施
油田钻井过程中保持井眼稳定的措施发表时间：2019-11-22T09:34:53.767Z 来源：《基层建设》2019年第24期作者：张鲁[导读] 摘要：伴随着社会经济的发展，石油能源日趋紧张，这就使得对石油钻井的关注力度呈增加的发展趋势。
中石化华北石油工程有限公司西部分公司新疆轮台 841600摘要：伴随着社会经济的发展，石油能源日趋紧张，这就使得对石油钻井的关注力度呈增加的发展趋势。
保持井壁井眼稳定性是油田钻井工程中的主要问题之一，油田开展钻井工作的过程中，由于钻井液的物理、化学特性的影响、页岩发生不同程度的水化现象，一方面地层中产生水化膨胀应力；另一方面又削弱了井壁岩石的力学强度，由此导致了井壁失稳的发生。
基于此，文章就结合具体项目分析油田钻井过程中保持井眼稳定的措施。
关键词：油田钻井；井眼稳定；稳定措施1 地层特点及对钻井液的要求1.1 一开井段库车组、康村组地层钻速较快，钻屑易分散，极易造成固相污染，钻井液的造壁性和携岩能力要强，强化固控工作、防阻卡。
注意防渗漏、防塌，要求钻井液具有较强的携砂能力和良好的造壁护壁性。
1.2 二开井段（1）库车组、康村组地层钻速快，钻屑易分散，易造成固相污染，钻井液的造壁性和携岩屑能力要强，强化固控工作，防阻卡。
（2）康村组、吉迪克组地层含石膏，应注意防钻井液膏侵，控制好钻井液密度和提高钻井液的抗盐抗钙能力。
（3）侏罗系、三叠系泥岩易剥落掉块垮塌，应提高钻井液质量，降低井径扩大率，为固井创造良好的井眼条件。
1.3三开井段（1）石炭系泥岩易剥落掉块垮塌，应提高钻井液质量，降低井径扩大率，为固井创造良好的井眼条件。
（2）该井段井温较高，应提高钻井液的抗温能力，提高钻井液的高温稳定性。
1.4 四开井段奥陶系地层钻进，应特别防止井漏、井涌、井喷。
本地层含有硫化氢，应做好防硫工作。
2 保持井眼稳定性的措施2.1 一开17 1/2″井眼（50～600m）本井段采用般土--聚合物钻井液体系。
井壁稳定性解析课件
max
P 3 H
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[ (1 2 ) 1
](P Pp )
min
P 3 h
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](P Pp )
70 60 50 40 30 20 10
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井周地层应力状态
Pt
3 H
h
2C K K2 1
K2
1 P
Pf 3 h H P St
K ctg(45 )
2
注意各符号表示的物理意义。
定向井井周地层应力状态
3 z1
β
z
y
o
r
γ
θ
x
α
1
β
y1 α
2
x1
东营组地层斜井井壁稳定性分析
最大水平地应力方位： 井壁坍塌风险最高
坍塌压力随井 斜方位的变化
监测裂缝扩展和关井后的压 力，准确确定最小主应力
volume
(after Gaarenstroom et al., 1993)
典型的水力压裂试验曲线
破裂漏失 出现剪切 裂缝
停泵
裂缝重张
井口压力
裂缝闭合
时间
利用水力压裂试验数据计算地应力：
地层破裂压力（Pf）：地层破裂产生流体漏失时的井底压力 裂缝延伸压力（Pr）：使一个已存在的裂缝延伸扩展时的井底 压力
地应力
给定的泥浆密度
井周应力应变
本构模型
提高泥浆密度
失稳
破坏准则 稳定
结束
以孔隙弹塑性力学为基础的均质地层井壁稳定性分析理 论和计算方法基本成熟
浅析定向钻井技术常见问题与解决措施
浅析定向钻井技术常见问题与解决措施定向钻井技术是一种在油田开发中广泛应用的技术，它能够在地下油层中进行精确的定向钻井，避开地质障碍，提高油井的开采效率。
与其他钻井技术一样，定向钻井技术也存在一些常见问题，如不良的井壁稳定性、钻头失效、定向控制不足等。
本文将对定向钻井技术中的常见问题进行分析，并提出相应的解决措施。
一、井壁稳定性问题井壁稳定性是定向钻井中常见的问题之一，当井壁不稳定时，会影响到钻井的进展，甚至导致井壁坍塌和井眼塌陷。
导致井壁不稳定的原因包括地层岩石性质差、井壁支撑不足、钻井液性能不佳等。
解决措施：1. 选择合适的钻井液。
钻井液是保持井壁稳定的关键，选用适合地层条件的钻井液可以提高井壁的稳定性。
2. 加强井壁支撑。
对于地层条件较差的地区，可以采用多级套管结构来增强井壁的支撑能力。
3. 增加井壁稳定性监测。
定向钻井过程中需要不断监测井壁的稳定性，及时发现问题并采取措施。
二、钻头失效问题钻头作为定向钻井中的重要部件，其失效会导致钻井进展受阻，甚至损坏钻井设备，增加钻井成本。
导致钻头失效的原因包括地层条件变化、钻头设计不当、钻井液性能差等。
三、定向控制问题定向控制是定向钻井中的关键环节，好的定向控制能够确保钻井的正常进行，而定向控制不足则会导致井眼偏离设计方向，增加钻井风险。
解决措施：1. 加强井眼轨迹监测。
在钻井过程中需要不断监测井眼轨迹，通过实时数据对定向进行调整。
2. 优化定向工具。
选择性能稳定的定向工具，确保定向效果的可靠性。
3. 强化人员培训。
确保操作人员具备良好的技术水平，能够熟练操作定向设备。
总结：定向钻井技术的应用可以有效提高油井开采效率，但在实际应用中常常会遇到一些问题。
一旦出现问题，及时有效的解决措施能够保障钻井的顺利进行，减少钻井风险，提高施工效率。
在实际应用中需要严格按照规程进行施工，并加强对钻井过程中的监测，及时发现和解决问题，确保钻井工作的平稳进行。
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浅析石油钻井任意井眼的井壁稳定性
摘要：石油资源为我国社会建设和经济发展提供了可靠的能源支持，随着石
油资源应用领域的不断增多，石油资源出现了严重短缺的情况。
在这种情况下，
就需要加强对石油资源的开采，而石油钻井技术的持续发展有效地提升了石油资
源开采的效率，特别是加强石油钻井不同井眼井壁稳定性技术的不断发展、提高，对于石油钻井技术整体水平的良性发展有着重要的影响，同时也关系到石油钻井
施工井下安全和生产时效的提升。
关键词：石油钻井；任意井眼；井壁；稳定性
随着我国工业化进程的不断加快，对石油资源的需要量不断的增多，石油钻
井施工受到了更多的重视，石油钻井施工会受到地质环形、岩性变化、特殊地层
等多种因素的影响，钻井施工的难度不断加大，不利于石油钻井工程项目整体施
工质量的提升。
基于此，应进一步对石油钻井任意井壁的稳定性进行深入的研究，对现有的钻井施工技术进行合理的升级和优化，从而提升石油钻井技术水平，为
石油钻井安全和提速提效提供可靠的技术保障。
一、完善石油钻井任意井眼井壁稳定性的要点分析
（一）根据钻井顺序，严格执行钻井技术操作要点
对于石油钻井工程来说，在钻井施工开展前应制定统一的钻井规划，确保全
国各个区域石油钻井工作的顺利有效开展，特别是需要对石油钻井工作实施的顺
序进行统一规定。
石油钻井施工人员应对钻井结构的调整和石油整体布局情况进
行详细的掌握，并制定完善的施工方案，对石油钻井各项工作的高效开展提供有
效的监督和指导。
同时还需要对石油钻井工作进行科学合理的部署，对石油钻井
施工技术人员的专业能力和操作水平等进行详细的规范，从根本上提升石油钻井
不同井眼井壁的稳定性。
另外，石油企业应对突出重点石油密集区域进行科学的
选择，对石油钻井布局实施合理的调控和指导，深入发掘全国范围内具有潜力的
石油资源，利用专业的石油钻井施工技术，提升石油资源开采的质量和效率。
（二）加强石油钻井技术应用过程中安全问题的重视程度
随着现代化科学技术的应用，石油钻井技术水平不断的提升，对于提升石油
资源开采效率发挥了重要作用，同时为重工业企业提供充足的石油资源提供了可
靠的技术保障。
由此，石油钻井技术在应用过程中应重点对地表深处的石油资源
进行勘查，利用现代化的石油钻井技术，降低地面地表深部石油资源发掘的难度。
通过对国内外典型石油资源勘查的案例进行分析，总结石油钻井勘查的经验，进
而提升石油钻井技术在深部石油资源开采过程中应用的效果，对我国现有石油钻
井技术进行优化和改进，从整体上提升我国石油钻井技术在石油开采过程中应用
的水平。
石油钻井技术人员也应不断提升自身的专业技术能力，对石油资源所处
的地质环境进行掌握，进而提高石油资源勘查的效率，及时的掌握石油市场动态
化信息，积极借鉴国外石油钻井技术，制定科学合理的石油钻井施工图，在工作
中不断的强化研究石油钻井施工技术，优化石油资源开采的流程和程序，进而构
建完善的石油钻井技术应用机制。
（三）做好石油钻井技术施工的控制工作
在石油钻探施工过程中钻进阶段是非常重要的环节，为保障施工安全要充分
保障井壁的稳定性和钻井液的润滑性，充分悬浮、携带岩屑，保障井眼清洁。
同
时还能够有效的避免岩屑在钻井施工中发生过快的沉淀，对石油开采工作的顺利
实施发挥了重要作用。
因此，在石油开采过程中重视钻井技术施工的合理控制和
应用具有非常重要的作用。
在石油钻探过程中由于石油可以在井壁上形成一层较
厚的保护油膜，这些油膜能够起到保护钻井护壁的作用，因此，在施工过程中为
了能够有效的降低摩阻，降低施工风险，需要对钻井施工技术进行合理的选择和
应用，实现石油资源的有效循环开采。
因此，为了在开采过程中提升石油资源的
质量，石油开采施工技术人员需要强化石油钻井技术的应用控制，并且还要重视
对开采出石油质量的检测工作，从而有效地提升石油资源开采的合格率。
二、完善石油钻井井壁稳定性常见的故障和预防措施
石油钻井工程是一项较为庞大且复杂的工程项目，在施工过程中需要不同专
业的技术人员共同开展工作，石油钻井施工过程中需要各个专业技术人员充分发
挥自身的专业技能，始终保持流动性和灵活性施工作业，人力资源管理部门也应结合石油钻井施工开展的实际情况，对石油钻井施工技术人员的数量进行确定，并且根据石油开采工作开展的进度对所需要的不同专业技术人员进行补充，进而满足石油钻井施工开展需求。
同时人力资源部门也应结合石油钻井施工的具体条件和开采过程中的复杂性，提出具有针对性的石油钻井施工对策，在工作中不断的积累经验，养成良好的石油钻井施工工作习惯。
在新时期，随着现代化科学技术在钻井施工中的应用，有效的提升了石油钻井施工效率，对于石油钻井施工朝着数字化的方向发展具有一定的推动作用。
因此，石油钻井技术人员也应不断地提升自身的专业技术能力，积极的学习和掌握现代化的钻井施工技术，从而能够在石油钻井施工过程中充分发挥自身的专业技能，对新技术进行精准的操作和使用，进而有效的降低石油钻井施工的难度，施工技术人员应对钻井动态进行实时的掌握，并合理的控制钻头使用的数量，在保证石油钻井任意井眼钻井质量的基础上，提升任意井眼井壁的稳定性施工，使石油钻井技术充分发挥应用的作用。
石油企业也应充分认识到石油资源对社会经济发展所起到的重要作用，在石油开采过程中积极的更新石油钻井设备，对现有石油钻井技术进行升级和优化，这样才能有效的提升石油钻井施工效率，提升石油资源开采的质量，为社会经济的建设和发展提供高质量的石油资源。
结束语：
石油钻井施工技术的应用直接影响着石油开采工作效率，因此，在开展石油钻井施工过程中，施工技术人员应对钻井动态进行掌握，并合理的控制钻头使用的数量，在确保石油钻井任意井眼钻井质量的基础上，提升任意井眼井壁的稳定性，达到优化石油钻井施工技术的目的，进而促进我国石油开采工程能够高效顺利的开展。
参考文献：
[1]朱忠喜, 白宗玺, 李光乔,等. 全应力-应变条件下气体钻井井壁稳定性研究[J]. 长江大学学报（自然版）理工卷, 2021, 018(002):42-48.
[2]龙章亮, 丁洁, 曾贤薇,等. 川西蓬莱镇组大斜度井井壁稳定性及临界生产压差确定[J]. 天然气技术与经济, 2022, 16(01):07.
[3]雷家蔚, 王李昌, 隆威,等. 温压耦合影响下科学钻探深井结晶岩层井壁稳定性分析[J]. 地质与勘探, 2020, 56(05):07.。