井壁稳定性 调研
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。
井壁稳定问题(2)
井内泥浆对泥页岩的化学作用,最终可以归结到对 井壁岩石力学性能参数、强度参数以及近井壁应力 状态的改变。泥页岩吸水一方面改变井壁岩石的力 学性能,使岩石强度降低;
另一方面产生水化膨胀,如果这种膨胀受到约束便 会产生膨胀压力,从而改变近井壁的应力状态。
井内泥浆对泥页岩的作用机制不难理解,但如何将 这种化学作用带来的力学效应加以定量化,并将其同 纯力学效应结合起来研究井壁稳定性问题,过去相当 长时间的研究中没有考虑这一问题。到目前为止,国 内外关于化学力学耦合的文献很少。从文献资料来 看,其研究方法主要表现在两个方面,即实验研究和理 论研究两方面。
岩石越来越不稳定。
2) Sv > Sh1 = Sh2 地层坍塌压力与井斜方位角无关。并且, 随着井
斜角增大, 井壁坍塌压力开始变化较小,后随井斜角 的增大, 井壁坍塌压力逐渐增大。
3) Sh1 > Sv > Sh2 根据国家地震局的水压致裂的压力测量结果表明,
在钻井深度范围内, 我国绝大多数地区处于此种应力 状态。此时, 随着井斜角的增大, 井壁坍塌压力逐渐 减小, 井壁趋于稳定。
φ= 28°, C = 18M Pa, η= 1。
3) Sh1 > S v > Sh2 原始资料: Sv = 10519M Pa, Sh1 = 11218M Pa, Sh2 = 7813M Pa,
Pp = 46103M Pa, φ=2616°, C = 23195M Pa, η= 0.4。
4) Sh1 > Sh2 > Sv 处于这种原地应力状态的现场资料极为少见, 这里给定: Sv =
研究思路：
1. 钻井液与泥页岩间的化学位差是导致水进出页岩的主要驱 动力之一。 2. 化学位差导致的水进出泥页岩改变了近井眼处孔隙压力、 页岩强度、近井眼处有效应力状态, 从而导致了井壁失稳的 发生。 3. 综合考虑钻井液与页岩相互作用时的力学与化学方面的相 互影响, 建立斜井中泥页岩井眼稳定的力学、化学耦合模型。
JZ20-2凝析油气田井壁稳定性研究
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斜 井井 眼轨迹 ， 虑井 斜 、 考 方位对 坍 塌压力 和 破裂 压 力 的 影 响 ， 导定 向钻 井 的安 全 泥 浆 密度 窗 Ｉ和井 指 Ｚ ｌ 身结构的优化 。 引
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图 １ Ｊ ２ 一２ ５ 井 径 曲线 图 ＺＯ — 井
１ 井 壁稳 定性 研究
１ １ 地层 孔 隙压 力分布 ．
地层孔隙压力评价的方法很多 ， 其中利用测井 资料评价是被广泛应用的最好方法之一 。声波时差 主要反映岩性、 压实程度和孔隙度 ， 除了含气层的声 波时差显示高值或出现周波跳跃外 ， 它受井径、 温度 及 地 层 水 矿 化 度变 化 的影 响 比其 它 测 井 方 法 小 得 多 。本 次研 究利 用声 波 时差评 价和 计算 地层 孔 隙压 力［。声波 时 差法评 价地 层 孔 隙压力 精度 取 决于 所 ３ ］ 收集 的原 始声 波资 料 的质量 。声 波 时差 的读 值 首先 要选 取 较纯 的泥 页岩 层 段 ， 不要 选 取 缩 径段 的泥 既 页岩 声 波 时差 数据 ， 也不 要 选 取井 径 过 大 处 的泥 页 岩 声 波 时差 值［ 。因为 在 缩 径 井 段 ， 波 时 差值 偏 ４ ］ 声 高， 井径 过大段 处 ， 声波 时差 值失 真 。为 了分析 Ｊ ２ Ｚｏ ２ 凝析油气 田地层声波时差变化的规律 ， 我们分 别绘制了该井的声波时差样本散点图（ ）从分析 图２ 。 结果看 ， 该井的声波时差值依地层分布变化规律性
泥岩地层井壁稳定性研究
52U Η + 5r2 × 5 2U r + 5r5Η
( 1- 2Λ) 5E 5 Ur 3- 4Λ + = 0 2 ( 1- Λ) rE 5r 2 ( 1- Λ) r2 5Η
5 Ur 5r 5Η
r
( 3) ( 4) ( 5)
UΗ Ur 1 5 +
z= Ε
5 Uz 5z
3 刘向君, 1969 年生; 1995 年毕业于西南石油学院石油工程系, 获工学博士学位; 现在西南石油学院完井中心工作。 地址:
( 637001) 四川省南充市。 电话: ( 0817) 2224433 转 2910。
( 1) ( 2)
可见, 在柱坐标系下, 从静力学出发建立的平衡 方程与无水化过程时的平衡方程形式完全相同。 但 这里的径向应力 ( Ρr ) 、 周向应力 ( ΡΗ) 、 剪切应力 ( ΣrΗ) 包括钻开地层由于载荷不平衡引起的应力和水化膨 胀应力两部分。 几何方程为: Ε r=
= Ε Η
r
及 P ierre 页岩岩心, 对泥页岩在不同水活度溶液中 的膨胀动力学过程进行了全面深入的研究, 实验证 明: 材料的膨胀百分比与材料所吸收的水分重量百 分比成正比; 实验也证明, 页岩水化可以用扩散吸附 过程加以描述。Yew C H 等首先利用泥页岩地层的 这一实验结果, 提出了一种计算井眼周围水化应力 分布的模型。 本文将以均匀各向同性的线—弹性力 学井壁稳定性模型为基础和出发点, 引用 Yew C H
( 7) w = f ( ∃w ) = k 1 ・∃w + k 2 ∃w Ε 其中, ∃w ( r , t ) 是指径向剖面上随时间而变化的吸 附水增量。 已知任意时刻地层含水量的分布 w ( r ,
井壁稳定性问题的研究与进展
井壁稳定性问题的研究与进展作者：姜春丽来源：《科学与财富》2016年第07期摘要：本文从三个方面分别阐述了国内外关于井壁稳定的研究与进展。
从二十世纪中叶开始关于井壁稳定机理的研究经历了试验摸索到定量描述的阶段。
与此同时井壁模拟实验装置也在各种研究的需求下诞生并一路发展。
先进的钻井液技术，新型处理剂钻井液体系的应用也大大提高了井壁稳定性能，减少了井下复杂情况的发生。
关键词：井壁稳定；泥页岩；钻井液石油钻井过程中所遇到的井壁失稳大致可分为破碎体失稳、塑性体失稳和泥页岩失稳，其中泥页岩失稳就占90%以上[1-2]。
在油气勘探开发前，地层泥页岩处于力学、物理、化学、流体力学的各种平衡状态，在油气勘探开发过程中，原有物理化学条件发生改变，各种平衡状态被破坏，系统逐渐向另一种平衡状态过渡，加之泥页岩本身的脆弱及其极强的物理化学敏感性，因而经常给油气勘探开发带来各种问题。
一、井壁稳定性机理研究进展井壁稳定性问题的研究，早在二十世纪中叶就己经开始[3]。
从研究思路来说，可以归结到以下三大类：井壁稳定的力学研究；泥页岩稳定的化学因素研究；泥页岩稳定的力学与化学耦合研究。
从国内外在这方面研究的发展过程来看，可以将泥页岩水化力学与化学耦合研究分为两个阶段：七十年代初到九十年代初的实验摸索阶段；九十年代以后的对化学影响定量描述的阶段。
1970年，M.E.chenevert[4]开始研究页岩吸水以后力学性质的变化；通过实验观察了页岩密度、屈服强度、吸水膨胀与吸水量之间的关系，并测量了页岩吸附水量与时间和距离的关系。
1989年，C.H.Yew和M.EChenevert在定量化研究中迈出了第一步[5]。
他们首先假设泥页岩为渗透各向同性的基础上，再结合质量守恒方程，得到柱坐标内的吸水量方程。
再将泥页岩的力学性质与其总含水量（总吸附水量）相关联，然后又将水化膨胀应变与总含水量W相关联，便可求得力学与化学耦合后的应力、应变及位移。
泥页岩井壁稳定性力学化学耦合模型研究
3、物理因素如泥页岩的渗流特性对井壁失稳的作用仍需进一步探讨。
结论
综上所述，针对泥页岩地层井壁失稳理论的研究已取得一定的成果。然而， 仍存在以下不足和需要进一步探讨的问题：
1、需要加强多因素耦合作用下井壁失稳机制的研究，深入探讨力学、化学 和物理等因素的综合作用；
泥页岩井壁稳定性问题
泥页岩是一种复杂的沉积岩石，具有层状结构、高渗透率、易变形等特点。 在钻井过程中，泥页岩井壁受到多种力的作用，如地层压力、钻具压力、液柱压 力等，容易导致井壁失稳。此外，泥页岩还可能存在化学作用，如离子交换、溶 解、沉淀等，这些因素也会影响井壁的稳定性。因此，研究泥页岩井壁稳定性需 要综合考虑力学和化学耦合作用。
1、研究多集中在单一因素对井壁失稳的影响，缺乏对多因素耦合作用的深 入研究；
2、研究多以实验为主，缺乏对理论模型的研究和建立；
3、研究多针对特定区域的泥页岩地层，缺乏对具有不同特性的泥页岩地层 的比较研究。
研究方法
泥页岩地层井壁失稳理论研究方法主要包括理论分析、模型建立和实验设计 等。理论分析主要通过对井壁应力分布和变形破坏机制的探讨，建立相应的力学 模型。模型建立则通过对实际工况的模拟，寻求井壁失稳的临界条件。实验设计 包括室内实验和现场实验，以验证理论和模型的正确性。
力学化学耦合模型
近年来，越来越多的学者开始泥页岩井壁稳定性的力学化学耦合模型研究。 该模型通过将力学和化学反应过程相结合，可以更全面地描述泥页岩的稳定性。 例如，一些研究者通过考虑地层压力、钻具压力、液柱压力等力学因素，结合化 学反应过程，建立了泥页岩井壁稳定性力学化学耦合模型。该模型能够分析井壁 的应力分布、变形情况以及化学作用对井壁稳定性的影响，为钻井工程提供有效 的指导。
石油钻井任意井眼的井壁稳定性研究
井 工作 的高效 高质地有序进行 ，尤其要合理地安排 好石油钻 井工 术具有非常重要的意 义。在进行 石油钻井施工的过程中施＿丁人员应
作 。对 相关人 员进行石油钻井结构 的调整和石油 的整体布局 ，完善 该 坚持贯彻现场值班制度 ，有利 于及 时掌 握钻 进的动态 ，并且还应
石 油行 业的标 准规 范 ，加强石油钻井 的业务指导和监督管理工作 ， 当合理配置备用钻头 的数量 ，确保石 油钻 井井壁 的稳定程度 ，防止
工作做好 ，才能使石油企业不 断发展壮大 。
提高石油钻井 的工作效率 。
２ 完善石油钻 井任意 井眼井壁稳定性的要点分析
４ 结论
２．１严格按照钻井顺 序 ，合理控制钻井技术操作要点
综上所述 ，石油钻井 技术施工项 目是确保密集地 区石油开采质
石 油企业应 当尽快制定石油钻井的统一规划 ，推进全国石 油钻 量 的一项重要技术 ，石油钻井任意井 眼的井壁稳定性对石油钻井技
泵 吸反 循环 ，其 中掏碴筒 出碴属于石油正循 环的范畴 ，并 且其施工 术 的企业员工 ，在石油钻井过程 中需要保持员工 的适度流动性和灵
要点往往集 中在石油钻井任意井眼井壁的稳定性。
活性 ，人力资 源部 门应 当根据具体 的石油钻井 施工情况 ，以石油钻
１．２提高石油钻井任意井眼的井壁稳定性 的意义
所在地 的水文 、地质 、地理环境等因素 ，合理选择 和规划钻井技术方 场信息动态 ，同时适 当借 鉴外 国先进的石油钻井先进技术 ，仔细 制
案 ，重点管理和完善石油钻井施工工艺 。地质 和环境条件 的复 杂使 定和审核有关石油钻井 的工程绘图 ，加强对石油钻井技术的深入研
得在密集 区进行石油钻井施工 的技术难度不断加大 ，不利 于石 油钻 究 ，加强相应 的监理力度 ，严格控制石 油资源的开采工序 ，完善石油
天然气水合物地层井壁力学稳定性研究及软件编制的开题报告
天然气水合物地层井壁力学稳定性研究及软件编制的开题报告一、选题的背景和意义天然气水合物储层是一种新型的天然气资源，具有储量丰富、分布广泛、资源开采可持续等特点。
目前，全球范围内关于天然气水合物的探测、开采和利用技术研究成为重要的国际科技竞争领域。
其中，天然气水合物地层井壁力学稳定性是开展天然气水合物开采的关键问题之一。
天然气水合物地层井壁力学稳定性受到多种因素的影响，如地层压力、井深、地层岩性、石油钻采技术等。
因此，对天然气水合物地层井壁力学稳定性进行深入的研究，有利于提高天然气水合物资源的利用和开采效率，保障天然气资源的可持续利用，推进能源产业的可持续发展，同时具有重要的经济和社会意义。
二、研究内容和目标本项目拟开展关于天然气水合物地层井壁力学稳定性研究及软件编制。
主要研究内容包括：1. 分析天然气水合物地层井壁力学稳定性受到的影响因素，综合考虑地层压力、井深、地层岩性、石油钻采技术等因素的影响，建立天然气水合物地层井壁力学稳定性分析模型。
2. 基于上述模型，分析天然气水合物地层井壁中可能存在的力学问题，如稳定性分析、应力分布分析、变形分析等，研究井壁破坏机理，探讨井壁强度计算方法。
3. 设计并开发适用于天然气水合物地层井壁力学稳定性分析的软件工具，实现可视化的井壁稳定性分析、应力分布分析、变形分析等功能，提高研究效率和准确性。
本研究的目标是：深入研究天然气水合物地层井壁力学稳定性及其取水效果，并开发适用于该领域的研究工具，为天然气水合物的开采提供技术支撑。
三、研究方法和计划在研究过程中，本项目将对天然气水合物地层井壁力学稳定性问题进行分析，并采用多种方法进行验证和分析。
具体研究计划如下：1. 文献调研：对国内外在天然气水合物地层井壁力学稳定性研究领域相关的文献和资料进行广泛搜索，以及收集相应的数据和信息，为后续研究提供理论和实验基础。
2. 模型建立：针对天然气水合物地层井壁稳定性受到的影响因素，建立相应的力学分析模型，基于理论分析和试验数据，对模型进行验证和完善。