井眼安全--井壁稳定分析
井壁稳定性
v 1 p
1 p St
二个水平主地应力的预测模式：
H
1 2
11ss
2 v 1 p 1 s
2 s 1 s
1
p
h
1 2
11ss
2
v 1 p 1 s
2 s 1 s
1
p
8.2井眼围岩应力分布
2） 实用破裂压力预测模式Ⅱ
f
2s 1 s
v
1 3s 1 s
8.1井壁失稳的原因及危害
打开井眼后，井内的岩石被取走，井壁(borehole wall )岩石失去了原有的支 持，取而代之的是泥浆静液压力(mud hydrostatic pressure )，在这种新条件下， 井 眼 应 力 将 产 生 重 新 分 布 ， 使 井 壁 附 近 产 生 很 高 的 应 力 集 中 (stress concentration )，如果岩石强度不够大，就会出现井壁不稳定现象。
这些因素和参数之间相互作用、相互影响，使井壁稳定问题变得非 常复杂。
8.1井壁失稳的原因及危害
8.1井壁失稳的原因及危害
8.1井壁失稳的原因及危害
8.1井壁失稳的原因及危害
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 )的化学添加剂和泥 浆体系，最大限度地减少钻井液对地层的负面影响。
对于直井、非均匀水平原地应力、不考虑流体渗滤和孔隙压力 （ pore pressure ）的情况，井壁围岩的应力状态：
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。
井壁稳定分析
地层孔隙压力预测2.1 孔隙压力的预测方法地层孔隙压力是指岩石孔隙流体所具有的压力。
作为一个地质参数，孔隙压力在油气勘探、钻井工程及油气开发中占有十分重要的地位。
就钻井工程而言，孔隙压力是实现快速、安全、经济、合理钻进的一个必不可少的重要参数，因此准确的预测孔隙压力非常重要。
地层孔隙压力评价的方法很多，我们采用了国家“863”攻关项目“海洋探查与资源开发技术”中“精确的地层压力预测和监测技术”专题的研究成果，以测井资料为基础，采用高精度的地层压力预测和检测方法，进行地层孔隙压力预测计算。
在岩性和地层水变化不大的地层剖面中，正常压实地层的特点是，随着地层深度的增加，上覆岩层载荷增加，泥页岩的压实程度增大，导致地层孔隙度减小，岩石密度增大。
泥页岩的压实程度直接反应地层孔隙压力的变化。
而在目前的测井系列中，有多种测井方法都能较好地反应地层孔隙压力。
在本研究中，选用了资料来源最广、经济方便的声波时差法。
2.1.1 声波时差法解释原理声波测井测量的是弹性波在地层中的传播时间。
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。
所以用它评价和计算地层孔隙压力比较有效。
对岩性已知、地层水性质变化不大的地质剖面，声波时差与孔隙度之间成正比关系。
在正常压实的地层中可导出相似公式：CH 0e Δt Δt =将上式变换可得：B AH Δt +=logt ∆─深度为H 处的地层声波时差，ft s /μ；0t ∆─深度为0处的地层声波时差，ft s /μ；A 、B 、C 为系数，其中A <0，C <0。
该式即为压实地层声波时差正常趋势线公式，从式中可以直观地看出：t ∆log 与H 成线性关系，斜率是 A (A <0 )，在半对数曲线上，正常压实地层的t ∆对数值随深度呈线性减少。
如出现异常高压，t ∆散点会明显偏离正常趋势线。
用定量风险分析进行井眼稳定性评价
用定量风险分析进行井眼稳定性评价段炬霞编译胡湘炯审校引言传统的井眼稳定性评价一直局限于由张力与挤压力对井壁破坏而产生的井眼压力分析上。
该分析对于井眼设计和解释现场常见的井眼稳定问题很有价值。
但因该分析是建立在经典的岩石破碎力学基础上而非实际操作基础上，因而一直限制了它的现场应用。
在近似直井钻井作业中，允许井壁有一定程度的破坏，只要该破坏不影响钻井作业。
然而在大斜度井中，由于钻屑运移过程要比直井复杂的多，其允许的井壁破坏限量就大大减小。
同时由于很难获得岩石的力学数据，也大大限制了该分析方法的现场应用。
本文提出的井眼稳定性分析方法将经典的力学稳定性模型与通过定量风险分析得出的井眼不稳定性允许限量结合起来.在该方法中,临界状态函数被定义为井眼轨迹和井眼几何尺寸的函数，所谓临界状态是指发生井壁过度破裂造成卡钻事故与正常钻进的临界点。
在定量风险分析中，随机输入的数据由一个三维井眼稳定模型产生。
该数据把不确定度作为模型输入参数，如地层应力状态不确定度和岩石材料特性不确定度。
建模结果产生一钻井液密度的成功几率函数。
为验证其可行性，将该方法的随机现场应用与常规确定性井眼稳定性分析的结果进行了对比。
井眼稳定性建模建立在井眼稳定性分析方法上的定量风险分析与岩石本构模型的选择是互相独立的。
这就允许在特定岩石材料形变基础上选择模型，且该形变与载荷和材料特性好坏及定义的破坏强度有关。
在该方法中，对一给定的井眼压力，用一基于线弹性的三维模型来确定环井壁的径向破坏的临界值。
这可以用一决定井壁破坏限量的模型来耦合。
该破坏限量通过模型形变与由测井曲线实测的井眼几何尺寸之间的对比确证。
输入参数的原始最佳估算值进行初始模拟。
也可先对最不可靠的输入参数进行修正，然后重新模拟。
重复该过程直到模拟结果与现场观测结果间达到较好一致为止。
临界状态函数通过临界状态函数，把经典的井眼稳定模型预报岩石破碎和操作事故联系起来。
允许井壁破裂的临界状态函数定义为：g 1＝θc- θ (1)此处θ是与特定井眼压力对应的损坏角,θc是临界损坏角,它与引起卡钻事故时的井壁破裂所对应的井眼压力有关(参考图1)。
层理性页岩水平井井壁稳定性分析
层理性页岩水平井井壁稳定性分析马天寿;陈平【摘要】基于孔隙弹性力学和单结构面强度理论,建立层理性页岩水平井井壁稳定力学分析模型,分析层理面产状(走向、倾角)、井眼轨迹(井眼方位)和层理面强度弱化对水平井井壁稳定的影响.研究结果表明:页岩层理面产状和层理面强度弱化是导致水平井井壁坍塌失稳的主要因素;层理面倾角为0°～30°时,沿着任何方位钻水平井的井壁稳定性都比较差,而层理面倾角为30°～90°时,沿特定方位钻水平井的井壁稳定性却比较好的,这便为井眼钻进方位的优化设计提供重要依据;层理面强度弱化的影响可以比层理面产状的影响更大,不同产状下坍塌压力差异可达0.45 g/cm3,而层理面强度弱化导致的井壁坍塌压力可增加约0.54 g/cm3;钻井液在渗透作用下沿层理面侵入地层,导致层理面黏聚力和内摩擦角降低,使井壁岩石更容易沿层理产生滑移,从而加剧井壁坍塌失稳的风险.最后,采用该模型在四川东南部威远构造第一口页岩气水平井W201-H1井进行了验证,井壁坍塌压力分析结果与实际情况吻合良好.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(046)004【总页数】9页(P1375-1383)【关键词】页岩气;水平井;层理;井壁稳定;弱面;坍塌压力【作者】马天寿;陈平【作者单位】西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都,610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都,610500【正文语种】中文【中图分类】TE21井壁不稳定问题是钻井工程中的世界性技术难题，也是安全高效钻井的核心问题之一[1]。
钻开地层形成井眼后，钻井液柱压力取代了所钻岩层提供的支撑，破坏了地层原有应力平衡，引起井眼周围岩石的应力重新分布。
如果重新分布的应力超过岩石所能承受的最大载荷(不管是抗拉强度还是抗压强度)，将会导致井壁失稳。
同时，钻井液滤液侵入地层，引起地层孔隙压力增加、岩石强度降低，将进一步加剧井壁的不稳定。
探讨油田深井井壁稳定问题
探讨油田深井井壁稳定问题【摘要】石油测井的对象是钻井旁边的岩石，但是在石油测井中面临井壁的坍塌，主要技术的难题是岩石的可钻性和井壁岩石的稳定性，井壁的稳定性是直接影响测井的关键因素。
本文探讨深井井壁稳定问题，分析井壁失稳的原因并且提出了控制井壁失稳的常用技术。
【关键词】测井井壁稳定随着油田的开发，老的油田发展逐渐向深层和深海地区转移，钻探的深井和水平井数量较多，水平井位移数量随之变大，而在深井测井中，由于深井钻遇的地质层系较多，岩石岩性变化复杂，钻探过程中裸眼浸泡时间长，因此深层井壁的稳定性较差，在深层测井中面临井壁稳定问题更显得突出1 井壁失稳的形式井壁失稳的形式具有多种性，在测井上表现为井径扩大、岩石坍塌。
井壁失稳问题主要的形式包括井壁坍塌（脆性泥页岩、低强度砂岩井易发生）、缩径变形（泥页岩井壁易发生）和破裂（钻井压力作用）。
在深井中井壁的坍塌是最为常见的形式，井壁坍塌直接影响钻探和测井的进程。
2 井壁失稳的原因地层力学因素和岩石物理化学因素是直接影响井壁不稳定主要因素，这两个因素最终导致井壁受力不稳定，受力不稳定导致井壁坍塌。
2.1 地层力学因素对井壁稳定的影响地层应力就是油气井开采前地层受到的原始压力。
这些压力可分为上覆压力v、最大水平地应力h和最小水平地应力h，按照作用力的方向可以称为沿井眼环向应力、径向应力、轴向应力，其中在深层定向井中包括剪切应力分量。
这些原始的作用力超过岩石的强度（不管是抗拉强度还是抗压强度）和平衡不均，这都将导致井壁受力不稳定导致井壁失稳。
考虑上述情况，在钻探测井前先通过其他技术了解作业地区地层应力分布状况，可以模拟建立地层孔隙压力、地层坍塌压力以及地层破裂压力3个剖面，以便在钻探过程中监控钻探，预防井壁坍塌（图1）。
2.2 岩石物理化学因素对井壁稳定的影响岩石的物理化学特征直接影响井壁的稳定性，一般井壁失稳主要发生在泥页岩层段，主要取决泥岩的物理化学特征带电性和亲水性，这些特征可以引起泥岩的体积膨胀、粘土颗粒分散和岩石强度下降。
井周应力及井壁失稳
0
90
180
270
360
利用水力压裂试验数据计算地应力：
P H m i n F C P
H m a x 3 H m i n P p P f S t
S t P f P r
坍塌压力、破裂压力
ntgC
3, St
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
1
2
3
4
5
距离泥浆端面的距离,cm
1
0.8
0.6
0.4 0.2
0 0
清水中 3％KCL改进聚璜泥浆中 5％KCL改进聚璜泥浆中 7％KCL改进聚璜泥浆中 硅酸盐泥浆中
100 200 300 400 500 600 700 时间,min
不同泥浆体系 下泥岩吸水特
性
弹性模量,10 3MPa
泊松比
0.35
15
30
45
60
井斜角（o）
方位角
75
90
井斜角
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
以涠12-1北油田涠二段层 理性泥页岩地层为例
井眼最大缩径量（mm）
高陡层理性地层井眼缩径规律研究
18
16
随井眼钻开时间的增
14
长，井壁最大缩径量
12
经历缓慢、快速平缓
10
增长三个阶段
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
100
120
井眼钻开时间（hour）
井壁稳定动力学分析研究
井壁稳定动力学分析研究摘要：钻井过程中起下钻、岩屑运移和钻柱运动等都会对井壁岩石产生动载荷作用，进一步影响井壁岩石的力学特性和井壁整体稳定性，减慢现场钻井进度甚至造成大量经济损失。
然而目前关于井壁动力学变化对井壁稳定性的影响机制和规律尚未形成系统的认识，因此继续对此进行系统性地调研，以了解国内外目前的研究进度，为后续研究奠定基础。
此调研针对井壁稳定动力学做出总结归纳，并提出目前研究中相关方面的欠缺，对后续研究有重要指导意义。
关键词：井壁稳定；动载荷；动力学一、研究背景未知的事情总是充满着不确定性，钻井就是这样一种存在不确定危险的工程，其中井壁失稳一直是钻井工程的经常遇到的复杂情况之一，在世界很多油田都普遍存在。
据保守估计，井壁失稳消耗的时间约占总钻井时间的5~6%，每年给石油工业界造成的损失约5~6亿美元[1]。
钻井过程中遇到井壁失稳问题，不仅会减慢钻井进度，使钻井工作不能安全快速地进行，而且会影响后续固井、完井、开发等工作，带来更多难题。
在井眼周围由于其外观形状的不同，会造成应力在井眼周围发生变化，出现应力集中的情况，会对井壁造成伤害，究其缘由主要是井眼内的液柱产生的压力与地下的应力产生了一种不平衡的现象，导致井壁会出现坍塌等复杂事故。
钻井工作者经过长期的现场经验与理论分析相结合，深入探讨研究了有关井壁发生井漏和坍塌等形式破坏的原因，将其分为两大类：人为因素和天然因素。
人为因素是指在钻井施工过程中由人来参与完成的阶段，比如：钻井液的选择、完井方式的选择、井眼轨迹的设计等等，天然因素是指地层的物理和化学性质参数，比如：地层岩性、异常高压等复杂情况的出现[2]。
其中，人为因素中起下钻具造成的井底压力波动钻柱与井壁之间的摩擦和碰撞等因素均会造成动载荷作用，在动载荷的周期性作用下井壁岩石的力学特性和井周应力状态将会发生变化，进一步影响井壁整体稳定性，对钻井工程造成进度及经济影响。
但是，目前关于井壁动力学变化对井壁稳定性的影响机制和规律尚未形成系统的认识。
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有效应力支撑井壁稳定基本原理：
• 合理钻井液密度的优选是关键。必须考虑孔
隙压力传递和泥页岩水化效应（水化应力和力 学参数变化）。
• 封堵作用是实施有效应力支撑井壁作用的基 本前提。特别是破碎性地层，只提高密度防塌 效果，有时会适得其反。
总之：以上四个方面防塌途径互相联系且存在 一定的制约关系。
针对复杂泥页岩：一般应采取“四元”协同 防塌措施：即物理化学—力学（岩石和渗透）防 塌新原理： “封固—抑制水化—化学渗透平衡—有效应 力 支撑井壁”
四、泥页岩水化膨胀和分散特性的研究
（1）泥页岩膨胀机理的研究 泥页岩是沉积岩，一般都含有大量的粘 土，在地质压实过程中这些岩石因泥页岩内 的各粘土薄层互相挤压而脱水，产生吸附极 性分子的能力。带有可交换阳离子的双电层 和层间水给泥页岩表面提供了一个负电环境， 使之吸附正电离子和水。当井眼穿过这种脱 水泥页岩时，钻井液中的水被页岩中的粘土 吸收，并产生膨胀压力。当膨胀压力达到一 定程度时，就会引起岩石的破坏。
（2）活度和半透膜对泥页岩水化的影响 石油勘探院、石油大学等单位通过研究也 得出钻井过程中，钻井液的滤液向页岩中扩 散的动力是钻井液与页岩间的水化学势之差。 影响它的主要因素是钻井液液柱压力与孔隙 压力之差及钻井液水活度与页岩水活度之比。 只有存在较高效率的半透膜时，钻井液与页 岩的水活度差才能在较长的时间内控制水的 迁移。
（6）泥页岩中无机盐含量与水敏性之间 关系的研究
泥页岩中含有无机盐会使它的吸水量增 加。
（7）温度和压力对泥页岩水化膨胀性能影响
钻井液由井底上返时，会加热上步的裸眼井段， 这是造成上部井眼垮塌的主要原因[5]。许多研究单 位使用高温高压膨胀仪对膨润土水化特性进行了研 究，得出了如下看法：膨润土水化膨胀速率和膨胀 量随温度升高而明显地增大，在 120oC 时，膨胀曲 线形状有较大的变化，膨润土的膨胀程度随压力的 增大而明显下降，膨润土在常温常压下与高温高压 下的膨胀特性有较大的差别，所以研究井壁稳定技 术措施时必须考虑温度和压力的影响。
二、井壁不稳定地层的类型与井壁不稳定现象 1、井壁不稳定地层类型 钻井过程钻遇地层，如泥页岩、泥质砂岩、砂岩等可 能发生井壁不稳定。但井塌多发生在泥页岩地层中， 约占90%以上，缩径大多发生在含蒙脱石含量高、含水 量大的浅层泥岩、盐膏层、含盐软泥岩或粉砂岩、沥 青等类地层中。压裂可发生在任何地层。 井塌可能发生在各种岩性、不同粘土种类及含量 的地层中；但严重井塌往往发生在以下地层。 （1）层理裂隙发育或破碎的各种岩性地层。 （2）空隙（坍塌）压力异常的泥页岩。 （3）处于强地应力作用的地区。 （4）厚度大的泥页岩。
六、常用的防塌钻井液
1、无固相不分散聚合物钻井液 无固相不分散聚合物钻井液包括：无固相不 分散阴离子、阳离子及两性离子聚合物钻井液。 2、低固相聚合物钻井液 低固相聚合物钻井液包括：阴离子聚合物 钻井液、阳离子聚合物钻井液、钾铵基聚合物 钻井液、正电胶阳离子聚合物钻井液、两性离 子聚合物钻井液。
3、聚磺钻井液 聚磺钻井液包括：阴离子聚磺钻井液、阳 离子聚磺钻井液、钾铵基聚磺钻井液、正电胶 阳离子聚磺钻井液、两性离子聚磺钻井液。 4、有机硅钻井液 5、钾石灰钻井液 6、正电胶钻井液 7、饱和盐水钻井液
（3）活度和半透膜对泥页岩水化的影响 油基钻井液具有较理想的半透膜效率。对 于页岩是否存在半透膜有不同的看法，部分 人认为受到较强压实作用的页岩或孔隙低的 页岩，其自身可起到半透膜的作用，但可能 在几十小时或几十分钟就消失。可通过加入 特殊处理剂来提高泥页岩的膜效率。另一部 分人认为泥页岩本身可作为一种半透膜，其 效率不是 100%。可用有效半透膜系数来表征 膜的理想性。水基钻井液通过加入无机盐可 以降低水的活度，降低页岩水化膨胀的程度。
•作用机理主要是“浊点效应”——温度在浊点以下时，该 产品溶于水，在浊点以上表现为“亲油疏水而又分散于 水”---。 •浊点在30-50℃之间，在钻井液中可始终保持“亲油疏水分 散于水”的状态，可吸附于钻屑及粘土颗粒表面，抑制其水 化分散与膨胀---； •同类产品对比，优势突出---。
（2）钾离子 实验证明， K+ 稳定井壁有三方面的作用：一 是抑制泥页岩的水化膨胀；二是抑制泥页岩的 分散；三是促进高聚物在泥页岩上吸附。采用 X-射线衍射仪、原子吸收光谱仪等仪器可研究 钾离子防塌机理。钾离子与泥页岩相互作用存 在两种方式，一种是离子交换，另一种是晶格 固定；不同类别泥页岩，钾离子作用方式不同。 当pH值增高，及混入钙、钠等阳离子的浓度增 加时，会阻碍泥页岩对钾离子的固定作用。
责任为先、技能为本、预防为主， 为顾客提供安全清洁的井眼
8、油包水钻井液
七、井塌的预防处理
1、分析判断 初步分析判断井塌的原因: 失水偏大 抑制性封堵性差 密度低不能平衡地层坍塌压力 2、制定措施 降低滤失量 提高粘切(带出岩屑、悬浮住 岩屑“大肚子井段”，避免憋泵或砂桥等卡钻） 工程措施
七、井塌的预防处理
工程上防塌措施： 起钻防止抽吸压力。 起钻要灌好钻井液，保持井筒钻井液液面。 井身质量，直井要打直，斜井井眼轨迹要好、 狗腿度要小。 防止井涌、井漏，造成井塌。 控制环空返速不要过高、粘切不要太低，防 止定点循环。
•
按抑制强弱，可将钾盐分为4类：
• K2SiO3 抑制作用极强 ,页岩回收率可大于80%；证明了硅
酸盐的模数越高，其抑制分散作用越好； • KCl、KNO3和醋酸钾（KAC），具有强抑制分散能力，页 岩回收率可大于70%； • K2SO4、K2CO3、K3PO4、K2CrO7和K4P2O7,页岩回收率均大于
（4）硅离子
向钻井液中加入有机硅防塌剂，有机 硅在泥页岩表面迅速展开，形成薄膜。 在一定温度下，有机硅中的 -Si-OH 基易 和粘土表面的-Si-OH基缩合失水，形成Si-O-Si键，在粘土表面产生一种很强的 化学吸附作用，使粘土发生润湿反转， 从而使泥页岩的水化得到控制。
（5）沥青类防塌剂
国内外使用天然沥青和各种化学改性沥青产品稳 定井壁已有多年的历史。沥青粉的主要作用机理是 在钻遇页岩之前，往钻井液中加入该种物质，当钻 遇到页岩时，若沥青的软化点与地层温度相匹配， 在钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的压差作用 下，沥青产品会发生塑性流动，挤入页岩孔隙、裂 缝和层面，封堵地层层理与裂隙，提高对裂缝的粘 结力，在井壁处形成良好的内、外泥饼，外泥饼与 地层之间有一层致密的保护膜，使外泥饼难以冲刷 掉，阻止水进入地层，起到稳定井壁的作用。
五、防塌处理剂稳定井壁机理的研究
（ 1 ）高聚物的吸附量与泥页岩水化膨胀之间关系的 研究
Theng的实验结果表明，当钠蒙脱石所吸附的 聚乙烯醇（ PVA）数量增加时，其吸水量大大降 低。当丙烯酰胺与丙烯酸共聚物在页岩上的吸附 量最低时，抑制页岩分散作用效率最高[2]。用透 射电镜证实聚合物的包被作用，并系统地研究了 聚合物的类型、分子量、结构、官能团等因素对 稳定井壁的影响[1]。
（4）泥页岩吸水量与强度的关系
国内 90 年代初也开始研究钻页岩地 层时钻井液对井壁稳定性的影响，发现 钻井液滤液侵入页岩的深度是时间的函 数，且与钻井液类型有关。当压力越高， 有效围压越低，钻井液滤液侵入页岩的 速度越快。页岩吸水越多，强度越低。
（5）用离子释放法可研究泥页岩的水化过 程 石油大学、大庆油田等单位，曾通过 对泥页岩水化过程中离子释放规律的研究， 发现页岩水化在 1024 h 范围内，出现钠 离子突然释放现象，此时页岩回收率明显 下降，阳离子释放总量及钠离子释放总量 所占的比例越高，泥页岩越易分散，就越 易引起井塌。
井壁不稳定机理及对策
渤海钻探泥浆技术服务公司
一、绪论
（一）钻井液施工注意以下几方面确保井眼安全 1、井壁稳定 2、井眼净化 3、润滑防卡 4、油气层保护 其中井壁稳定是关键、是钻井液施工重点难点， 施工中几者关系相互联系，只有协同作好以上 几个方面才能确保井眼的安全。
一、绪论 井壁不稳定问题是钻井中的世界性技术难题。 目前仍没有彻底解决。特别是，随着当代钻 井新技术的运用，井壁不稳定问题在某些情 况下更加突出。 目前，水基钻井液条件下深层泥页岩井壁不 稳定性问题更复杂，更普遍，是核心问题之 一。 它是涉及钻井液化学、岩石力学、微观结构 力学、渗流力学、泥岩矿物学以及钻井工艺 学等多门学科的复杂技术难题。
60%，具有较强的抑制水化分散能力；
•
总之：针对钻遇复杂泥页岩特性，必须针对性地开展抑
制剂的优选及其作用机理的深入研究，以便指导抑制剂种类 和加量的优化选择。
（3）有机阳离子化合物及阳离子聚合物
有机阳离子处理剂稳定井壁的主要原 因是，它能中和泥页岩表面的负电荷， 降低 Zeta 电位，增大聚合物的吸附量， 从而抑制水化分散。
（2）缩径现象 当发生缩径时，由于井径小于钻头直径，会 出项扭矩增大、上提遇卡，下放遇阻，严重 时发生卡钻。 缩径根据产生的原因，地层、地区采用适合 有针对性措施。 例如：划眼、增大滤失量、降低滤失量、提 高密度等。 （3）压裂现象 当钻井液液柱压力大于地层破裂压力，就会 压裂地层，产生井漏。井漏引起液柱压力降 低，易引起井涌及井塌等事故复杂。
（8）钻井液的pH值对泥页岩水化膨胀、分散的影 响 通过研究发现，粘土晶体表面可以靠氢键吸 附氢氧根，氢氧根又会通过氢键与静电作用发 生水化。提高钻井液的 pH 值，会加剧页岩的水 化膨胀，加速硬脆性页岩的裂解掉块。实验表 明，当水溶液的pH值低于9时，对泥页岩水化影 响不大；但当 pH值继续增加时，泥页岩水化加 剧，将促使泥页岩坍塌。
（5）生油层。 （6）倾角大易发生井斜的地层。 2、井壁不稳定现象 （1）井塌现象 振动筛岩屑量增多，有掉块（片状、方状--） 下钻下不到底，循环返出形状不规则、尺寸过 大的岩屑（有时没有大的岩屑返出）。有憋泵 现象，划眼到底后，停泵上提钻具防卡、下放 不到划眼井深。 电测井径有异常扩大井段（大肚子、糖葫芦井 眼）