大情字井油田井壁失稳分析及对策汇报人：李永胜一、研究的目的及意义大情字井地区是吉林油田“十五”期间发现的规模最大的岩性油藏含油区,
具有上亿吨级的储量规模。其为大面积低孔、低渗型岩性油藏。大情字井地区钻井施工中，自上而下钻遇第四系，第三系泰康组、大安组，白奎系上
统的明水组、四方台组，白奎系下统的嫩江组、姚家组、青山口组及泉头组地层。该区地层矿物组分以伊蒙混层为主，四方台组以上地层岩性为杂色
砂砾岩、及灰白、灰绿、灰色泥岩和粉砂质泥岩，蒙脱石相对含量较高，地层较软。因此钻遇该地层时，钻屑易水化分散造浆，地层易吸水膨胀引起
缩径，导致起下钻困难。一、研究的目的及意义嫩江组地层岩性主要为灰白色、灰色、灰绿色、深灰色、灰黑色泥岩和粉砂质泥岩，嫩I段地
层矿物伊利石相对含量较高，地层层理发育，地层坍塌压力系数大，当钻井液滤失过大或起下钻引起压力激动时，井眼易发生较严重的掉块甚至井塌
。姚家组地层岩性以红色泥岩为主，地层相对稳定。青山口组以下地层岩性以紫红色、灰黑色泥岩和粉砂质泥岩为主，伊利石相对含量较高。该地层
层理发育，存在大量裂缝、微裂缝，泊松比和体积压缩系数相对较小，使上覆岩层压力和孔隙压力对水平应力影响小，井壁应力相对不集中，使得周
向应力较小，钻遇该地层后极易井漏，伴随着地层应力的释放而出现掉块现象。总体说来，该地区地质条件复杂，钻井施工难度大。一、研究的
目的及意义该区在钻井过程中经常发生钻井复杂情况（卡钻、井塌、井漏等），上部地层易缩径，中部地层易掉块，下部地层易发生井漏，严重
影响了钻井速度和钻井质量的提高。近几年针对大情字井油田开展了一系列的科研攻关，在钻井方面主要有，大情字井油田钻井配套技术研究、大情
字井钻井液技术、钻头优选、井壁稳定技术研究等。一、研究的目的及意义由于这些工作的开展，使大情字井地区钻井情况大为改观，大大减
少（减轻）了井下复杂情况，提高了钻井速度和钻井质量，节约了钻井成本。在钻井工艺、钻头优选、固井工艺等方面各项技术已有一些成熟技术，
但在井壁失稳、钻井液技术方面还有需进一步改进，并且还在开展研究。由于大情字地质地层条件相当复杂，通过分析研究情字井地区的井眼失稳的
化学机理和力学原因等，运用目前先进的理论和研究方法，对以往井壁失稳的一些研究成果进行改进、优化，将对解决大情字井井壁失稳问题有着重
要意义。二、国内外研究现状自上世纪40年代以来，国外众多的研究者就己为解决与井壁稳定有关的岩石力学问题做出了大量的努力。这些
研究开始是将力学和化学两方面的问题分开进行的，井着重于纯理论上的定性分析。随后，一些研究人员又从现场应用的角度提出了利用测井资料来
研究井壁稳定的方法。比如斯伦贝谢测井公司从70年代起开始用侧井资料解释地层的力学问题，先后提供了岩石力学性质测井〔MECHPRO)
，力学稳定侧井(MSL)和井眼力学问题系统(IMPACT)等技术。二、国内外研究现状美国得克萨斯大学和英荷壳牌开发公司把化学
作用带来的力学效应加以定量化研究，并将其同纯力学效应结合起来研究井壁稳定问题。提出了化学力学藕合的热弹性比拟法，以及水分子自由能热
动力法，并建立了数学模式。二、国内外研究现状国内学者在将岩石力学理论用于钻井井壁稳定方面的研究起步相对较晚。80年代初期，岩
石力学的研究主要是定性或定量地描述地层蠕变对套管产生的破坏作用;到90年代，在井壁稳定方面的研究有了很大的发展，以黄荣樽教授为代表
的国内学者，在吸收国外先进经验的基础上，逐步形成了一整套适合我国油田实际的井壁稳定力学分析理论和方法，不但对直井的井壁力学稳定性进
行分析研究，为岩石力学在井壁稳定分析中的进一步深入应用打下了基础。二、国内外研究现状陈勉等人在深入分析Yew、Chenever
t、Mody模型和大量室内试验的基础上，利用力学和化学耦合的研究方法，提出了新的、更为合理的水化应力模型，首次提出了井壁垮塌周期的
定量计算方法。对大斜度井和水平井的井壁力学稳定性问题作了深入研究，其井壁稳定性模型在Aadnoy模型的基础上又附加了井壁渗透性因素
和考虑了两个水平地应力不相等的情况，并指出井壁渗透性对坍塌压力的计算影响不大，但对计算破裂压力有较大的影响。针对我国西部油田山前构
造大倾角地层的特点金衍等人建立了井壁稳定的弱面模型，并在塔北地区得到了成功的应用；并将快速Lagrange元分析方法应用于软泥岩盐
膏地层的缩径预测中，其预测结果与现场实测结果十分吻合。二、国内外研究现状测井资料（声波、密度、自然伽玛等）在一定程度上能够反应
地下岩石的特性，比如声波测井由于声波在岩石中的传播速度不同能够反映岩石的密度、孔隙度、结构强度等力学特性。并且由于测井仪器能够下入
井底，所以测井数据在一定程度上能够反映出地下岩石和地层的真实状态。目前，利用声波（结合密度、自然伽玛等）测井资料确定岩石的弹性模量
、泊松比、单轴抗压强度、粘聚力、内磨擦角等参数，已经有了一些相对成熟的公式，应用较广泛。国内学者根据地质力学、多也弹性介质力学、岩
石力学及声学理论，对井壁围岩受力状态、地应力的测量技术、岩石强度的测量方法，以及泥页岩水化应力的计算方法等进行了系统的研究和分析。
二、国内外研究现状（1）形成了一套完善的室内声发射Kaiser实验与现场水力压裂试验相结合的地应力测试技术。并针对不同构造应
区域的地质运动特点，建立了分层地应力计算模型，结合测井资料的解释及处理，可求出全井段各地层的三个主应力。（2）形成了一套岩石强度
参数测定技术。建立了利用人造泥页岩岩芯或露头岩芯，通过强度对比试验及测井资料解释来确定泥页岩强度参数的新方法。（3）通过大量室内
岩石动、静弹性参数及强度参数的同步测试，建立了泥页岩动、静态参数间的相互关系，以及泥页岩强度参数与其声波速度、泥质含量及密度之间的
相对关系。形成了一套利用测井资料求算泥页岩弹性参数及强度参数的新技术。二、国内外研究现状（4）利用多孔介质力学理论，对井壁围
岩的受力状态进行了分析计算，并结合岩石破坏准则，推导了地层坍塌压力与破裂压力的计算模型。在模型中综合考虑了地层渗透性、岩石非线性变
形性质、井斜角、方位角对井壁受力状态的影响。（5）研究了盐层和含盐软泥岩的塑性变形与温度、井深、封闭压力、压差、地应力、时间、盐
岩厚度及盐岩组分等因素之间的关系，建立了盐岩和含盐软泥岩粘弹性流变的本构方程，绘制了控制盐岩收缩率的钻井液密度图版，为顺利钻进盐岩
和含盐软泥岩提供科学依据。二、国内外研究现状二十世纪九十年代末期，陈勉、金衍等人首次建立了井壁稳定的钻前预测问题相关预测模型。
在相似构造井壁稳定分析理论基础上，研究了利用测井数据分层的方法，建立了地震层速度偏差的修正模型，利用趋势面理论建立了地层层速度单因
素钻前预测井壁稳定性模型，利用神经网络理论建立了地震层速度智能钻前预测井壁稳定性模型，这三个模型在较为成功解决了塔里木油田、大港油
田等数十口深井、超深井的钻前泥浆密度预测确定难题，为成功钻进打下了基础。三、研究内容1、大情字井地区井眼失稳的类型及原因分析
1．1井眼失稳的类型1．2井眼失稳的力学因素分析1．3井眼失稳的化学因素分析1．4钻井工程因素2、井壁稳定的力学研究2．
1垂直井眼围岩应力分析2．2水平地应力引起的应力分布2．3渗透压及半透膜效应的影响3、井壁稳定力学模型与钻井液密度窗口研究
4、克服大情字井地区井壁失稳的对策和措施研究四、技术路线资料收集整理——井眼失稳理论方法对比分析——大情字井地区井眼失稳情况
调研——大情字井地区井眼失稳的原因分析——大情字井地区井眼稳定模型建立——现场应用验证——整理完善，编写论文五、时间安排2004年10月——2005年1月资料收集、整理，理论方法学习2005年2月——2005年6月大情字井壁失稳的原因分析，井眼失稳的力学模型和钻井液密度窗口研究2005年7月——2005年11月大情字井壁失稳的对策研究及现场验证2005年12月——2006年4月整理完善，编写论文 |
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