徐从林 刘娅飞

（中国石油集团渤海钻探工程有限公司第二钻井工程分公司，河北廊坊 065000）

摘 要：井壁坍塌问题是石油钻井工程中经常遇到的复杂情况，保持井壁稳定具有十分重要的意义。井壁失稳破裂后若不能正确处置，就可能引起井眼压力降低发生溢流，或者导致井塌，甚至有井喷的危险，严重影响钻井速度和效益，阻碍油田勘探开发。吐哈油田温米区块储气库井井壁失稳坍塌较严重，严重影响生产进度，造成巨大浪费。由于定向井、水平井特殊的井身结构，井壁稳定问题在这些井中显得更加突出。基于此，本文根据吐哈油田地层特征，详细分析井壁失稳坍塌的各种原因，结合生产实践制定预防措施。

关键词：井壁坍塌；应力；地层岩性；钻井液性能；工程操作

中图分类号：TE254 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2025）01-0007-03

0引言

在钻井作业中，钻遇泥页岩、砂岩、砾岩、煤层、岩浆岩、灰岩等都可能发生井壁坍塌，但90%以上的坍塌发生在泥页岩地层，缩径一般在盐膏层、浅层泥岩和渗透性较高的砂岩发生。吐哈油田地壳运动剧烈，断层多，地层复杂，纵观油田已完成井情况，施工中井壁失稳坍塌比较普遍，曾发生多起钻井事故，严重威胁着井下安全，制约着钻井速度的进一步提高。要彻底解决此类问题，必须根据吐哈油田地层特征，详细分析井壁失稳坍塌的各种原因，结合生产实践制定预防措施。

1井壁坍塌原因分析

井壁稳定性较差是由于钻井液和钻具在地层中作用，压力超过井壁岩层承受强度，以及钻井液与井壁地层岩石矿物发生物理化学作用，加大坍塌压力、降低破裂压力等引起井壁失稳。吐哈地区频繁的造山运动使得地层比较复杂，在构造应力的作用下地层坍塌压力比较大，这是井壁失稳的主要原因再加上钻井液性能差、操作措施不当，进一步加剧了井壁坍塌[1]。

1.1应力的影响

地层被钻开之前，地下的岩石受到上覆压力、水平方向应力和孔隙压力的作用，处于应力平衡状态。当井眼被钻开后，井内钻井液作用于井壁的压力取代了所钻岩层原先对井壁岩石的支撑，破坏了地层和原有应力平衡，引起井壁周围应力的重新分布如井壁周围岩石所受应力超过岩石本身的强度而产生剪切破坏，对于脆性地层就会发生坍塌，井径扩大而对于塑性地层，则发生塑性变形，造成缩径。井壁发生剪切破坏的临界井眼压力被称为坍塌压力，此时的钻井液密度称为坍塌压力当量钻井液密度。

1.1.1影响地层的坍塌压力因素

（1）地应力影响。由于地质构造运动等原因使地壳物质产生内应力效应，这种应力称为地应力。地应力是造成井壁岩石破坏的根本力源。井壁总是沿着最小地应力方向坍塌，其坍塌压力不仅与地应力大小有关，随地应力的增大而增大，而且还与地应力的非均匀性有关，随着地应力非均匀系数的增加而增加。

（2）地层强度影响。地层坍塌是由于井壁岩石所受到的应力超过岩石强度而引起的，因而坍塌压力与地层强度密切相关。地层的坍塌压力随地层强度的系数和内摩擦角的增大而下降[2]。

（3）地层渗透性影响。如是渗透性地层，钻井液就会向地层渗透而产生渗透压力，导致井壁周围的孔隙压力发生变化，从而引起地层的坍塌压力增大。

（4）地层破碎程度影响。地层层理裂隙越发育越破碎，钻井液容易进入，进入深度亦越大，造成坍塌压力增高，井壁亦更易坍塌。

（5）钻井液的组成与性能的影响。钻井过程中，当钻井液与井壁地层接触，会产生非常复杂的物理、化学作用，最终导致地层坍塌压力增高。

吐哈储气库的井也由于多种因素影响造成地层易坍塌。而在实钻中，坍塌相对比较严重的井眼钻井液密度提高后复杂程度减轻在完井电测井径数据中，密度提高前井径扩大率比较大，提高后明显减少按照完井电测提供的井径数据所计算的水泥浆量固井施工，声幅电测水泥面却比预计高返许多，这主要是由于电测所得井径是椭圆井眼的长轴直径数据，而固井施工设计是按圆形井筒计算的从电测的双井径上看，大部分区块下部地层的两值差距较大。这些都进一步说明了在地层构造应力作用下坍塌压力过大，是吐哈地区井壁失稳的主要原因。

1.2岩性的影响

断层破碎带、煤层等胶结疏松的地层岩石以及受造山运动的影响产生许多裂痕的硬脆性泥页岩，从钻井液渗入地层驱动力看，钻开地层后钻井液在井筒中与地层孔隙流体间存在化学势差、压差，在这些压力与地层毛细管力综合驱动下，钻井液滤液会渗入地层造成粘土矿物水化膨胀，引起井壁失稳[3]。另外，不稳定地层的坍塌也使在其上的地层岩石失去支撑，稳定性变差。

吐哈地区造山运动强烈，断层比较多七克台以下地层煤层发育好，煤层、泥页岩互层多。这些也是吐哈地区井壁失稳的主要原因。

1.3钻井液的影响

吐哈地区侏罗系齐古组以下地层，岩性以多层大套硬脆性泥页岩为主。泥页岩吸水后，层间膨胀压力增大，降低了泥页岩的强度和刚性，使其微孔隙压力升高。由于地层中泥页岩的成分不均，吸水后内部膨胀应力不一，从而导致硬脆性泥页岩崩裂坍塌，钻井液失水越大，井壁剥落坍塌越严重。另外，泥页岩的吸水失稳与泥浆滤液和地层配伍性有着直接关系，抑制性越差，井下复杂越严重。因此，在吐哈地区钻井施工较差的钻井液性能只能加剧井壁失稳坍塌。

1.4操作的影响

（1）施工中可能出现的钻井液密度降低、井筒泥浆液面下降、抽汲压力等因素使井内压力减小，不能平衡地层坍塌压力，在地应力的作用下岩石破坏，井壁失稳[4]。

（2）钻井施工操作中引起的井内瞬时激动压力有时会很大，井筒压力可能超过地层破裂压力而压裂地层岩石，在井壁表面上产生许多纵向的微裂缝，从而降低井壁表面岩石的强度，促其失稳坍塌[5]。

（3）钻井中钻具的转动、碰撞、甩打，会破坏井壁，加剧地层坍塌。

（4）施工时井眼内可能出现的水力冲刺或环空泥浆紊流冲蚀，均会使井壁失稳坍塌。

在井壁稳定性相对较差的吐哈地区钻井，操作不当，措施不严密，会使井下坍塌更加严重，甚至导致井下恶性事故发生。

2预防措施

2.1控制或减轻井壁坍塌

吐哈地区经历了频繁的地壳运动，但各区块强烈程度不一，构造应力不同，地层坍塌压力因区块而异。有的区块可以通过提高钻井液密度，增大井壁支撑能力，以平衡地层坍塌压力但有的区块坍塌压力过大，采用提高钻井液密度的方法也只能减轻井壁失稳，况且钻井液密度的浮动要受到甲方的限制。因此在采用合适钻井液密度的同时，必须避免人为因素造成井下坍塌。

（1）合适的钻井液密度。理论上讲，钻进中以液柱压力为主的、包括环空压耗以及可允许的抽汲压力、激动压力在内的井筒压力，应介于地层坍塌压力和破裂压力之间。但在吐哈地区实际施工中一般要低于坍塌压力，因此在条件允许的情况下应尽可能提高钻井液密度，减轻井壁失稳坍塌[6]。

（2）采用优质钻井液和良好的钻井液性能。钻遇松软地层时，适当提高泥浆密度、粘切和矿化度，保持低失水[7]。

（3）保持泥浆液柱压力平衡。

（4）平稳开泵，排量从小到大，逐渐恢复正常，避免开泵过猛压裂或憋漏地层。

（5）增强易漏地层的承压能力，认真坐岗，防止因井漏引起井内液面下降，造成井壁坍塌。

（6）减少抽吸和激动压力

2.2处理方法与注意事项

吐哈地区绝大部分区块地层坍塌压力较大，要绝对控制井壁失稳是不现实的，井下或多或少都会出现一些井壁坍塌现象，因而只能根据井下实际情况采取合理的技术措施，确保安全钻井施工。

（1）无论何种工况，只要发现有井塌现象，开泵时只许用小排量顶通（调转速或拆1～2个凡尔），然后逐渐增加排量，中间不允许停泵。

（2）若小排量顶不通，泵压上升至接近地层漏失压力值1MPa时，井口仍不返泥浆，则不可继续挤入泥浆，只能摘泵，待压力降低后再反复试顶、蹩压，全过程最高泵压不得超过地层漏失压力。

（3）如果反复试顶后仍不能恢复循环，而钻具尚能活动，应立即起钻。即使起钻时有不少阻力（注意上体拉力，不能提死钻具），钻杆内依然反喷泥浆，也丝毫不能迟疑，应尽最大可能上起钻具，中途不允许尝试开泵，液面如不在井口，应灌满泥浆。

（4）下钻过程中发生井塌，应立即停止下钻，开泵循环通井或划眼，待泵压正常，砂子循环干净，井下畅通无阻后，再继续下钻。

（5）起钻过程中发生井塌，应立即停止起钻，开泵循环泥浆，待泵压正常，砂子循环干净，井下畅通无阻，钻柱内外压力平衡后，再继续起钻。

（6）通井划眼时，坚持一通二冲三划眼通过，防止划出新眼。

（7）若循环时坍塌物带不出来，可采取如下办法起钻前，在坍塌井段打入封闭液，以减缓坍塌，并阻止砂桥形成循环时可加入一段高粘高切泥浆清扫井底和井筒使用高屈服值高动塑比的泥浆。

（8）调整好钻井液性能，使其具有良好的携带能力和悬浮能力。

3施工井情况

吐哈地区因地层构造应力的影响坍塌压力较大，井壁失稳比较普遍，加上较差的钻井液性能、措施不当、操作不慎，引发严重的井下复杂。通过分析及总结经验，对吐哈井壁失稳有了新的认识和了解，后续施工中采取了一些合理的技术措施，情况大大改观，在杜绝事故的同时，井下复杂逐渐减少。温库平84井后续施工中，经甲方同意钻井液密度提高后，井壁失稳程度明显减轻，复杂减少。

4结语

（1）对于因坍塌压力过大造成的井壁失稳，提高钻井液密度可有效地控制地层坍塌。

（2）防塌泥浆必须具备强抑制、严封堵、低失水、合理钻井液密度等性能。

（3）保持井筒压力相对稳定，尽量减少任何形式的激动和抽汲压力，尽可能减少对井壁的机械和水力破坏，避免人为因素造成井壁失稳，是钻井施工重要的防垮措施。

（4）在构造应力比较大的地区，对井壁失稳而言，控制是相对的，坍塌是绝对的，如何减轻复杂、保证井下安全是钻井工作者必须面对的问题。

参考文献

[1]王中华.国内外钻井液技术进展及对钻井液的有关认识[J].中外能源,2011(1):4860.

[2] 杨小华.提高井壁稳定性的途径及水基防塌钻井液研究与应用进展[J].中外能源,2012(5):5358.

[3] 唐继平,王书琪,陈勉.岩膏层钻井技术[M].北京:石油工业出版社,2004.

[4] 邓金根,张洪生.钻井工程中井壁失稳的力学机理[M].北京:石油工业出版社,1998.

[5] 黄兆稳.浅谈石油勘探钻井过程中井壁坍塌问题[J].中国化工贸易,2012(5):21.

[6] 秦涛.准噶尔盆地中部永进油田超深井井壁稳定钻井液技术[J].天然气勘探与开发,2024(5):8694.

[7]陈新.考虑深部岩体各向异性强度的井壁稳定分析[J].岩石力学与工程学报,2005(16):28822888.

作者简介徐从林（1987—），男，山东临沂人，研究方向钻井工程。

Analysis of the Causes of the Instability and Collapse of the Wellwall of Tuha Gas Storage and the Study of Preventive Measures

XU Conglin,LIU Yafei

(NO.2 Drilling Engineering Company, BHDC, Langfang  Hebei  065000 )

Abstract:The problem of borehole collapse is a complex situation often encountered in oil drilling engineering, and it is of great significance to maintain the stability of the borehole. If the borehole instability and rupture cannot be properly disposed of, it may cause the wellbore pressure to decrease and overflow, or lead to the collapse of the well, and even the danger of blowout, which will seriously affect the drilling speed and efficiency, and hinder the exploration and development of the oilfield. The instability and collapse of the gas storage well in the Wenmi block of Tuha Oilfield are serious, which seriously delays the production progress and causes huge consumption. Due to the special borehole structure of directional wells and horizontal wells, the problem of borehole stability is more prominent in these wells. Based on this, according to the formation characteristics of Tuha Oilfield, this paper analyzes in detail the various causes of borehole instability and collapse, and formulates preventive measures in combination with production practice.

Key words:wellbore collapse;tectonic stress;stratigraphic lithology;drilling fluid performance;engineering operations