尽管井有各种各样的类型,但所有的井在东莞钻井过程中都将遇到相同的技术问题,我们称之为基本技术问题。概括起来有五个方面。提高钻速的本质,是高效破岩,快速形成井眼。钻速提高,就意味着钻井周期缩短,钻井成本跟着下降。所以,如何不断地提高钻速,这是钻井技术发展的永恒主题之一。
高效破岩的首要条件是要有与地层岩石相匹配的高效钻头。其次,要给钻头供给足够的用于破岩的能量,以及合理的钻进参数。
第三,要有高效的清洗井底和携带岩屑技术,及时地把钻碎的岩屑冲离井底并运送到地面上来。从钻井技术诞生以来,人们就是沿着这个思路,不断地进行研究和革新,使钻速不断提高。井壁稳定问题井壁上的岩石,在井眼钻出之前是在周围岩石的高压作用下,处在静力平衡状态。在井眼钻出之后,井壁岩石的一侧失去了原来岩石的压力支撑,另一侧贝}J仍保持着原来的压力。于是,井壁岩石处在不稳定状态。井壁岩石不稳定的首要因素是地层岩石的特性。脆性的或胶结不好的岩石,将发生掉块坍塌,使井眼扩大,形成“大肚子”。
塑性地层在地层压力作用下,将向井眼内流动,使井眼缩小,形成“细脖子”。导致井壁不稳定的第二个因素,是钻柱和钻头在井眼内的运动。钻柱的旋转,将对井壁产生剧烈的碰撞和切向摩擦;起下钻和划眼过程中钻头和钻柱的轴向运动,将对井壁岩石产生轴向摩擦和刮擦。
第三个因素是钻井液中的水与井壁岩石相互作用,会使一些井壁岩石(例如泥页岩)水化膨胀,或者造成井眼缩小,或者因水化而强度降低,导致井壁坍塌。塑性地层产生缩径,造成井壁不稳定。此外,地层被钻开后,钻井液的滤液进入地层,引起地层孔隙压力增高,岩石强度降低,加剧了井壁不稳定性,另一方面一些地层遇钻井液发生水化膨胀(如泥页岩)、蠕变(如盐膏层等,从而导致缩径等问题。所以,钻井液使用不当,将会大大加剧井壁的不稳定。我们知道,岩石是具有一定强度的。所以当井眼刚钻开后,井壁岩石处在不稳定状态,但不会马上垮塌或缩径,而是处在暂时稳定的状态。岩石强度不同,维持这个暂时稳定的时间长短是不同的,甚至差别是很大的。
这个暂时稳定的状态,就给钻井工作者提供了解决井壁不稳定问题的时间。钻井工作者的任务,首先就是要在钻进过程中,想方设法延长这个暂时稳定的状态,确保钻完预定的井眼长度。完成这个任务,主要靠钻井液。
钻井液具有一定的密度,因而具有一定的液体压力,可以对井壁岩石提供一定的支撑力。能够维持井壁岩石不发生坍塌的钻井液压力,称为坍塌压力。显然,岩石不同,坍塌压力也是不同的。保持井壁岩石的暂时稳定,不仅需要有合适的钻井液密度提供足够的坍塌压力,而且还要针对井壁岩石的特性,配制恰当的钻井液成分和性能,尽可能减小对井壁岩石的水化作用。
显然,钻井液是对付井壁不稳定问题的一大法宝。但是这个法宝不是万能的。地层岩石是多样的、极其复杂的,一种钻井液不可能同时应付多种不同特性的岩石。在这种情况下,就需要使用第二个法宝—下套管固井。在井眼内下入钢管,并在钢管和井壁之间的环形空间注入水泥浆,使钢管与地层形成一个整体,人为地建立一个钢管井壁。
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