碳酸盐岩井壁坍塌原因分析与认识1

碳酸盐岩井壁坍塌原因分析与认识

摘要塔河油田以奥陶系一间房组和鹰山组为主要开采层段，但是奥陶系上统桑塔木组和石炭系巴楚组交界处存在一小段泥岩段或者高含泥质的灰岩，泥岩中的主要矿物成分为蒙脱石、伊利石和伊蒙石混层，结构较疏松。在钻井、固井及后期的求产的过程中，诸多因素导致井壁坍塌。本文就这一现象，重点分析碳酸盐岩井壁坍塌的影响因素以及后期的防治措施。

关键词碳酸盐岩井壁坍塌处理管柱防治措施

1.前言

目前的大多数的井完钻后采用裸眼射孔和裸眼酸压方式求产，后期的措施处理过程均发现井壁有不同程度的坍塌，2011年全年共计发现106口井壁坍塌，其中十二区块共有70口，占总数的66.04%，平均砂埋70.53m，高于四个区块（六区、七区、十区、十二区）的平均值58.74m，具体见表1。

表1 2011年井壁坍塌的数量分布表

本文将从油藏、工程、后期生产所可能产生的因素进行全面的分析，并提出相对应的治理与防治措施。

2.原因分析

2.1地应力影响

任何一口油气井开钻前原地应力就已存在于地层岩石中，地应力是决定岩石原始应力状态及其变形破坏的主要因素，钻开油层后，井壁附近的岩石的原始应力平衡状态被破坏，造成近井岩石应力集中。在其它条件相同的情况下，油层埋藏越深，岩石的垂向应力就越大，井壁的水平应力相应增大，近井岩石就容易变形和破坏，同时钻井液柱压力取代了被钻岩层提供的支撑，无疑会引起井眼周围的岩石应力的重新分布。这些重新分布的应力可称为沿井眼环向应

力、径向应力、轴向应力。如果这些重新分布的应力超过岩石强度(不管是抗拉强度还是抗压强度)和平衡不了原地应力时，将会导致井壁失稳。改变了井周的应力分布，造成井壁坍塌。

2.2 岩石物性影响

塔河油田奥陶系油藏圈闭类型为地层不整合圈闭，储集层类型为碳酸盐岩岩溶缝洞型，储层的非均质性很强，储层缝洞发育，局部受致密岩性控制具有局部封闭现象。由于裸眼井段地层复杂，奥陶系顶部井壁稳定性差，奥陶系上统桑塔木组和石炭系巴楚组交界处存在一小段泥岩段或者高含泥质的灰岩，泥岩中的主要矿物成分为蒙脱石、伊利石和伊蒙石混层，这些矿物具有两个主要的物理化学特性，即带电性和亲水性(化学性)，容易水化膨胀剥脱掉块并由此引起泥页岩体积膨胀、粘土颗粒分散和岩石强度下降，容易造成地层垮塌。

2.3 压裂作业影响

目前塔河油田碳酸盐岩油藏的油井完井方式采用裸眼、裸眼射孔、裸眼酸压等完井方式，主要影响有以下三点：

①射孔的冲击力和酸压的破裂压力均对井壁造成伤害，地应力发生重新分布，当地应力不平衡时，井壁容易发生坍塌。

②射孔、压裂降低了油层岩石胶结强度，使得油层变得疏松，增加了井壁垮塌的可能性。

③排酸的过程中，由于抽汲作用，进一步加速了井壁垮塌的可能性。

2.4 其他因素的影响

①生产压差变化

流体渗流而产生的对油层岩石的冲刷力和对其的拖拽力是导致其井壁坍塌的重要原因。在其他条件相同时，生产压差越大，流体渗流速度就会越高，则井壁附近流体对岩石的冲刷力就越大以致井壁坍塌。

②油藏能量影响

随着开采年限增加，地层压力下降,裂缝内流体压力降低,使得裂缝间的压应力增大,岩石骨架产生剪切破坏作用,使岩石颗粒受到剪切破坏,骨架容易垮塌。

③固井质量影响

固井质量差，使得套管外水泥环和井壁岩石没有粘在一起，在生产中形成高低压层的串通，使井壁岩石不断受到冲刷，粘土夹层膨胀，岩石胶结遭到破坏，从而导致井壁坍塌。

3.防治措施

3.1 压裂曲线提前预判

前面原因分析中介绍，对于超深井酸压，改变了地层应力的重新分布，后期的排酸抽吸作用加速了坍塌的可能性，通过统计分析，发现酸压井再次上修时均有不同程度的砂埋，具体见表2。

当注水困难时或者地层无产液怀疑井壁坍塌时，若是酸压完井，则可根据前期的酸压曲线是否沟通地层储集体（是否有压降）进行预先判断，如图1，但是

不能根据压降或者最高的泵压大小预测砂埋的程度。

图1 两口出现大规模的压降的压裂井

3.2 处理管柱的优选

当发现砂埋，管柱的选择不当，容易造成处理不动，这样不仅会降低时效，同时也增加了费用，塔河工区常用的管柱组合为三种：①喇叭口/斜尖+油管组合；

②磨鞋/钻头+螺杆钻+油管组合；③磨鞋/钻头+钻具组合；这几种组合各有优缺点，如组合①费用低，但是无粉碎大的岩块的能力，而组合②、③具有粉碎能力，但是费用又过高，在管柱的优选应该根据油井特点及砂埋的程度，做出充分的考虑，根据处理过程的总结分析，笔者一般认为管柱优选应注意以下三方面：

1、确定井内无落物时，排除稠油上返造成“砂埋”的假象，若是稠油段塞引起的，则选择光管柱，将真实砂埋以上稠油段处理干净，再根据试冲情况，决定组下管柱；

2、若是真实的砂埋，或者稠油段塞不长，则根据井身结构选择是否选用钻头+钻具组合；

3、若是井内存在小物件落鱼，或者封隔器胶筒，则应选择大水眼的磨鞋+钻具组合，利用钻具能够传递扭矩，动力强的特点，进行冲洗、钻磨。

3.3 冲砂液的优选

在管柱组合确定后，冲砂液的选择是否得当是决定能否处理干净的重要因素之一。一般来说，冲砂液应遵循三个原则：①具有一定密度，以便形成适当液柱

压力，防止井喷；②具有一定的粘度，以保证具有良好的携砂能力；③配伍性好,不损害油层，并且来源广泛，价格低廉。

塔河工区常用的冲砂液为盐水、泥浆、胍胶液。盐水适用于一般的油井冲砂，即无漏失，井眼尺寸不是很大的油井，而且价格低廉，取材方便，只要保证泵入排量达到要求，冲砂目的层也能达到要求；泥浆具有粘性，这种粘性使其具有悬浮能力及携带能力，特别是针对容易坍塌及漏失严重的油井，在处理的过程中还可以起到一定的造壁作用，防止在处理过程中又出现坍塌，造成卡钻等新的事故，也可以利用其携带能力将岩块从漏失严重的油井中带出来；胍胶液比泥浆具有跟高的粘度，它的携砂能力更强，而且比重不会很大，不容易造成“注水替油”使稠油上返，但是胍胶原料比较稀缺，而且价格非常昂贵，在考虑经济成本下，很少选择使用胍胶液作为冲砂液使用。

3.4 组下防塌管柱

对于那些经常坍塌的油井，如果是由于上部泥岩段造成的，多次处理不仅增加成本，而且对油层的损害比较大，因此，选择合适的防塌管柱是防止坍塌的有效办法。塔河工区常用的防塌工具为尾管悬挂装置，主要原理是将5寸衬管悬挂在7寸套管内，形成有效的“挡板”，通过底部的筛管与油层连通，不会阻碍流油通道，目前在TH12331、TK729、TK649等多个井次应用，效果显著。

3.5 制定合理的油井开采方案

通过生产试验使所确定的生产压差不会造成油井坍塌(控制生产压差)，对于受生产压差限制而无法满足采油速度的油层，要在采取必要的防塌措施之后提高生产压差。而且在生产过程中，开、关井操作要求平稳，尽量不放套管气或缓放,应避免强烈抽汲措施。

3.6 加强监测提前部署

在生产过程中，需要对地层进行生产测井录取地层资料，在此过程中，利用井径数据和钻井时的数据进行对比。若发现扩径的层段，结合生产数据，及时分

析油井的产能变化情况。对于突然减产的油井，很有可能是由于井壁坍塌，掩埋了储层，作出判断及时地进行上修处理，最大限度降低对生产的影响。

4.认识和建议

1、造成碳酸盐岩井壁坍塌的因素主要包括岩石物性、地应力分布、压裂、其他相关因素（油藏能量、生产压差、固井质量）；

2、通过酸压曲线的提前预判、管柱及冲砂液的合理选择、防塌管柱的使用以及生产过程的控制是有效降低处理井壁坍塌的难度和次数；

3、由于部分井奥陶系上部存在泥盆系东河塘组砂泥岩层，建议优化井深结构，钻完井加深7寸套管封固深度，将整个裸露高含泥岩井段进行封固。

参考文献

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