提高鉆速問題
盡管井有各種各樣的類型,但所有的井在鉆進過程中都將遇到相同的技術問題,我們稱之為基本技術問題。概括起來有五個方面。提高鉆速的本質,是高效破巖,快速形成井眼。鉆速提高,就意味著鉆井周期縮短,鉆井成本跟著下降。所以,如何不斷地提高鉆速,這是鉆井技術發展的永恒主題之一。
高效破巖的首要條件是要有與地層巖石相匹配的高效鉆頭。其次,要給鉆頭供給足夠的用于破巖的能量,以及合理的鉆進參數。
第三,要有高效的清洗井底和攜帶巖屑技術,及時地把鉆碎的巖屑沖離井底并運送到地面上來。從鉆井技術誕生以來,人們就是沿著這個思路,不斷地進行研究和革新,使鉆速不斷提高。井壁穩定問題井壁上的巖石,在井眼鉆出之前是在周圍巖石的高壓作用下,處在靜力平衡狀態。在井眼鉆出之后,井壁巖石的一側失去了原來巖石的壓力支撐,另一側貝}J仍保持著原來的壓力。于是,井壁巖石處在不穩定狀態。井壁巖石不穩定的首要因素是地層巖石的特性。脆性的或膠結不好的巖石,將發生掉塊坍塌,使井眼擴大,形成“大肚子”。
塑性地層在地層壓力作用下,將向井眼內流動,使井眼縮小,形成“細脖子”。導致井壁不穩定的第二個因素,是鉆柱和鉆頭在井眼內的運動。鉆柱的旋轉,將對井壁產生劇烈的碰撞和切向摩擦;起下鉆和劃眼過程中鉆頭和鉆柱的軸向運動,將對井壁巖石產生軸向摩擦和刮擦。
第三個因素是鉆井液中的水與井壁巖石相互作用,會使一些井壁巖石(例如泥頁巖)水化膨脹,或者造成井眼縮小,或者因水化而強度降低,導致井壁坍塌。塑性地層產生縮徑,造成井壁不穩定。此外,地層被鉆開后,鉆井液的濾液進入地層,引起地層孔隙壓力增高,巖石強度降低,加劇了井壁不穩定性,另一方面一些地層遇鉆井液發生水化膨脹(如泥頁巖)、蠕變(如鹽膏層等,從而導致縮徑等問題。所以,鉆井液使用不當,將會大大加劇井壁的不穩定。我們知道,巖石是具有一定強度的。所以當井眼剛鉆開后,井壁巖石處在不穩定狀態,但不會馬上垮塌或縮徑,而是處在暫時穩定的狀態。巖石強度不同,維持這個暫時穩定的時間長短是不同的,甚至差別是很大的。
這個暫時穩定的狀態,就給鉆井工作者提供了解決井壁不穩定問題的時間。鉆井工作者的任務,首先就是要在鉆進過程中,想方設法延長這個暫時穩定的狀態,確保鉆完預定的井眼長度。完成這個任務,主要靠鉆井液。
鉆井液具有一定的密度,因而具有一定的液體壓力,可以對井壁巖石提供一定的支撐力。能夠維持井壁巖石不發生坍塌的鉆井液壓力,稱為坍塌壓力。顯然,巖石不同,坍塌壓力也是不同的。保持井壁巖石的暫時穩定,不僅需要有合適的鉆井液密度提供足夠的坍塌壓力,而且還要針對井壁巖石的特性,配制恰當的鉆井液成分和性能,盡可能減小對井壁巖石的水化作用。
顯然,鉆井液是對付井壁不穩定問題的一大法寶。但是這個法寶不是萬能的。地層巖石是多樣的、極其復雜的,一種鉆井液不可能同時應付多種不同特性的巖石。在這種情況下,就需要使用第二個法寶—下套管固井。在井眼內下入鋼管,并在鋼管和井壁之間的環形空間注入水泥漿,使鋼管與地層形成一個整體,人為地建立一個鋼管井壁。