浅析钻孔护壁的基本原理

彭明明　柴新军

摘要：随着科学技术的发展，国内地质钻探也正如火如荼的开展着。然而，钻孔越多，遇到的钻探问题也随着而来。为了不影响钻探进度，减少施工过程中遇到的突发事件，降低工程成本，对钻孔护壁进行有效的堵漏是非常必要的。

关键词：原因；类型；平衡条件；护壁

一、引言

钻探过程中，经常会遇到喀斯特地形以及一些裂隙发育地层，或者在钻进过程中破坏了岩石的力学性质，导致地层压力发生变化，这些都会使得钻孔发生失稳现象。这一现象的发生，会导致其他钻探事故的发生（比如烧钻、卡钻等），钻井液流失，严重时还会导致塌孔、甚至钻孔报废。因此，为了减少钻探事故的发生率，降低钻探成本，有必要对钻孔进行护壁。这就要求我们必须掌握相关的基本原理。

二、孔壁失稳的原因

造成孔壁失稳的因素，主要是孔壁周围岩石受力不平衡。孔壁周围岩石主要承受静液柱压力、上覆岩石压力、地层压力的作用，在岩土体中进行钻孔后，钻孔周围原岩应力的平衡状态受到破坏，发生变化。在钻井液的作用下，孔壁岩石的应力再次得到平衡。但当钻井液的参数性能发生改变时，钻孔岩石应力又将失去平稳，这就导致了钻孔孔壁的失稳。

三、孔壁失稳的类型

1、脆性岩层。当钻孔孔内液柱压力大于地层压力时，由于脆性岩层不具有弹性缓冲，液柱压力对孔壁产生压力，压裂岩层，造成孔壁破坏。而当孔内液柱压力小于地层压力时，岩层将向孔洞释放压力，孔壁岩石因外界缺少抵抗压力，向孔内发生突出变形，形成孔壁坍塌。

2、塑性岩层。在易产生塑性流动的岩层钻进时，孔内液柱压力不足，或者未采用有效抑制地层膨胀的添加剂时，由于地层沿孔内径向压力大于孔内钻井液液柱压力，导致孔壁岩层向孔内径向变形，引发孔径缩小，造成钻孔缩径以及卡钻等相关事故。

四、稳定孔壁的基本原理

根据孔壁失稳的机理，要稳定孔壁，可以从不稳定孔壁的特点出发，针对以下三个方面采取相关的技术措施进行处理：（1）根据孔壁岩层的力学性质，建立孔内液柱与岩层之间的压力平衡，以实现钻进过程中的平稳钻进。（2）根据不同岩层失稳的特征，采用不同的护壁材料，调整其组成和参数，达到保护孔壁的目的。（3）选用优质钻井液，采用合理的钻进技术，尽可能的减少钻进过程中破坏压力平衡，确保孔壁的稳定。

1、孔壁岩层受力情况

欲稳定钻孔孔壁，压力平衡是最有效的方法。想要建立钻孔——地层间的平衡压力，首先就要了解钻孔和地层之间的压力类型。除了静液柱压力（Pw）、上覆岩层压力（P0）和孔隙压力（PP）三种主要压力外，还有以下几种压力：a、钻井液环空压力，b、激动压力，c、泥页岩的表面水化力，d、渗透水化力等。由于各种压力的不同作用，在建立平衡时，要注意钻孔静止时、开钻时和起下钻时的各种压力。

2、孔壁稳定的平衡条件

为建立以上这些平衡条件，我们可以改变一些主观上可以调整的参数性能，如静夜柱压力、环空压力、激动压力等，调整方法：①调整钻井液密度和含盐量。②选择抑制性的泥浆体系，调节其组成和配方。③调节钻井液的粘度、切力、滤失量等。

孔壁压力平衡之后，还需要进行一些护壁措施。正确选用防塌方法和防塌泥浆的类型，有利于控制孔壁的稳定。近几年，随着有机高分子聚合物的应用，防塌的理论和新型防塌泥浆的应用，有了很大的发展。

五、结论

对于预防孔壁稳定，首先就是要进行压力平衡条件分析，这样才能减少孔壁破坏发生的可能性。但是，由于地层的复杂性和钻进过程中的技术措施和操作，当压力平衡条件满足时，钻孔孔壁也可能发生破坏，所以，在钻进比较容易发生孔壁破坏的地方，要提高注意。（作者单位：东华理工大学）

参考文献

[1]汤凤林.《岩心钻探学》.中国地质大学出版社.2009年10月1日.

[2]毛洪江.地质钻探中的井漏及堵漏材料研究.西北地质.2010年第43卷第3期.

[3]任杭洲，民元，路艳.城1井充（氮）气欠平衡钻井技术应用.化学工程与装备.2011年第2期.