井眼稳定性和钻井安全问题

井眼稳定性对深井和超深井建设至关重要。在德国KTB主井施工中，由于井壁稳定问题，花费了大量时间处理事故和进行侧钻施工。9101m KTB主孔总施工时间为1468天，处理事故和侧钻用时468天，约占总时间的三分之一。施工中主要的井壁稳定问题是井壁坍塌、井壁坍塌和缩径。

引起井壁失稳的因素很多，包括地质因素和工程因素。地质因素主要包括:地质构造类型和地应力(大小、方向和不均匀性)、地层岩性和产状、含粘土矿物类型、弱面的存在和倾角、地层胶结情况、地层强度、裂隙和节理发育情况、孔隙度、渗透率和孔隙中流体压力等。工程因素主要包括:钻井液性能(失水、粘度、流变性、密度)、钻井液组分与地层岩石的化学相互作用(水化和膨胀)、井周钻井液侵入带的深度和范围、井的直径、井的暴露时间、钻井液环空返出速度、对井壁的冲蚀、起下钻的循环动压和波动压力、井眼轨迹形状和钻柱对井壁的摩擦力。

对于超深井钻井，热膨胀对井壁稳定性的影响不容忽视。对于中硬岩石，温度每升高65438±0℃，就会产生0.4MPa的温差应力。对于硬岩，温度每升高65438±0℃，就会产生65438±0 MPa的温差应力。对于一口井深13000m的科学超深井，预测井壁温度变化将超过50℃，井壁上可能产生的温差应力将超过50MPa。

3.9.2超深井井壁稳定和钻井安全科学研究路线图

1)井身结构和套管程序必须以钻井安全为基础，设计依据是地层孔隙压力梯度曲线、地层坍塌压力梯度曲线和地层破裂压力梯度曲线。应开展深井孔隙压力、现今地层应力、地层坍塌压力、破裂压力和井壁稳定性的研究，为钻井设计和钻井液设计提供依据。

2)针对科学超深井可能钻遇的代表性岩石，研究不同温度(400℃)、高压(130MPa)和不同围岩压力下岩石的物理力学性质；研究了高温高压条件下不同温度和压力下钻井液的流变性和密度变化，建立了高温高压钻井液密度变化剖面。这些研究成果将是科学的超深井钻井工程设计的最基础数据，建议尽快立项。

3)科学的超深井所钻地层已经超过沉积岩的深度，大部分属于结晶岩。结晶岩层的地应力状态和力学参数的研究滞后于沉积岩。因此，钻前结晶岩层井壁稳定性预测和当前钻头地层井壁稳定性实时评价是我国实施科学超深钻井急需解决的理论和工程问题之一。

4)尽快开展钻前井壁稳定性预测模型研究。根据给定地层的地震等地球物理资料和附近地区的井眼测井资料，研究了钻前井壁稳定性预测模型，初步建立了科学超深井井位的地层压力剖面、地层坍塌压力剖面、地层破裂压力剖面和钻井液密度窗口，为科学超深井井身结构、钻井液性能和钻井工艺设计提供了依据。

5)开展高陡构造破碎地层和窄密度窗口下的井壁稳定性和钻井安全专项研究，为科学的超深井钻井施工做好技术储备。

6)在实际钻井过程中，对实际的地层压力、地层坍塌压力、地层破裂压力和地层漏失压力“四压力剖面”进行了修正。根据校正结果，及时调整钻井液密度，或采用多密度钻井液技术或精细控压钻井技术，确保井眼稳定和钻井安全。