钻井工程中地层坍塌的原因有哪些？

坍塌卡钻是井壁失稳造成的，是卡钻事故中性质较为恶劣的一种事故。因为处理这种事故的工序复杂，耗费时间多，处理风险大，甚至有全井或部分井眼报废的可能，所以在钻井工程施工过程中应尽量避免这种事故的发生。

地层坍塌的原因：

1、地质方面的原因 

A、原始地层应力的存在。我们知道，地壳是在不断运动的，在不同的部位形成不同的构造应力（挤压、拉伸、剪切），当这些构造应力超过岩石本身的强度时，便产生断裂而释放能量。但当这些构造应力的聚集尚未达到足以使岩石破裂的强度时，它是以潜能的方式储存在岩石之中，当遇到适当的条件时，就会表现出来。此时，地层中任何一点的岩石都受到来自各个方向的应力作用。当地层被钻穿之后，钻井液液柱压力代替了被钻掉的岩石所提供的原始应力，当钻井液液柱压力不能平衡地层的侧向压力时，裸露地层就向井眼内剥落或坍塌。

B、地层的构造状态。处于水平位置的地层其稳定性较好，但由于构造运动，发生局部的或区域的断裂、褶皱、滑动和崩塌、上升或下降，使得本来水平的沉积岩变得错综复杂起来，大多数地层都保持一定的倾角，随着倾角的增大，地层的稳定性变差，60度左右的倾角稳定性差。

C、岩石本身的性质。沉积岩中常见的是泥页岩、砂岩、砾岩、石灰岩等。由于沉积环境、矿物组分、埋藏时间、胶结程度、压实程度不同而各具特性。钻井过程中易坍塌的地层有：未胶结或胶结不好的砂岩、砾岩、砂砾岩；破碎的凝灰岩、玄武岩；节理发育的泥页岩；断层形成的破碎带；未成岩的地层，如煤层、流砂层等。

2、物理化学方面的原因：钻井多是在沉积岩中进行的，而沉积岩中70%以上是泥页岩。泥页岩都是亲水物质，不同的泥页岩其水化程度及吸水后的表现有很大的不同，泥页岩吸水后，强度直线下降，这是泥页岩井段坍塌的主要原因。

3、钻井工艺方面的原因：地层的性质及应力的存在是客观事实，不可改变。所以人们只能从工艺方面采取措施防止地层坍塌，如果对坍塌层的性质认识不清，工艺方面采取的措施不当，也会导致坍塌的发生。例如：钻井液液柱压力不能平衡地层压力；井斜的影响；钻具组合的影响；泥浆液面下降的影响等。



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钻井是利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的圆柱形孔眼的工程。钻井是地质勘探和矿床开发的一个重要环节，钻好的井对石油、天然气来说是沟通油、气层至地面形成油气生产的****通道，也是人们对油、气藏进行观察和施加影响的****通道。钻井有很多种方法，下面由钻井公司介绍常见的钻井方法有哪几种？

1、顿钻。用钢丝绳把顿钻钻头送到井底，由动力机驱动游梁机构，使游梁一端上下运动，并带动钢丝绳和钻头产生上下冲击作用。破碎岩石,又称冲击钻机，是一种古老的钻井方法。顿钻钻机的天车台有3个滑轮，各通过一根钢丝绳,用来下套管、捞砂和起、下钻具。用顿钻钻井，钻进和捞砂必须相间进行。顿钻钻速慢，效率低，不能适应井深日益增加和复杂地层的钻探要求，逐渐被旋转钻代替。但它有设备简单，成本低,不污染油层等优点,可用于一些浅的低压油、气井，漏失井等。所以在美国等国家仍有一定数量的油、气顿钻法钻井，中国陕北延安地区油井和四川自流井地区的盐井，绝大多数是用顿钻法打成的。

2、旋转钻。利用钻头旋转时产生的切削或研磨作用破碎岩石，是当前最通用的钻井方法。比顿钻钻速快，并易于处理井塌、井喷等复杂情况。按动力传递方式，旋转钻又可分为转盘钻和井下动力钻两种：转盘钻在钻台的井口处装置转盘，转盘中心部分有方孔，钻柱上端的方钻杆穿过该方孔，方钻杆下接钻柱和钻头，动力驱动转盘时带动钻柱和钻头一起旋转，破碎岩石。井下动力钻是利用井下动力钻具带动钻头破碎岩石，钻进时钻柱不转动，磨损小、使用寿命短，特别适于打定向井。井下动力钻有涡轮钻、螺杆钻和电动钻等。

3、井下动力钻。利用井下动力钻具带动钻头破碎岩石。特点是钻进时钻柱不转动，磨损小、使用寿命长、特别适于打定向井。井下动力钻有涡轮钻、螺杆钻、电动钻具等。前两种靠高压泥浆驱动，后一种是用电驱动。30年代初苏联首先使用涡轮钻钻井，中国从50年代起先后使用涡轮钻和螺杆钻，主要用于钻定向井。电动钻需要特殊的带电缆的钻柱，尚未大量使用。

4、冲旋钻。把冲旋钻具接在钻头上，利用循环的液体或气体推动冲旋钻具的心轴，使钻头同时以冲击和旋转两种动作破碎岩石。适用于中硬地层。

5、柔杆钻。用钢丝橡胶结构的柔杆代替钻杆，并接以井下动力钻具，用具有大直径滚筒的特殊地面装置起下柔杆，可缩短起下钻时间，并可于起下钻时不停地循环泥浆。柔杆钻井法的工业试验井深已达2330m。

6、冲蚀钻。利用高压（可达1000kgf／cm2以上）驱动带磨料的洗井液，使洗井液通过钻头的耐磨喷嘴时达到200m/s左右的高速，用冲蚀作用破碎岩石。

7、转盘钻。在钻台的井口处装有转盘，转盘中心旋转部分有方孔，钻柱最上端的方钻杆穿过该方孔，方钻杆下接钻柱和钻头。动力机驱动转盘时带动钻柱和钻头一起旋转，破碎岩石，井眼随钻柱不断加长而加深，岩屑随循环泥浆返至地面。



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钻井机的钻进过程

1、在一般情况下，超前钻孔应一次钻完全深。通过超前钻孔钻进，可以进一步探明整个井筒的实际地质情况，摸索钻进经验，验证所采用的钻进参数、泥浆性能参数，以及各项钻井技术措施的实际应用效果，为扩孔钻进提供可靠的技术依据。同时，由于超前钻孔的深度较扩孔的深度深2.5—5.0m，可避免在扩孔钻进时因井下掉落小件物品而需打捞的影响时间。

2、中间的分级扩孔钻进可一次钻完全深，再进行下一级扩孔钻进，也可不钻完全深就改钻下一级钻进，钻至相应深度，再钻进前一级的剩余部分，即交叉扩孔钻进。究竟采用什么样的钻进方式，主要视钻头或钻具准备情况、地质状况或其他有关情况而定，一般对钻井效率无太大影响。

3、一级扩孔直接影响井筒的钻进质量，****也采取一次钻完全深的方法，这样可以缩短冲积层段井帮的维护时问，有利于维护井帮稳定，防止井帮坍塌或减少井帮缩减。

钻井机钻井注意事项

1、水井钻机的操作人员应经过培训合格，并持证上岗。

2、进场设备应满意施工需求，正式发动水井钻机之前要进行试运行试验，并及时陈述运行状态。

3、应编制具体的钻进工序，水井钻机设备要操作规程标准，做好施工记载。

4、钻进过程中未到达规划标高不得回转或许提高钻杆如有特殊情况需求回转或提高钻杆，应将钻杆提至地表，对钻头活门从头疏通，闭合，操作人员应严格操控螺纹钻头下降速度和旋转速度。

5、钻孔开始前，应仔细检查芯管顶部的气眼是不是晓畅、混凝土运送软管是不是接头杰出、是不是有歪曲表象。

6、在成孔过程中，发现钻杆摇晃或进尺缓慢时，要怠慢进尺，避免桩孔偏斜、位移及钻杆、钻具损坏。

7、桩机操作手和现场操控人员要密切配合，首要依据规划需求及补钻地质断面图进行桩长操控及进入持力层的操控。

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