離石張家莊村煤礦塌陷?井塌原因 國内外許多學者通過分析研究和大量實際考察，認為在岩層性質上，可能出現不穩定的岩層最主要有頁岩、岩鹽及不膠結的岩石（如所謂“流砂層”或斷裂帶中的一些不膠結松散的岩層），但最常遇到的是頁岩，故認為井塌的問題實際上是頁岩不穩定的問題井壁不穩定主要表現為泥頁岩的膨脹、剝落、坍塌，泥頁岩中的粘土礦物水化是造成井壁不穩定的因素，我來為大家科普一下關于離石張家莊村煤礦塌陷?以下内容希望對你有幫助!

離石張家莊村煤礦塌陷

井塌原因

國内外許多學者通過分析研究和大量實際考察，認為在岩層性質上，可能出現不穩定的岩層最主要有頁岩、岩鹽及不膠結的岩石（如所謂“流砂層”或斷裂帶中的一些不膠結松散的岩層），但最常遇到的是頁岩，故認為井塌的問題實際上是頁岩不穩定的問題。井壁不穩定主要表現為泥頁岩的膨脹、剝落、坍塌，泥頁岩中的粘土礦物水化是造成井壁不穩定的因素。

1. 井塌的内在原因

1）泥頁岩所含粘土礦物

泥頁岩中一般含有蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石等粘土礦物。此外還有石英、長石、方解石、石灰石等。粘土礦物含量越多，發生地層坍塌的可能性愈大。蒙托石吸水膨脹率高達90%~100%，而伊利石吸水膨脹率僅有2.5%，混層礦物吸水膨脹率按蒙脫石所占的比例多少而定，比例大者吸水膨脹較大。粘土礦物膨脹能力的順序為蒙脫石〉混層礦物〉伊利石〉高嶺石〉綠泥石。由于粘土礦物吸水膨脹産生的壓力，若不加以抑制，則會大大的超過岩石的膠結強度極限而引起井塌。

2）可溶性鹽

頁岩中若含有兩種可溶性鹽類，可能會由于鹽在鑽井液中的溶解使頁岩失掉支撐而塌落井中。

3）地層水平應力作用

在造山運動中引起的地層隆起而造成的構造，随着地質年代的變遷，岩石礦物轉化時常會産生水平應力，且常常由于此種應力未能得到釋放集聚于岩石中，一旦鑽穿此地層時，應力很快的釋放出來，造成頁岩崩落井中。

4）地層的構造狀态

由于構造運動，地層發生局部或區域的斷裂、褶皺、滑動和崩塌，上升或下降，導緻地層傾角發生變化，若傾角增大，其穩定性變差。

5）高壓油氣層

砂岩油氣層是高壓的，井眼鑽穿之後，在壓差的作用下，地層的能量沿着阻力最小的砂岩與泥頁岩的層面釋放出來，使交界面處的泥頁岩坍塌。

6）泥頁岩孔隙壓力異常

泥頁岩有孔隙，由于溫度、壓力的影響，使粘土表面的強結合水脫離形成自由水，在封閉的環境内，多餘的水排不出去，在孔隙内形成高壓。一些生油岩生成的油氣運移不出去，也會在裂隙和孔隙内形成高壓。鑽開時，由于負壓低會引起坍塌。

7）地層側壓力及溫度

地層側壓力等于地層的覆蓋壓力和泊松比的乘積，當地層側壓力大于井壁岩石的屈服極限時，岩石向井眼内部産生位移而發生井塌。另外，如果底層溫度達到某一數值時，岩石中所含的粘土礦物發生轉化，一般情況在3000~5000m時，蒙脫石開始轉化成伊蒙混層，在進一步轉化成伊利石。

2. 井塌的外在原因

1）鑽井液濾液的大量浸入

當鑽開易塌岩層時，岩層中所含的粘土礦物就會從鑽井液中吸收水分或由于壓差的作用時濾液大量侵入，由于粘土礦物的親水性，結果使岩層中所含的粘土礦物水化膨脹而坍塌。

（1）粘土礦物中的水按其存在的狀态分為四種類型：

• 結構水又成化合水，具有固定的配位位置和确定的含量比，隻有在高溫500~9000C或更高下，晶格破壞時才能釋放出來。
• 吸附水又稱束縛水，它在粘土礦物中的含量是不定的，随外界溫度和濕度條件而變，它的排出不影響礦物結構。
• 層間水，它的脫失不導緻結構單元層的破壞。
• 沸石水，它在晶格中占據确定的配位為止，其含量在一定範圍内變化，但不引起晶格的破壞。

（2）粘土礦物水化膨脹機理

• 表面水化膨脹或晶格膨脹：它是由粘土晶體表面外部和中間層吸附單分子水所造成的，在其表面的第一層水是水分子與粘土礦物表面的六角形網格的氧原子形成氫鍵而保持在平面上，而有些水分子連接在六角環的橫向上，并一層接一層連在一起，離開表面愈遠，連接力愈弱，而可交換的粒子以自身的水化把水分子帶給粘土，且可與水分子争奪與粘土晶體表面的連接位置。由于粘土礦物具有親水性，它們易水化、膨脹或破裂，強度降低造成井壁不穩定。
• 滲透水化膨脹：它是由于粘土層表面上所吸附的離子與溶液中的離子濃度差造成的。這種濃度差是表面吸附現象的必然結果。滲透水化的數量大大的超過表面水化數量，粘土在不同離子溶液中的滲透水化量取決于吸附離子的濃度。

１）侵入液的性質

鑽開易塌地層後，除鑽井液濾液的侵入數量産生影響外，濾液性質至關重要。其性質主要是對頁岩的抑制水化特性。在濾液中影響抑制的有：pH值、無機鹽的種類與含量、各種有機處理劑的品種和濃度。

• 濾液的pH值。濾液中所含OH—的濃度對非膨脹性頁岩亦具有分散作用，可導緻頁岩表面積增加，加劇井塌。室内實驗表明：當濾液的pH值超過9.5時，用以浸泡伊利石開始分散，表面積增大，鑽井液的粘度上升，pH值愈高，增速愈快，頁岩的回收率愈低，pH值超過11以後，回收率由65%降至10%左右。
• 無機鹽種類和含量。在鑽井液中常常含有的無機鹽有：鈉鹽、鈣鹽、鉀鹽、铵鹽等，當這些鹽種類的濃度達到一定數值時，都具有一定的抑制粘土水化膨脹的作用，且濃度愈高，抑制性亦愈強，但各種不同的鹽類呈現抑制性的起始濃度相差較大。若當它們的濃度相同時，其抑制強弱順序為K 、NH4 >Ca2 >Na 。因此鉀鹽、铵鹽常被用作組成防塌鑽井液體系的一個組分。
• 各種處理劑：不管什麼類型的鑽井液處理劑，其濾液濃度達到相當高時，大多會呈現對粘土的水化起抑制作用，而隻是不同的處理劑的抑制濃度限不同而已。例如：分散性很弱的鐵路木質素磺酸鹽，當其在濾液中的濃度很高時，亦會呈現抑制性，隻是這個濃度已大大超過鑽井液中的正常适用範圍。而某些處理劑在濃度較低時就具有較強的抑制作用，例如高分子量的聚丙烯酰胺類及一些陽離子型高聚物，這點正是我們在優選防塌鑽井液配方時所涉及到的問題。

２）鑽井液的造壁性與流變性

• 造壁性：造壁性好的鑽井液可在井壁上形成密緻而堅韌的泥餅，減少濾液的侵入量，具有一定的鞏固井壁的作用，因而防塌鑽井液要求HTHP濾失量不大于15mL。
• 流變性：鑽井液在環形空間中呈現紊流對井壁産生較大的沖刷作用，對易塌層十分不利，而在泵排量一定的情況下，鑽井液的粘切愈低易形成紊流，為此，在保證正常所需泵排量的前提下，調節鑽井液粘切，降低對井壁的沖刷作用。

３）鑽具工程的影響

• 鑽具組合不合理：如鑽铤直徑太大，螺旋扶正器過多，鑽具與井壁的間隙太小，起下鑽時易産生壓力激動，導緻井壁失穩。
• 鑽具碰擊井壁，鑽具刺穿等也會引起井塌：若在易塌井段起鑽時，使用轉盤卸扣或者鑽進時轉盤轉速過快都會産生對井壁劇烈碰擊，從而加劇井塌；其次在采用噴射鑽井時，鑽頭停留在易塌地層循環鑽井液時，亦可産生較大的沖刷力而沖塌不穩定地層。
• 井身質量：井身質量不好，全角變化率較大，那麼在鑽井中易出現兩種不利後果，其一是地層應力易于集中，周向應力集合點可能就是頁岩剝落的突破點；其二是在鑽進中，旋轉的鑽具碰擊的幾率和強度會增大，結果必然會加劇井塌。
• 壓力激動過大：有幾種情況可以引起井内壓力波動，起下鑽速度過快，起下鑽“拔活塞”造成井内壓力失衡，起下鑽猛刹猛放，尤其是下鑽完初次開泵，鑽井液靜止時間較長，網狀結構較強，流動阻力很大。如果初次開泵過猛、排量過大造成壓力激動，鑽頭泥包産生抽吸作用，靜切力過大和開泵過猛等，這些都不利于井壁穩定。
• 鑽井液液柱壓力降低：鑽井過程中，由于起鑽不及時灌鑽井液或突發性井漏等可導緻鑽井液液柱壓力大幅度下降，使上部井段液柱壓力減少，在地層側壓力的作用下，松散的岩層向井筒中下方向發生運移，其結果常會由此引起井壁失掉平衡而發生井塌。
• 井斜和方位：鑽井施工過程中（尤其是水平井、大斜度井），井斜和方位控制不合理，位于最大水平主應力方向的井眼容易失穩。
• 井噴：井噴後，鑽井液受到污染，使液柱壓力降低；由于高速油氣流的沖刷，破壞了井壁泥餅，也破壞了周圍薄弱的岩層，造成井壁不穩定。

在鑽遇非泥頁岩地層時也會産生井壁不穩，主要分兩類。一類是井塌，大多發生在岩漿岩、灰岩、煤層，深部硬脆性砂岩與粉砂岩等，而另一類是縮徑，大多發生在高滲透性分散性強的砂岩與粉砂岩、瀝青、含鹽或鹽膏軟泥岩，鹽膏岩等。

非泥頁岩地層井塌主要取決于該地層所受構造應力大小，岩石破碎程度、膠結狀況、充填裂隙的礦物組分。岩漿岩等非泥頁岩地層井塌的原因是所采用的鑽井液密度低于或高于地層坍塌壓力，地層破碎，而鑽井液封堵性能差；地層中存在蒙脫石或伊蒙無序間層礦物，而鑽井液抑制性能差；鑽井液流變性滿足攜屑的要求；鑽井工程措施等原因所引起。

井塌預防措施

1、優化防塌泥漿性能

鑽遇松軟地層時，适當提高泥漿密度、粘切和礦化度，保持低失水。

2．保持泥漿液柱壓力

• 起鑽時連續或定時灌漿，保持井口液面不降或下降不超過5米；
• 停工或測井時，每4小時檢查一次井口液面，液面一旦下降，必須及時向井内灌漿；（場地工負責觀察液面并将觀察結果報告司鑽）；
• 若鑽柱或套管柱下部裝有回壓閥，下管柱時每3柱向管柱内灌泥漿，管柱在井内但未循環泥漿時應視情況定時向管柱内灌泥漿，每次必須灌進、灌滿，防止回壓閥擠毀而使泥漿倒流，把井壁抽垮。（内外鉗工負責記數和觀察灌漿情況,并将觀察結果報告司鑽；錄井工負責觀察泥漿灌液面變化情況，有異常時立即向司鑽報告）；
• 若停泵後立管有回壓，不允許放回水，也不能卸立柱，防止環空液體倒灌而造成環空液柱壓力下降。（司鑽負責觀察立壓，并通知副司鑽不放回水）

3、減少抽吸和激動壓力

• 嚴格控制起下鑽速度，每一柱的行程時間控制在3-4分鐘之間，以減少抽吸和激動壓力（司鑽負責控制）；
• 下鑽時每下500米鑽具應分段循環泥漿，泵壓穩定後再繼續下鑽（司鑽負責控制）；
• 上起鑽具時，井口液面不降或外溢，應立即停止起鑽，循環泥漿，采取措施，消除泥包，若消除不了，應邊循環邊起鑽，起過小井徑井段後再正常起鑽（司鑽負責控制工況，錄井工負責監控泥漿灌液面變化情況，場地工和泥漿工負責觀察井口返出情況，有異常時立即向司鑽報告）；
• 每次開泵時，應先小排量頂通，待泵壓正常後再逐漸提高排量（司鑽控制，副司鑽在泵房協助，錄井工負責監控泥漿灌液面變化情況，場地工和泥漿工負責觀察井口返出情況，并及時向司鑽報告觀察結果）。
• 鑽進時盡可能降低循環壓力，以免壓漏地層；

井塌的判斷

1、鑽進過程中發生井塌

井下發生輕微坍塌時，返出鑽屑明顯增多，振動篩處有許多棱角分明的片狀岩屑，如果坍塌層是正鑽地層，則鑽進困難，泵壓上升、扭矩增大，鑽頭提起後，泵壓下降至正常值，但鑽頭放不到井底；如果坍塌層在正鑽層以上，則泵壓升高，鑽頭提離井底後，泵壓不降，且上提遇卡，下放遇阻，甚至井口返出量減少或不返。出口處可見棱角分明的岩塊和失去棱角的岩屑（司鑽觀察泵壓、扭矩、懸重、鑽壓、進尺，副司鑽觀察泵房泵壓，錄井工負責監控鑽頭位置和泥漿灌液面變化情況，場地工和泥漿工負責觀察井口返出砂子，各路及時向司鑽報告觀察結果）。

2、起鑽時發生井塌

起鑽時，上提遇卡，下放遇阻，阻力忽大忽小，但呈逐漸增加之勢；鑽具可以轉動，但扭矩增加；上提鑽具時，有時伴有井口液面不降或外溢現象；開泵時泵壓上升，懸重下降，井口流量減少甚至不返，停泵時有回壓，鑽杆内反噴泥漿（司鑽觀察懸重、鑽壓、扭矩、泵壓，副司鑽觀察泵房泵壓，錄井工負責監控鑽頭位置和泥漿灌液面變化情況，場地工和泥漿工負責觀察井口泥漿和返出砂子的情況，内外鉗工觀察鑽杆内泥漿液面，各路及時向司鑽報告觀察結果）。

3、下鑽時發生井塌

井塌發生後，下鑽時可能遇阻，也可能不遇阻，但井口不返泥漿，或鑽杆内反噴泥漿；若能正常開泵，說明鑽頭在坍塌層之上；若開泵時泵壓升高，懸重下降，井口返出量減少或不返，但當鑽頭上行一段距離後，則一切恢複正常，說明鑽頭在坍塌層之中或之下。循環時出口處可見棱角分明的岩塊和失去棱角的岩屑（司鑽觀察懸重、鑽壓、泵壓，副司鑽觀察泵房泵壓，錄井工負責監控鑽頭位置和泥漿灌液面變化情況，場地工和泥漿工負責觀察井口泥漿和返出砂子的情況，内外鉗工觀察鑽杆内泥漿液面，各路及時向司鑽報告觀察結果）。

4、劃眼

劃眼時經常蹩泵、蹩鑽，鑽頭提起後放不到原來位置，甚至越劃越淺，比正常鑽進困難得多，甚至劃出新眼。劃眼過程中，雖然阻力和扭矩都不大，但泵壓忽大忽小，有時會突然升高，懸重也随之下降，井口流量忽大忽小，有時甚至不返泥漿，從返出的岩屑中可見大量棱角分明的岩塊（司鑽觀察懸重、鑽壓、泵壓、扭矩，副司鑽觀察泵房泵壓，錄井工負責監控鑽頭位置和泥漿灌液面變化情況，場地工和泥漿工負責觀察井口泥漿和返出砂子的情況，各路及時向司鑽報告觀察結果）。

井塌的處理措施

1、無論何種工況，隻要發現有井塌現象，開泵時隻許用小排量頂通（調轉速或拆1-2個凡爾），然後逐漸增加排量，中間不允許停泵（司鑽實施，副司鑽在泵房協助，錄井工負責監控鑽頭位置和泥漿灌液面變化情況，場地工和泥漿工負責觀察井口泥漿和返出砂子的情況，井架工負責記錄，井架工上二層台時内鉗工負責記錄，各路及時向司鑽報告觀察結果）；

2、若小排量頂不通，泵壓上升至接近地層漏失壓力值1MPa時，井口仍不返泥漿，則不可繼續擠入泥漿，隻能摘泵，待壓力降低後再反複試頂、蹩壓，全過程最高泵壓不得超過地層漏失壓力（司鑽實施，副司鑽在泵房協助，錄井工負責監控鑽頭位置和泥漿灌液面變化情況，場地工和泥漿工負責觀察井口泥漿和返出砂子的情況，井架工負責記錄，各路及時向司鑽報告觀察結果）；

3、如果反複試頂後仍不能恢複循環，而鑽具尚能活動，應立即起鑽；即使起鑽時有不少阻力（注意上體拉力，不能提死鑽具），鑽杆内依然反噴泥漿，也絲毫不能遲疑，應盡最大可能上起鑽具，中途不允許嘗試開泵，液面如不在井口，應灌滿泥漿（司鑽實施，副司鑽在泵房協助，錄井工負責監控鑽頭位置和泥漿罐液面變化情況，場地工和泥漿工負責觀察井口泥漿返出情況，内外鉗工觀察井口泥漿液面，井架工負責記錄，井架工上二層台時内鉗工負責記錄，各路及時向司鑽報告觀察結果）。

4、下鑽過程中發生井塌，應立即停止下鑽，開泵循環通井或劃眼，待泵壓正常、砂子循環幹淨，井下暢通無阻後，再繼續下鑽（司鑽臨機決斷、實施，副司鑽在泵房協助，錄井工負責監控鑽頭位置和泥漿罐液面變化情況，場地工和泥漿工負責觀察井口泥漿返出情況，内外鉗工觀察井口泥漿液面，井架工負責記錄，井架工上二層台時内鉗工負責記錄，各路及時向司鑽報告觀察結果）。

5、起鑽過程中發生井塌，應立即停止起鑽，開泵循環泥漿，待泵壓正常，砂子循環幹淨，井下暢通無阻，鑽柱内外壓力平衡後，再繼續起鑽（司鑽臨機決斷、實施，副司鑽在泵房協助，錄井工負責監控鑽頭位置和泥漿罐液面變化情況，場地工和泥漿工負責觀察井口泥漿返出情況，内外鉗工觀察井口泥漿液面，井架工負責記錄，井架工上二層台時内鉗工負責記錄，各路及時向司鑽報告觀察結果）。

6、通井劃眼時，堅持一通二沖三劃眼通過，防止劃出新眼（司鑽控制）。

7、若循環時垮塌物帶不出來，可采取如下辦法：

• 起鑽前，在坍塌井段打入封閉液，以減緩坍塌，并阻止砂橋形成；
• 循環時可加入一段高粘高切泥漿清掃井底和井筒；
• 使用高屈服值高動塑比的泥漿。

井塌卡鑽的處理措施

1、井塌卡鑽發生後，若尚能小排量循環，則必須耐心循環活動鑽具，循環時必須控制進口流量與出口流量的基本平衡。在循環穩定之後，逐漸提高粘切，以提高攜砂能力，然後逐漸提高排量，争取把砂子帶出（司鑽實施，副司鑽在泵房協助，錄井工負責監控鑽頭位置和泥漿灌液面變化情況，場地工和泥漿工負責觀察井口泥漿返出情況，井架工負責記錄，泥漿工程師負責調節泥漿性能，各路及時向司鑽報告觀察結果）。

2、井塌卡鑽發生後，若小排量可以循環，但提高排量就漏，返出量不增加，停泵後，泥漿反吐不止，這時要痛下決心倒扣，千萬别等（井隊實施，錄井工負責監控鑽頭位置和泥漿灌液面變化情況，場地工和泥漿工負責觀察井口泥漿返出情況，井架工負責記錄，各路及時向司鑽報告觀察結果）。

3、井塌卡鑽發生後，若不能頂通循環泥漿，應立即着手倒扣套銑。即使能夠轉動，上下也有一定活動空間，但是活動距離越來越小，轉動扭矩越來越大，此時不應強轉，要嚴格控制扭矩，為倒扣創造條件（鑽井隊決策）。

4、井塌卡鑽發生後，卡點會迅速上移，卡實程度快速增加，此時各崗位均應在第一時間進行決策和準備。

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