1、 井塌的内在原因
1)泥页岩所含粘⼟矿物
泥页岩中⼀般含有蒙脱⽯、伊利⽯、⾼岭⽯、绿泥⽯等粘⼟矿物。此外还有⽯英、长⽯、⽅解⽯、⽯灰⽯等。粘⼟矿物含量越多,发⽣地层坍塌的可能性愈⼤。蒙托⽯吸⽔膨胀率⾼达90%~100%,⽽伊利⽯吸⽔膨胀率仅有2.5%,混层矿物吸⽔膨胀率按蒙脱⽯所占的⽐例多少⽽定,⽐例⼤者吸⽔膨胀较⼤。粘⼟矿物膨胀能⼒的顺序为蒙脱⽯〉混层矿物〉伊利⽯〉⾼岭⽯〉绿泥⽯。由于粘⼟矿物吸⽔膨胀产⽣的压⼒,若不加以抑制,则会⼤⼤的超过岩⽯的胶结强度极限⽽引起井塌。
2)可溶性盐
页岩中若含有两种可溶性盐类,可能会由于盐在钻井液中的溶解使页岩失掉⽀撑⽽塌落井中。
3)地层⽔平应⼒作⽤
在造⼭运动中引起的地层隆起⽽造成的构造,随着地质年代的变迁,岩⽯矿物转化时常会产⽣⽔平应⼒,且常常由于此种应⼒未能得到释放集聚于岩⽯中,⼀旦钻穿此地层时,应⼒很快的释放出来,造成页岩崩落井中。
4)地层的构造状态
由于构造运动,地层发⽣局部或区域的断裂、褶皱、滑动和崩塌,上升或下降,导致地层倾⾓发⽣变化,若倾⾓增⼤,其稳定性变差。
5)⾼压油⽓层
砂岩油⽓层是⾼压的,井眼钻穿之后,在压差的作⽤下,地层的能量沿着阻⼒最⼩的砂岩与泥页岩的层⾯释放出来,使交界⾯处的泥页岩坍塌。
6)泥页岩孔隙压⼒异常
泥页岩有孔隙,由于温度、压⼒的影响,使粘⼟表⾯的强结合⽔脱离形成⾃由⽔,在封闭的环境内,多余的⽔排不出去,在孔隙内形成⾼压。⼀些⽣油岩⽣成的油⽓运移不出去,也会在裂隙和孔隙内形成⾼压。钻开时,由于负压低会引起坍塌。
7)地层侧压⼒及温度
地层侧压⼒等于地层的覆盖压⼒和泊松⽐的乘积,当地层侧压⼒⼤于井壁岩⽯的屈服极限时,岩⽯向井眼内部产⽣位移⽽发⽣井塌。另外,如果底层温度达到某⼀数值时,岩⽯中所含的粘⼟矿物发⽣转化,⼀般情况在3000~5000m时,蒙脱⽯开始转化成伊蒙混层,在进⼀步转化成伊利⽯。