钻井事故处理与预防

常见的钻井事故处理与预防,前言,钻井是一项隐蔽的地下工程，存在着大量的模糊性、随机性和不确定问题。由于对客观情况的认识不清或主观意识的决策失误，往往会产生许多复杂情况甚至造成严重的事故，轻者耗费大量人力、物力和时间，重者导致全井的废弃。据近年来的钻井资料分析，在钻井过程中，处理复杂情况和钻井事故的时间，约占施工总时间的68，一个拥有上百台钻机的油田，一年中就有68台钻机在做无用功。何况资金的消耗并不和时间成比例，而是要大得多，这是多么惊人的浪费。任何一个钻井工作者都不愿和事故打交道，也不乐意看到诸多复杂问题，但事物是相反相成的，不愿意看到复杂问题和钻井事故，这只能是人们的良好愿望。不懂得复杂问题与钻井事故的预防与处理办法的人，一旦碰到了这种问题往往会仓皇失措，举止无着，把小病治成大病，大病治成死病。而懂得复杂问题与钻井事故的预防和处理办法的人，一旦遇到这些问题则会心中有数，采取正确的措施，往往可以化险为夷，转危为安，这是一个成熟的钻井工作者必须具备的条件。 任何事物的发生与发展都有其主客观原因，钻井事故与复杂问题的发生与发展也不例外。因此钻井工作者必须对钻井事故与复杂问题发生发展的主要原因要有一个清晰的认识，一旦出现异常情况时，思想上会有一个正确的判断，行动上也会采取正确的措施。只有这样，在大多数情况下，才可以避免事故的发生，把复杂情况带来的损失降至最低限度。,造成井下事故与复杂情况因素,1、地质因素 钻井的对象是地层，就是要揭穿地层深处的奥秘。而地层结构有硬有软，压力系统有高有低，孔隙有大有小，如果对这些情况没有足够的了解，就难免要发生难以预料的问题。首先我们应该了解设计井的地层孔隙压力、地层破裂压力、地层坍塌压力及一些特殊地层（盐膏、软泥岩）的蠕变应力，作为井身结构和钻井液设计的主要依据。一般地说，在同一个裸眼井段内不能让喷、漏层同时存在，不能让蠕变层与漏层同时存在。如果在井身结构上无法实现上述要求，而且高压层和蠕变层在漏层的下部，那就应对漏层进行预处理，不能盲目向深部钻进。如果高压层或蠕变层下部有低压层或漏失层，那就只好把高压层或蠕变层用套管封掉。其次，对一些特殊地层如在一定温度、压力下发生蠕变的盐岩层、膏盐层、富含水的软泥岩层、吸水膨胀的泥岩层、裂缝发育容易坍塌剥落的泥岩层、煤层及某些火成岩侵人层都应有较详细的了解，因为这些地层是造成井下复杂的主要源。同时对一些地质现象如断层、裂缝、溶洞、特高渗透层的位置及硫化氢、二氧化碳的存在和含量也应有所了解。以上这些资料对打成一口井来说至关重要。但地质部门所提供的比较详细的资料是油气层资料，而对工程上所需要的重要资料则提供不多，或不够详细，甚至有些数据与实际情况相距甚远，即使是已经开发的油田，由于注水开发的结果，地下的压力系统变化很大，也很难以邻井的资料作为主要依据。这就使钻井过程往往不得不打遭遇战，因而复杂情且况屡屡发生。,造成井下事故与复杂情况因素,2、工程因素 由于钻井作业的隐蔽性、复杂性，所以“安全第一”应作为钻井作业的主导思想。但是由于有些人思想认识的模糊或者为某种片面的局部的利益所驱动，或明知故犯，或铤而走险，为钻井事故和复杂问题的发生创造了条件。由于地质资料掌握不全不准，或者虽有可靠地质资料而未严格地按科学方法进行井身结构设计，使同一段裸眼中喷、漏层并存，治喷则漏，治漏则喷。虽然下了套管但不装并控设备，或者虽然装了井控设备但不讲求质量，一旦钻遇高压层，应急使用时，到处刺漏，甚至造成井喷失控。钻井液体系和性能与地层特性不相适应，甚至片面强调节约钻井液处理剂，使钻井液性能恶化，造成裸眼井段中某些地层的缩径或坍塌。或者钻井液密度不合适，也会造成井喷、井漏或井塌。操作不适当，下钻速度过快会产生很大的激动压力，易将地层憋漏。起钻速度过快会产生很大的抽吸力，易将油气层抽喷或将结构松软的地层抽塌，特别是在钻头或扶正器泥包的情况下更为严重。钻井设备发生故障，被迫停止钻具的活动或钻井液的循环，是发生井下事故的最普通最常见的因素。管理工作薄弱，有章不循，有表（指重表、泵压表、扭矩表）不看，遇事不思，盲目决断，但求省力，不顾后果，起钻猛提，下钻猛压，遇卡硬转，遇漏硬憋，这是造成井下事故的常见原因。,处理井下事故与复杂情况原则：,1安全的原则 井下事故与复杂情况多种多样，处理的手段和使用的工具也多种多样。但这些工具和方法在正常钻井过程中接触不多也不很熟悉。而且往往要采取一些强化措施如处理井下事故中拉、压、扭转都要比正常钻进时所用的力量要大得多。这些措施往往又强化到设备和工具所能承受的极限强度，稍有不慎就会造成新的事故，甚至由井下事故引发设备事故或人身事故。处理事故过程中，工序复杂，起下钻具次数频繁，也增加了发生新事故的机会。如果造成事故套事故的局面，处理的难度就更大了，甚至无法继续进行处理，致使前功尽弃。所以在处理井下事故与复杂情况的过程中，必须从设备、工具、技术方案、技术措施、人员素质各个方面进行综合考虑，不但要考虑如何进攻，而且要考虑如何退守，凡事要留有余地，留有后路。,处理井下事故与复杂情况原则：,2快速的原则 一旦发生井下事故或复杂问题，其情况会随着时间的推移而更趋恶化。所以在安全第一的原则下，必须抓紧时间进行处理，要迅速地决策，迅速地组织，迅速的施工，工序衔接要有条不紊。须知抓住了时机就会化难为易，做到事半功倍；丧失了时机就会变易为难，只能落得个事倍功半，甚至劳而无功。但是，随着井下情况的变化及人们认识的加深，部分修改或全部修改原定方案的事是常有的，所以在确定第一方案的同时要有第二甚至第三方案的考虑，早作准备。“凡事预则立，不预则废。”要争取以最快的速度见到实际的效果。同时对从事作业的人员来说，旷日持久，劳师无功，必然会影响工作情绪，一个士气低落的队伍是难以打攻坚战的。时间就是金钱，时间就是制胜的法宝，可惜这一点往往被人们所忽视。,处理井下事故与复杂情况原则：,3灵活的原则 处理井下事故和复杂情况是一个多变的过程，很难有一个一成不变的方案。有时井下情况变了，人们的思想认识也要随着改变。灵活机动，捕捉战机非常重要。要做到这一点最关键的是实时地掌握现场的第一手信息，特别是关键时刻的关键信息，有些信息稍纵即逝，很难捕捉到，有些信息一般人认为无所谓，而聪明的工作者却可据此得出符合实际的认识，及时地调整方案，加速了处理过程。所以我们既要重视过去的经验，又不拘泥于过去的经验；既要灵活机动，又不违反客观规律；既要大胆思考，又要符合逻辑思维程序。,处理井下事故与复杂情况原则：,4经济的原则 由于井下事故的复杂性，处理的难易程度相差很大，在目前技术水平下，有的事故没有处理成功的可能性；有的事故虽有处理成功的可能性，但难度很大，需要耗费相当多的物资和时间；有的事故初期看来处理难度不大，但在处理过程中，井下情况却变得越来越复杂；有的事故用不同的方案进行处理会有不同的经济效果。因此面对不同的情况，从各种处理方案的安全性、有效性、工艺的难易程度、工具材料费用、占用钻机时间、环境影响等方面进行综合评估，在经济上合得来则于，合不来则止。此路不通，另走他路。发生事故本已造成了经济损失，处理事故的原则是把这种损失降到最低限度。钻井复杂情况主要有：井涌、井漏、轻度井塌、砂桥、泥包、缩径、键槽、地层蠕变、地应力引起的井眼变形、钻井液污染及有害气体的溢出等。钻井事故主要有卡钻、井喷、严重井塌、钻具或套管断落、井下落物及钻出新井眼丢失老井眼等。,卡钻事故,卡钻就是钻具失去了活动的自由，既不能转动又不能上下活动，这是钻井过程中常见的井下事故。卡钻可以由各种原因造成，如粘吸卡钻、坍塌卡钻、砂桥卡钻。缩径卡钻、键槽卡钻、泥包卡钻、干钻卡钻、落物卡钻、水泥固结卡钻等。各种卡钻产生的机理不同，处理的方法也各异。所以当卡钻事故发生后，首先要弄清卡钻的性质，要像医生看病一样，通过各种现象及可能获得的各种信息查出病因，才能对症下药。 在卡钻事故中，粘吸卡钻算是最简单的一种。但在一种卡钻事故发生之后，往往又会诱发另一种卡钻。如在缩径卡钻、键槽卡钻、落物卡钻发生之后，由于钻柱失去了自由活动的能力，又会发生粘吸卡钻。粘吸卡钻发生之后，由于处理不当，又会诱发坍塌卡钻。所以在一种卡钻发生之后，要采取适当的措施防止另一种卡钻的发生，致使其形成复合式卡钻，这样处理起来就增加了难度。 下面就各种卡钻的预防与处理进一步探讨,卡钻事故发生之后应注意的事项，,（1）必须维持钻井液循环畅通 要防止钻头水眼或环空堵塞。因为一旦循环失灵，就失去了注解卡剂的可能，也很容易诱发井塌和砂桥的形成，而且如想从钻杆水眼内下爆炸松扣工具也很难下到预定位置。 （2）要保持钻柱完整 因为如把钻柱提断或扭断，断点以下的钻柱便失去钻井液循环，由于钻屑和井壁塌落物的下沉，有可能堵塞钻头和钻柱水眼，或者在环空形成砂桥。同时如果鱼顶正好处于大井径位置，打捞钻具时，寻找鱼头也非常困难。 （3）不能把钻具连接螺纹扭得过紧 任何卡钻事故的发生，都有可能走到套铣倒扣的那一步，如果扭力过大，一则可能使母螺纹胀大损坏，使钻具从中间脱开。二则扭力过大，造成了倒扣的困难，必然要迫使你去做许多无效的工作，甚至使事故无法继续处理下去,表1-1钻进时发生卡钻事故的诊断,粘 吸 卡 钻,粘吸卡钻，有人也叫压差卡钻，是钻井过程中最常见的卡钻事故（图11）。最容易卡住的是钻挺，由于钻具失去了活动的自由，卡点可以逐渐上移，直至套管鞋附近。,粘吸卡钻的原因,地层压力和钻井液液柱压力的压差存是形成粘吸卡钻的外在原因 外因是变化的条件，内因是变化的根据，外因通过内因而起作用。在同一裸眼井段中，地层的孔隙压力梯度不会是同一的，而钻井液液柱压力总是要平衡该并段中的最高地层孔隙压力，对那些压力梯度相对低的地层必然会形成一个正压差。如此说来，压差是不可避兔的，压差卡钻也是不可避兔的了。但是某些类型的钻井液如油基钻井液在同样大的压差下却不卡钻，这是因为它的内因不同罢了。当然，我们并不忽视压差的作用，压差可使粘吸卡钻卡得更结实，、它起到了雪上加霜的作用。当钻柱被井壁滤饼粘吸之后紧靠井壁一边，钻柱的一侧（粘吸面上）所受的是通过滤饼传来的地层孔隙压力，另一侧所受的是钻井液液柱压力，如果后者大于前者，即有正压差存在，可把钻柱压向井壁一边，进一步缩小吸附面之间的间隙，增强了吸附力，并进一步扩大了钻柱与井壁的接触面积。,粘卡的发生过程,图12a）表示钻柱接触井壁滤饼，发生吸附作用，此时有一个较小的接触面积。图12b）表示在压差作用下，进一步将钻柱压向井壁，扩大了与滤饼接触的面积，吸附力量进一步加强。 图12c）表示在钻柱不能活动的情况下，除已接触的滤饼面积外，在接触面的两边形成了一部分钻井液不能循环到的死区，随着时间的延长，大量岩屑和钻井液中的固相颗粒沉淀于此，又形成新的滤饼，进一步扩大了钻柱与滤饼接触的面积。 图12d 表示，由于井径不规则的原因，从纵向上看，一部分钻柱与井壁滤饼不接触，一部分钻柱与井壁之间的间隙很小，小到钻井液无法循环到此，随着时间的延长，这部分间隙也要被钻盾和固体颗粒所充填，形成新的滤饼，增加了钻柱被吸附的长度。,卡钻后不能提起钻具原因,按照压差卡钻的理论，摩阻力和钻柱与滤饼的接触面积成正比，和压差成正比，和滤饼的摩阻系数成正比,可以表达为： F=0.1K(P1P2)A 式中 F:为阻力，KN； A:为钻柱与滤饼的接触面积，Cm3； P1:为钻井液柱压力，MPa； P2:为地层孔隙压力，MPa； K：为滤饼摩阻系数，一般取值在0.050.25之间； 0.1：为单位换算系数。 例如：某井发生压差卡钻，钻柱与井壁滤饼接触长度为200m平均接触宽度3.5cm，液柱压差(P1P2)为3.5 MPa 摩阻系数取0.25。则摩阻力F=0.10.253.52001003.5=61250KN。从磨阻力可以看出，只要有100m的钻具被吸附就不能提起钻具。,粘吸卡钻的特征,粘吸卡钻是在钻柱静止的状态下才能发生，至于静止多长时间才会发生粘卡，这和钻井液体系、性能、钻具结构、井眼质量有密切关系，少则二、三分钟，多则几十分钟，但必须有一个静止过程。 粘吸卡钻后的卡点位置不会是钻头，而是在钻挺或钻杆部位。 粘吸卡钻前后，钻井液循环正常，进出口流量平衡，泵压没有变化。 粘吸卡钻后，如活动不及时，卡点有可能上移，甚至直移至套管鞋附近。,粘吸卡钻的预防,使用中性钻井液，如油基钻井液、油包水钻井液，或者阳离子体系钻井液，最好是高价阳离子（如Fe+3、AL+3、Si4）聚合物体系的钻井液，而且阳离子数量必须加足。在水基钻井液中，阴阳两种离子都是存在的，只有以阳离子占主导成分的钻井液才能算是阳离子体系钻井液，一旦阳离子数量减少，便自动砖化为阴离子体系钻井液，这一点必须引起足够的重视。 现在使用的水基钻井液，绝大部分是阴离子体系钻井液。这种钻井液，随着井斜的增加或钻井液密度的提高，粘吸卡钻的可能性越来越大，最好的办法就是不让钻柱静止，这一点在事实上是做不到的。但粘吸卡钻总有个过程，允许钻柱静止时间的长短，随各个井的井下情况和钻井液性能而异，一般的要求，钻柱静止时间不许超过3一5min，因此，要求钻井设备必须正常运转，如果部分设备发生故障不能转动的话，要上下活动，不能上下活动的话，要争取转动，每次活动都要达到无阻力为止。如上下活动时，要看到指重表指针回摆至正常悬重;用转盘旋转时，要达到无倒车为止。 对于阴离子体系的钻井液来说，要求有较好的润滑性，较小的滤失量，适当的粘度和切力，必要时要加入润滑剂、活性剂、塑料球等以少滤饼的摩阻系数。,粘吸卡钻的预防,无论何种钻井液，都应该搞好固控工作，把无用的固相尽量清除干净，因为无用的固相粒子不仅会形成劣质滤饼，还会造成循环系统的磨损。 只要没有高压层、坍塌层存在，没有特殊需要，要使用该井段最低的钻井液密度，做到近平衡压力钻进。根据经验，钻井液液柱压力超过地层压力3.5MPa 以上时，卡钻的可能性增大。 钻井液加重时，要用优质的加重材料，并要均匀加入，最好地办法是先在地面储备罐中加重，经充分搅拌水化后再混入井浆中。 设计合理的钻柱结构，特别是下部钻柱结构。总的思路是增加支撑点、减少接触面，如使用螺旋钻挺、欠尺寸扶正器、加重钻杆等。定向钻的倒装钻具结构，除了工艺因素外，也不失为一个防止粘卡的好办法。 如果钻头在井底，无法上提和转动，那就只好将钻柱悬重的1/2一2/3压在钻头上，以求把下部钻柱压弯，减少钻柱与井壁滤饼的接触面积，减少总的粘附力。,粘吸卡钻的预防,要测斜时，在测斜前最好短起、下钻一次。在测斜时除必要停止的几分钟外，要使钻具一直处于活动状态中。 在正常钻进时，如水龙头、水龙带发生故障，绝不能将水龙头坐在井口进行维修，如果一旦发生卡钻，将失去下压和转动钻柱的可能。 指重表、泵压表、扭矩表必须灵敏可靠，以防做出错误的判断。 要保持良好的井身质量，因为在井斜或方位变化大的井段，钻柱由于其自重分力的作用紧紧靠向井壁一边，增加了粘吸卡钻的可能性。 在钻柱中要带上随钻震击器，因为在粘卡发生的最初阶段，震击解卡是很有效的。 无论是钻进还是起下钻过程，都要详细记录与钻头或扶正器相对应的高扭矩大摩阻的井段，并分析所在地层的岩性，因为这些地层往往是容易卡钻的地层。,粘吸卡钻的处理,强力活动 粘吸卡钻随着时间的延长而越趋严重。所以在发现粘吸卡钻的最初阶段，就应在设备特别是井架和悬吊系统和钻柱的安全负荷以内尽最大的力量进行活动。上提不超过薄弱环节的安全负荷极限，下压可以把全部钻柱的重量压上，也可以进行适当的转动，但不能超过规定的转数。用这种办法解除粘卡事故的事例很多，在这里很重要的一点就是让现场工作人员有在安全限度内以最大力量进行活动的权利，如果限制过死，层层上报，待上级人员到达现场时，已经失去了活动解卡的可能。如果强力活动若干次 (一般不超过10次)无效，就没有必要再强力活动了，此时应在适当的范围内活动末卡钻柱，上提拉力不要超过自由钻柱悬重100一200kN，下压力量根据井深及最内一层套管的下深而定，可以把自由钻柱重量的二分之一甚至全部压上去，使裸眼内钻柱弯曲，减少与井壁的接触点，防止卡点上移。但必须注意，钻柱只能在受压的状态下静止，不许在受拉的状态下静止。,粘吸卡钻的处理,震击解卡 如果钻柱上带有随钻震击器，应立即启动上击器上击或启动下击器下击，以求解卡，这比单纯的上提、下压的力量要集中。 浸泡解卡液 浸泡解卡液是解除粘吸卡钻的最常用最重要的办法，解卡剂种类很多，广义上讲，包括原油、柴油、煤油、油类复配物、盐酸、土酸、清水、盐水、碱水等;狭义上讲，是指用专门物料配成的用于解除粘吸卡钻的特殊溶液，有油基的，也有水基的，它们的密度可以根据需要随意调整。如何选用解卡剂，要视各个地区的具体情况而定，低压井可以随意选用，高压井只能选用高密度解卡剂。江汉地区使用盐酸的效果好，柴达木地区使用饱和盐水的效果好，就大多数地区而言，还是选用油基解卡剂为好。,注入解卡液的施工步骤,求准卡点位置 最准的方法是利用测卡仪测量。但现场常用的办法是根据钻柱在一定的拉力下的弹性伸长来计算。依据虎克定律可知，自由钻柱的伸长和拉力及钻柱的长度成正比，与钻柱的横截面积及钢材的弹性系数成反比， L=ESl/f 试中L-自由钻柱的长度， m； F-自由钻柱所受的超过其自身悬重的拉力。KN； S-自由钻柱的横截面积，cm2； l-自由钻柱在F力作用下的伸长，cm; E钢材的弹性系数，21105MPa 因为，一定的钻柱，其横截面积S为定值，钢材的弹性系数E也是定值，所以公式可以改写为下式 L=Kl/F K值可以在钻具手册查到。,注入解卡液的施工步骤,求准解卡液的用量 解卡剂总用量等于预计要浸泡的环空容量和钻柱内容量两部分。环空容量为钻头至卡点位置的环空容量，还要增加一定的附加量，这是因为计算的卡点位置不一定准确。实际的卡点位置比计算的卡点位置要高许多;计算环空容积时，往往不知道井径的实际数据，而以钻头直径作为计算的依据，实际井径往往比钻头直径大10%一20%。以216mm钻头为例，井径扩大15%，容积耍增加32%。解卡液与钻井液之间往往发生窜混现象，窜混的解卡液很难起到解卡的作用，我们希望把这一部分替到卡点以上。窜混程度的大小，取决于解卡液在环空的流态、流速和流程的长短以及和井浆密度的差别。所以计算的浸泡液面应高于卡点。因为被卡钻具越多，各种因素造成的累积误差越多，所以一般的作法是:浸泡液面应高于计算卡点50一100m。我们希望解卡液能把卡钻井段的钻井液全部顶替干净，但事实上不可能，井径越大，井段越长，滞留的井浆越多，它占据了一定的环空容积，从这方面来看，可以减少解卡剂的用量。所以解卡剂的附加值究竟以多大为合适，要视具体情况而定，一般以20%为宜。 钻柱内容量的计算要考虑三个问题:若解卡剂密度小于钻井液密度，为了保证钻柱内外压力平衡，钻柱内的解卡剂液面不能低于环空的解卡剂液面，否则，管内解卡剂会自动外流。为了防止钻头水眼或环空砂堵，必须定期 (一般为0.5一1.0h)活动管内外液体，每次要顶入钻井液0305 ，按浸泡68h计，管内须多留解卡剂3.64.8 m3。如果解卡剂与井浆密度相近，则不考虑压差问题，管内留足顶替时所需要的解卡剂即可。,注入解卡液的施工步骤,计算注入井内时的最高泵压 如果解卡剂密度与井浆相近，泵压不会有大的变化，可不必计算。如果解卡剂密度低于钻井液密度，在顶替时会有压差存在，最高泵压即为循环泵压与管内外液柱压差之和。如解卡液总用量小于钻往内容积，则解卡剂完全泵人钻柱时即达最高泵压。若解卡剂总用量大于钻柱内容积，则解卡剂到达钻头时即达最高泵压。可用下式求得。 P=p1+p2= p1+0.01(1一2)h 式中p一最高泵压，MPa； PI循环泵压，MPI； P2解卡剂与钻井液的液柱压差，MPa； 1井浆密度，g/cm3 2解卡剂密度，g/cm3 h解卡剂在钻柱内的液柱高度，m。,解卡剂解卡基本原理,解卡剂在使用过程中必须首先配制成解卡液。所谓解卡液就是能解除粘吸（或压差）卡钻的一种流体，一般多数为油包水乳状液。其解卡原理为在解卡浸泡过程中，泥饼收缩，出现裂纹，减少钻杆与泥饼之间的封闭面积。同时，解卡液中的油相沿裂纹渗透而降低摩阻力。最终使压差和摩阻力同时降低，达到解卡的目的。,解卡剂应满足以下要求,配制的解卡液具有很好的在稳定性，在常温下至200的温度范围内保持稳定，最好在几天的时间内不发生沉降现象。 为避免解卡液向上移动，解卡液可在0.95 g/cm32.2 g/cm3密度范围内可调。 解卡液中应具有很好的渗透性和润湿性，这样有利于快速解卡。 解卡剂最好为液态，这样可以缩短解卡液的配制时间，简化配制工艺。 解卡液与钻井液最好具有一定的配伍性，这样可以减少注入前后隔离液的工序 解卡剂应具有抗盐和抗钙能力，这样可避免在配制解卡液时对水质有特殊要求， 目前市场常用的解卡剂有SR-301、SRA906和PIP-LAX,其中SR-301解卡剂为粉状固体，已应用多年解卡效果好，但配制工艺复杂，且需前后隔离液，SRA906和PIP-LAX解卡剂为液态产品，其解卡效率高且配制工艺简单，PIP-LAX为美国产品，SRA906为我国近几年开发的产品，其性能与PIP-LAX相同。,SRA-906解卡剂的推荐配方,解卡液配制步骤,1）根据解卡液的数量和密度值，按表1计算出各种材料的用量； 2）根据计算结果，将柴油加入到配液罐中，按量加入解卡剂，搅拌20 分钟； 3）利用加重漏斗或剪切泵加入所需水量，搅拌30min；待性能稳定后加入重晶石，将密度提至所需的密度。,SR301解卡剂的推荐配方,处理粘吸卡钻应注意的问题,粘吸卡钻是个类卡钻事故中最好处理的事故，但处理不当，往往会引发别的事故，使事故复杂化。所以在处理的每一步骤，都必须谨慎从事。 注入解卡剂前，最好做一次钻井液循环周试验，确定钻具没有刺漏现象，方可注入。钻铤刺漏的现象也是常有的。做钻井液循环试验也很难分辨，要根据正常循环时泵压变化的情况来判断。如钻具刺漏，注入解卡液后，能使漏点以上钻具解卡，而漏点以下的钻具仍然无法解卡。 注入解卡液前，特别是注低密度解卡液前，必须在钻柱上或钻杆上接回压阀或旋塞。在施工过程中，如地面管线、阀门发生问题，可以防止液体倒流。而急速的回流，往往回会导致井塌，使事故进一步复杂。 要保持钻头水眼和环空不被堵塞，这种堵塞往往是液体倒流造成的。所以在卡钻之后，如钻柱上没有回压阀或失灵，就不能随意放回水，万一泵发生故障时需进行修理时，也必须首先关好高压阀门。环空堵塞往往是井塌或砂桥造成，注入解卡液经过一定时间时的浸泡之后，井壁滤饼剥落，井内积砂下沉，如果开泵过猛，把滤饼和沙子聚集在一起，很容易将环空堵塞，不不能循环。所以在浸泡期间，一定要定期开泵顶钻井液，一方面是为了让解卡液向上移动，另一方面也是为了检查钻头水眼和环空畅通。浸泡解卡后，一定要小排量开泵顶通，然后逐步提高排量循环，在解卡液未全部顶出井口之前，绝不能停泵。,处理粘吸卡钻应注意的问题,如果一次浸泡，解卡剂用量过大，有引起井涌、井喷的危险时，可以分段浸泡，先浸泡被卡钻柱的下部若干时间，然后一次性的将解卡剂顶到卡点位置，浸泡被卡钻柱的上部，这种办法曾多次成功的解除了长井段粘吸卡钻事故，而且又节约了解卡剂用量。 解卡液在井内浸泡的时间，随地层特性和钻井液性能而异，少则十几分钟，多则几十小时。浸泡一次不行，可以浸泡两次三次。浸泡这种解卡剂不行，可以选择其它种类的解卡剂。同时，浸泡和震击联合作用，效果会更好。只要确信是粘吸卡钻，不到山穷水尽一步，不要轻易走别的道路。 浸泡解卡后，接着又发生粘吸卡钻的事是常有的，所以在浸泡解卡后，不能掉轻心，要不断地活动钻柱，最好是转动，这样也有利于排除解卡剂。 有时可能是复合卡钻。解卡剂浸泡的结果，只能使卡点降低，而不能彻底解卡。就不得不走别的路子，如震击、套铣等。在倒开原钻柱之前，最好先下一只爆炸筒把钻钻头水眼炸掉或把钻挺炸裂，这样在任何情况下，都有可能恢复循环，多一条路比少一要好。,处理粘吸卡钻应注意的问题,钻具断落后，很容易形成粘卡。所以打捞时所下的工具应能密封鱼头部位。下公锥打捞时不能用带退屑槽的公、母锥；下捞矛时应带封堵器，下捞筒时应装有密封件，捞着后能循环钻井液，能注人解卡剂。 粘吸卡钻发生后，要根据现场的具体情况采取相应的措施，具体问题要具体分析具对待，不能一概而论。如钻头在井底，就不能采取下压的或下砸的办法，只能上提或上击，能循环钻井液，就要争取浸泡解卡剂。此时，最重要的一条就是不能堵塞钻头水眼。如果失去去循环，就应立即采取井下爆炸的方法打开一条通路，如果爆炸筒也下不去，就应用油管或挠性管通开钻柱或钻头水眼，如果环形空间堵塞，那就只好采取其他办法了。,粘吸卡钻实例,例一、胜利油田 F23井 1、基础资料 （1）表层套管：339.7mm下深84m。 （2）技术套管：245.5mm下深1970m。 （3）裸眼：钻头直径215.9mm 钻深2994.14m 2、事故发生经过 钻至井深2994.14m，因一挡链条断，将钻具提起21m，检修链条，未及时下放活动。待链条修好后，上提钻具由原悬重840KN提至1200KN，下放到0。循环时发现泵压由16MPa降至8MPa。 3、事故处理过程 （1）注入解卡液40 m3,替钻井液时泵压由12MPa降至10MPa，15分钟发现井口有解卡液返出，判断钻具刺漏，循环短路，经测试刺漏位置在1530m。 （2）原钻具倒扣，一次倒出钻杆1651.80m，将刺钻杆倒出。 （3）下127mm公锥打捞三次，没成功。 （4）下114mm公锥打捞，造扣后上提1100KN，停三分钟，悬重降到1000KN，活动数次后，恢复原悬重840KN,开泵循环，事故解除。,粘吸卡钻实例,案例分析 （1）循环钻井液时，已经发现泵压由16MPa降至8MPa，如地面无问题，那说明钻具刺漏短路循环。在这种情况下不应该注解卡液，而是测一次循环周，确定钻具刺穿的位置，然后倒扣或爆炸松扣，将刺漏的钻具起出，才能进行下部工作。 （2）一次倒出钻杆1651.80m将刺漏钻杆倒出是非常幸运的事，当然本井有技术套管1970m,一次倒不成，还可以再倒。 （3）相同尺寸钻杆的水眼不同，下井时应进行记录在案，这样有利于选择打捞工具，本井用127mm公锥打捞未成功，而用114mm的公锥打捞一次成功，可能是接头水眼尺寸不详所致，哪此起出公锥，都应该检查公锥上有什么印，以便帮助我们判断鱼顶情况，制定下部措施。,粘吸卡钻实例,例2、南疆油田KSh-1井 1、基础资料 （1）表层套管：500mm下深280m。 （2）技术套管：339.7mm下深3570m。 （3）裸眼：钻头直径311.1mm下深5015.85m。 （4）钻具结构：311.1mm钻头203mm的钻铤203mm随钻震击器127mm加重钻杆127mm钻杆。,南疆油田KSh-1井 粘吸卡钻实例,2、 事故处理过程，本井在同一井段连续卡钻多次，耗时近百日。 第一次卡钻：钻至井深5014.08m，钻井液密度1.42g/cm3,井口外溢，每小时11.5 m3返出钻井液密度1.29g/cm3,关井3.5小时，立管压力10.2 MPa。加重钻井液密度1.72g/cm3,井口仍由外溢，活动钻具时卡钻。由原悬重1650KN提到2200 KN，下放至400 KN,解卡。 第二次卡钻：钻进到5015.85m，返出钻井液密度1.42g/cm3,又加重到1.76g/cm3，活动钻具时卡钻，由原悬重1650KN提到2400 KN，下压400KN,并转动15圈无效。处理步骤如下： 注入解卡液12.4m3,浸泡42h，无效； 又注入解卡液20m3,浸泡30h30min，无效； 又注入解卡液27.5m3,同时把井内钻井液密度提到1.85g/cm3,关井浸泡7.5h后，立管压力上升到3.2MPa，计算井底压力应为94.1 MPa，平衡地层压力的钻井液密度应为1.88g/cm3,共浸泡71h40min无效； 用测卡仪测卡点为3660m； 从井深3640m处爆炸松扣成功 下244.5mm套铣筒180m，套铣至4057m； 下钻对扣，提到2100KN震击解卡；,南疆油田KSh-1井 粘吸卡钻实例,第三次卡钻：第二次卡钻解除后，下钻划眼到4102.54m。上提4088.49m，接单根，只停止活动3分钟，卡钻。处理步骤如下： 注入密度1.95g/cm3的解卡液31.45 m3，浸泡6天未解卡； 从井深3650m处爆炸松扣，起出上部钻具； 下震击器对扣，上提1800KN震击解卡。 第四次卡钻：下钻划眼至井深4107m，卡钻。上提到1500KN，下压800KN，转动解卡。 第五次卡钻：下划眼至井深4862m卡钻，由原悬重1500KN提到1800KN解卡，上提五立柱又卡，下压600KN解卡。上提一单根又卡，下压800KN转动解卡。起到4106m又卡，上提1400KN转动解卡。 第六次卡钻：下划眼到井深4995m，后起钻，起到第六柱时，由原悬重1350KN提到2120KN，下压到300KN，转动，无效。卡钻处理步骤如下： 从井深3655m处爆炸松扣，起出上部钻具； 下震击器对扣，震击无效； 又从3655m处倒开，起出上部钻具； 下244.5mm套铣筒，套铣倒扣，解卡。,南疆油田KSh-1井 粘吸卡钻实例,案例分析： （1）、本井到了连续卡钻几乎无法前进的程度，究其原因在于高压盐水层没有压稳，没有认识到高压盐水层是导致卡钻的主要原因，在钻进过程中，只要遇到高压盐水层，不论是出水大小，都必须压死。这一点无论是工程师还是地质师都必须统一认识，丝毫不能含糊，否则将是后患无穷。本井在有关专家论证后，把钻井液提上去，把高压水层压稳后，还是顺利地钻达6400m。 （2）、本井主要卡钻位置应在3660m-4100m之间，但第一次注解卡液12.4m3,只能浸泡到井深4850 m。第二次注解卡液20 m3，只能浸泡到4750 m。第三次注解卡液27.5 m3，也只能浸泡到4670 m，根本浸泡不到卡点位置，第三次卡钻后，注入31.45 m3，也只能浸泡到井深3700m，也浸泡不到卡点位置，所以解卡液浸泡6天不起作用，并由此而得出解卡剂在本地无效的错误结论。应该说第三次的解卡解卡剂是起作用。 （3）由于技术性错误，带来认识的错误，从第三次卡钻后，再也不能用解卡剂了，而用爆炸松扣，套铣松扣的办法来解除卡钻事故。要知道，这是一种危险的做法，也是迫不得已作法。所幸的是该地区地层条件比较好，没有坍塌问题，经多次套铣，没将水眼堵死，还能维持循环通道，同样的作法，如果发生在东部地区，早已无法解决了。,井壁失稳与坍塌卡钻,坍塌卡钻事故中最为恶劣的一种事故，因为处理这种事故的工作最复杂，耗费时间最多，风险性最大，甚至有全井或部分井眼报废的可能，所以在钻井过程中应尽力避免这种事故的发生。 地层坍塌的原因 造成井壁失稳有地质方面的原因、物理化学方面的原因和工艺方面的原因。就某地区或某一口井来说，可能是其中的某一项原因为主，但大多数井来说是综合原因造成的。,井壁失稳与坍塌卡钻的原因,地质方面的原因 原始地应力 我们知道，地壳是在不断运动之中，于是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。但当这些构造的聚集尚未达到足以使岩石 破裂的强度时，他是以潜能的形式储存在岩石之中，待机而发，当遇 到适当的条件时，就会表现出来。因此地层任何一点的岩石都会受到 来自各个方向的应力作用，为简便起见，把它分解为三轴应力，即垂 直应力（上覆地层压力）v 和两个水平应力H（最大水平应力） 及（最小水平应力）h，通常这两个水平应力是不相等的。当井眼 被钻穿后，钻井液的压力代替了被赚掉的岩石所提供的原始应力，井 眼周围的应力将重新分配，被分解周应力、径向应力、和轴向应力， 在斜井中还会附加的剪切应力。当某一方向的应力超过岩石的强度极 限时，就会引起地层破裂，何况有些地层本来就是破碎性地层或节理 发育地层。虽然井筒中有钻井液液柱压力，但不足以平衡地层的侧向 压力，所以，地层是向井眼内剥落或坍塌。,井壁失稳与坍塌卡钻的原因,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、摺皱、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架起来，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左右的倾角，地层的稳定性最差。 岩石本身的性质 沉积岩中最常见的是砂岩、砾岩、泥页岩、石灰岩等，还有火成岩如凝灰岩、玄武岩等。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，以下的这些岩石是容易坍塌的:a末胶结或胶结不好的砂岩砾岩或砂砾岩;b破碎的凝灰岩、玄武岩。因岩浆侵人地层后，在冷却的过程中，温度下降，体积收缩，形成大量的裂纹，其性质和未胶结的砾石差不多;c:节理发育的泥页岩:泥页岩在沉积过程中，横向的连续性很好，但成岩之后，由于构造应力的拉伸、挤压、剪切作用，会形成许多纵向裂纹，失去了它的完整性;d不成岩的地层:如流砂、淤泥、煤炭层等;e断层形成的破碎带;f伊蒙混层的泥页岩，这是一种最难对付的跨塌，华北油田的留西就属于这一类性的跨塌。,井壁失稳与坍塌卡钻的原因,2物理化学方面的原因 石油天然气钻井常常是在沉积岩中进行，而沉积岩的70%以上是泥页岩，泥页岩都是亲水物质，一般郡含有蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石等粘土矿物，此外还含有石英、长石、方解石、石灰石等，不同的泥页岩其水化程度及吸水后的表现有很大的不同，据此把泥页岩分为易坍泥页岩、膨胀泥页岩、胶质泥页岩、塑性泥页岩、剥落泥页岩、脆碎泥页岩。经大量研究发现，泥页岩中的粘土含量、粘土成分、含水量及水份中的含盐量对泥页岩的吸水及吸水后的表现有密切关系，泥页岩粘土含量越高，含盐量越高，含水量越少则越易吸水水化。蒙脱石含量高的泥页岩易吸水膨胀，绿泥石含量高的泥页岩易吸水裂解、剥落。值得注意的是井眼钻开之后，不仅引起原始地应力的重新分配，而且由于钻井液滤液的浸入，粘土内部又发生新的变化，产生新的应力如孔隙压力、膨胀压力等，削弱了粘土的结构。有人做过实验，某种页岩的原始剪切强度为12375MPa，用自来水浸泡05h，剪切强度下降为00l2MPa,用钻井液浸泡3h，剪切强度下降为0，066Mpa。泥页岩吸水后强度将直线下降，这是造成坍塌的主要原因。,井壁失稳与坍塌卡钻的原因,水化膨胀 表面水化。粘土表面带有负电荷，可吸收水分子，首先水以单分子层吸附在粘土表面上，降低了粘土体系的表面能，并把单层分开使其间距增大，当水进人蒙脱石的晶层间时，其体积可增加一倍，这样就减少了颗粒间的引力，使粘土的抗剪强度下降，含水量越多，粒子间的引力越小。同时水分子上所粘结的氢原子与粘土硅层表面的氧原子化合成为水分子，更增强了粘土的表面水化作用。粘土的水化能力和粘土颗粒的表面积成正比，不同矿物的表面积差别很大，如纯蒙脱石为 810m2g，干净的石英砂为 001m2g，表面积越大，水化程度越高。这样，就使泥页岩膨胀系数增大，而抗压强度降低。 离子水化。粘土中的阳离子可与钻井液中的阳离子进行交换，这种可交换的阳离子表面形成水化膜而引起离子水化。离子交换能力与可交换阳离子（AI+3、Fe+2与Si+4交换，Mg+2、Fe+2与Al+3交换）的含量与其所处位置以及可发生交换的补偿离子的类型有关。伊利石中含有的补偿阳离子为蒙脱石的36倍，且靠得比较近，与晶格中心的负电荷有较大的吸引力，使之难以发生交换。而交换能力大的钠蒙脱石才能同时发生表面水化和离子水化。,井壁失稳与坍塌卡钻的原因,滤液中的OH一会促使粘土表面层中的H十解离，也可靠H+直接吸附于粘土表面，使粘土表面负电荷增多，水化能力增强，膨胀压力增大，所以高PH值不利于防塌。而碳酸根和硫酸根的水化作用就相对的较弱。在OH一浓度相同时，K+、NH4+水化能力比Na+低，故具有较好的抑制水化膨胀作用，因此，控制钻井液的pH值，尽量降低钻井液中的OH-和Na+的含量对防止泥页岩的水化分散具有一定的作用。 渗透水化。主要是由于泥页岩中的电解质浓度高于钻井液中的电解质浓度，水分子由电解质浓度较低的钻井液渗人电解质浓度较高的泥页岩中，同理，如果钻井液中的电解质浓度高于泥页岩的电解质浓度，则泥页岩中的水分将向钻井液渗透，从而使泥页岩脱水。通常钻井使用的是由淡水或低矿化度水配成的钻井液，水分总是由钻井液向地层渗透，当两者离子浓度相差很大时，渗透水化可以形成很高的渗透压，并且渗透水化是在泥页岩内部进行，它对井壁稳定有很大的破坏作用。,井壁失稳与坍塌卡钻的原因,毛细管作用 泥页岩中有许多层面和纹理，在构造力的作用下又形成了许多微细裂纹，这些连接薄弱的地方容易吸水，是良好的毛细管通道。毛细管压力与孔隙半径成反比，与表面张力成正比。蒙脱石、高岭石、水云母的毛细管力分别是 029MPa、033MPa和 042MPa。从毛细管作用来看，原来并不怎么水化膨胀的泥页岩，也可因毛细管水的大量浸人而产生物理崩解，尤其颗粒很细的多孔体更容易因此而崩塌。有的泥页岩很少含微晶高岭石，与水作用后膨胀程度较小，膨胀压力也不是很大，然而井塌还是比较严重，这是因为毛细管水进人泥页岩像润滑剂那样削弱岩石颗粒之间和泥页岩层面之间的联结力，在侧压力的作用下，岩石向井内运移。这种坍塌往往塌块较大，如柴达木大风山M号井在井深4000m以下的塌块重331g，边长为 115mm 105mm30mm，胜利油田郝科一井在井深 4000m以下的塌块重970g，边长为130mm 110mm25mm，这是被钻井液带出井口经过长途运移多次碰撞破碎后的塌块，而初始塌块要比这大得多。,井壁失稳与坍塌卡钻的原因,流体静压力 如果钻井液的液柱压力高于泥页岩的孔隙压力，钻井液滤液就会在正压差的作用下进人地层，增大地层的孔隙压力，而且引起地层层面水化，强度降低，裂缝裂解加剧。滤液进入越深，裂缝的裂解越严重，泥页岩的剥落、坍塌也越厉害。但流体静压力又是井壁围压的一种平衡力，也是一种反膨胀力。所以流体静压力对井壁稳定来说，既有正面效应，也有负面效应，我们应当尽量发挥它的正面效应，克服它的负面效应，比较理想的办法是降低钻井液的滤失量，提高滤液的粘度。滤液的粘度越大，越有利于封堵微细裂缝，阻止或减缓毛细管作用和渗透作用的进行。,井壁失稳与坍塌卡钻的原因,综上所述，我们知道，只要使用水基钻井液，只要有水的存在，就有泥页岩的水化膨胀和坍塌问题。泥页岩的水化膨胀压力是时间的函数，如图2一10所示，泥页岩吸水后要经过一段时间膨胀压力才会显著上升，当膨胀压力达到一定程度后，就形成一次坍塌，坍塌之后，又有新的泥页岩表面暴露出来，和钻井液中的水接触，又重复前一过程，又形成第二次第三次坍塌，如此反复不已。所以加快钻井速度，争取在泥页岩大规模坍塌之前把井完成，是最经济最有效的办法。,井壁失稳与坍塌卡钻的原因,钻井液的性能和流变性 钻井液的循环排量大返速高,呈紊流状态，容易冲蚀井壁地层，引起坍塌，但是如果钻井液循环排量小返速低呈层流状态，某些松软地层又极易缩径。而且在已经发生井塌的情况下，不得不增大排量和返速，否则，不足以将塌块带出。高粘高切低滤失量的钻井液有助于防塌，也有利于携带岩屑，但不利于提高钻速。所以应对现场发生的情况，进行具体分析，权衡利弊，找出矛盾的主要方面，才能采取合理的对策。,井壁失稳与坍塌卡钻的原因,井斜与方位的影响 在同一地层条件下，直井比斜井稳定，而斜井的稳定性又和方位角有关系，位于最小水平主应力方向的井眼稳定，位于最大水平主应力和最小水平主应力方向中分线的井眼较稳定，而位于最大水平主应力方向的井眼最不稳定。 钻具组合 为了保持井眼垂直或稳斜钻进，下部钻具往往采用刚性结构，但如钻挺直径太大，扶正器过多，下部钻具与井壁之间的间隙太小，起下钻时很容易产生压力激动，导致井壁不稳。,井壁失稳与坍塌卡钻的原因,钻井液液面下降 液柱压力降低，引起井塌，这主要由以下原因造成：起钻时未灌钻井液或灌人数量不足，或者名义上是灌了钻井液，实际上未将钻井液灌入井内；下钻具或套管时，下部装有回压阀，但未及时向管内灌注钻井液，以致回压阀挤毁，环空液体迅速倒流；在注低密度解卡液时，管内外形成很大压差，若地面管线或阀门发生故障，也会使环空液体迅速倒流；突发性井漏，井内液面迅速下降。所有这些情况，都会使地层失去支持力而发生井塌。,井壁失稳与坍塌卡钻的原因,压力激动 如开泵过猛，下钻速度过快，易形成压力激动，使瞬间的井内压力大于地层破裂压力而压裂地层。起钻速度过快易产生抽吸压力，抽吸压力和钻井液粘度、切力、下部钻具结构,起钻速度有直接关系，一般情况下相当于减少钻井液密度 010013gcm3，但是在钻头泥包的情况下，抽吸压力是相当大的，使井内液柱压力低于地层坍塌应力，促使地层过早地发生坍塌。在起下钻过程中，通过并眼破坏区域时，由于钻具的扰动，也可以造成井塌。,井壁失稳与坍塌卡钻的原因,井喷引起井塌 井喷后，一方面由于油气的混人，使钻井液液柱压力降低，一方面由于高速油气流的冲刷，破坏了井壁滤饼，也破坏了井眼周围结构薄弱的岩层，所以井喷时总是夹带着大量的砂石喷出地面。当冲落的砂石达到一定的数量，油气流无力将其举升到地面时，就堵塞了环空，有些井自动停喷，就是这个道理。 在钻井过程中，轻微的井塌是经常出现的，从返出井口的岩屑中可以看出，20一 40的岩屑不是钻屑而是坍塌碎屑。从电测井径的数据也可以看出，井径扩大的现象是普遍存在的，而扩大的井段主要是泥页岩井段。不过这种轻微的坍塌不会给钻井施工造成困难。但是若遇到裂缝发育而吸水性又强的泥页岩，在短期内就会形成大规模的坍塌，裸露一层，剥蚀一层，连续不断，以致使钻井作业无法进行，甚至埋死钻具，造成坍塌卡钻，这就是非常严重的问题了。,井壁坍塌的特征,1、在钻进过程中发生坍塌 如果是轻微的坍塌，则返出钻屑增多，可以发现许多棱角分明的片状岩屑。如果坍塌层是正钻地层，则钻进困难，泵压上升，扭矩增大，钻头提起后，泵压下降至正常值，但钻头放不到井底。如果坍塌层在正钻层以上，则泵压升高，钻头提离井底后，泵压不降，且上提遇阻下放也遇阻，甚至井口返出流量减少或不返。 2、起钻时发生井塌 正常情况下，起钻时不会发生井塌。但在发生井漏后，或在起钻过程中未灌钻井液或少灌钻井液，则随时有发生井塌的危险。井塌发生后，上起遇阻，下放也遇阻，而且阻力越来越大，但阻力不稳定，忽大忽小。钻具也可以转动，但扭矩增加。开泵时泵压上升，悬重下降，井口流量减少甚至不返，停泵时有回压，钻杆内反喷钻井液。,井壁坍塌的特征,3、下钻前发生井塌 井塌发生后，由于钻井液的悬浮作用，塌落的碎屑没有集中，下钻时可能不遇阻，但井口不返钻井液，或者钻杆内要反喷钻井液。如果塌落的碎屑集中，则下钻遇阻，当钻头未进入塌层以前，开泵正常，当钻头进人塌层以后，则泵压升高，悬重下降，井口返出流量减少或不返，但当钻头一提离塌层，则一切恢复正常。向下划眼时，虽然阻力不大，扭矩也不大，但泵压忽大忽小，有时会突然升高，悬重也随之下降，井口返出的流量也呈现忽大忽小的状态，有时甚至断流。从返出的岩屑中可