钻井事故处理与典型事故处理实例PPT课件.ppt

钻井工程事故处理与典型事故处理实例 1 1发生井下复杂与事故的因素 诊断及处理原则2事故的种类 发生的原因及预防与处理3处理事故中的主要技术工具4处理钻井工程事故中应主要关注的问题5典型钻井工程事故处理实例 目录 2 前言 钻井是一项隐蔽的地下工程 存在着大量的模糊性 随机性和不确定性 是一项真正的高风险的作业 对象是地层岩石 目标是找油找气 在钻井作业中 由于对深埋在地壳内的岩石的认识不清 客观因素 或技术因素 工程因素 以及作业者决策的失误 人为因素 往往会产生许多井下复杂情况 甚至造成严重的井下事故 轻者耗费大量人力 财力和时间 重者将导致油气资源的浪费和全井的废弃 据近年来的钻井资料分析 在钻井过程中 处理井下复杂情况和钻井事故的时间 约占钻井总时间的3 8 正确处理因地质因素产生的井下复杂情况 避免或减少因决策失误 处理不当而造成的井下事故是提高钻井速度 降低钻井成本的重要途径 也是钻井工程技术人员 包括现场钻井监督 的主要任务和基本功 3 1 发生井下复杂与事故的因素 诊断及处理原则 造成井下复杂与事故的因素地质因素工程因素复杂与事故的诊断井下复杂情况诊断井下事故诊断井下复杂与事故的处理原则安全原则快捷原则科学诊断原则经济原则 4 1 发生井下复杂与事故的因素 诊断及处理原则 造成井下复杂与事故的因素 地质因素 5 1 发生井下复杂与事故的因素 诊断及处理原则 造成井下复杂与事故的因素 工程因素 6 1 发生井下复杂与事故的因素 诊断及处理原则 复杂与事故的诊断 井下复杂情况诊断 7 1 发生井下复杂与事故的因素 诊断及处理原则 复杂与事故的诊断 井下事故诊断 8 1 发生井下复杂与事故的因素 诊断及处理原则 井下复杂与事故的处理原则 安全原则 井下复杂与事故多种多样 井下情况千变万化 处理方法 处理工具多种多样 魔高一尺 道高一丈 但总的原则是将 安全第一 的思想 贯彻到事故处理全过程 从制订处理方案 处理技术措施 处理工具的选择以及人员组织等均应有周密的策划 重大事故还应制订应急方案 如井喷 着火等 在处理井下复杂过程中 尤为小心 稍有不慎 就可能造成事故 而在处理事故过程中的失误又可能使事故更加恶化 安全原则体现在对事故性质 井下情况准确分析和判断的基础上 在处理中使事故严重程度逐渐减轻 不致加重 因此 入井工具 器材 药品 严格质量检验 下得去 能起出 用得上 操作人员应熟知入井打捞工具的结构和正确使用方法 处理方案中还应包括人员设备的防护和环境保护等措施 9 1 发生井下复杂与事故的因素 诊断及处理原则 井下复杂与事故的处理原则 快捷原则 复杂与事故随着时间的推移而恶化 尤其是卡钻事故与井喷事故 要求在短期内进行处理 不能延误时间 快捷原则体现在迅速决策制订处理方案 甚至制订几套处理方案 迅速组织处理工具与器材 加快处理作业进度 协调工序衔接 减少组织停工 同时有几套处理方案时应优选其中最有把握 最省时 风险最小的方案 实施第一方案时 同时准备第二方案 要做到心中有数 要有预见性 不能看一步 走一步 时间就是效益 旷日持久 劳师无功 必然会影响信心 降低士气 精力分散 更容易出问题 要做到处理一次 有一次收获 增加一份信心 提高一份士气 10 1 发生井下复杂与事故的因素 诊断及处理原则 井下复杂与事故的处理原则 科学诊断原则 科学诊断原则就是还原复杂与事故的本来面貌 这一原则应贯穿在处理的全过程中 要认真收集现场 井下 第一手资料 特别是操作者提供的直接信息 科学的分析 去伪存真 准确地描绘井下情况 切忌主观臆断 或仅凭以往的经验 武断做出结论 在处理过程中还应对井下情况进行必要的计算和草图绘制 以及时纠正或补充处理方案 使处理方案尽可能切合实际 做到 事半功倍 少犯错误 加快处理进度 减少经济损失 11 1 发生井下复杂与事故的因素 诊断及处理原则 井下复杂与事故的处理原则 经济原则 根据事故性质 地质条件 工具 器材供应状况 技术手段等 全面分析 评估事故处理的时间与费用 根据处理方案对比 经济合算 则继续处理下去 若处理时间长 费用太高 则停止处理 另想其它办法 如条件许可 移井位重钻或原井眼填井侧钻等 事故处理费用包括 预计事故处理时间的钻机日费 处理事故时井下工具 钻具的租赁费 处理事故消耗的材料费 技术服务费或其它费用 移井位费用预算 搬迁费 钻前工程费 钻达事故井深的进尺费 填井侧钻费用预算 技术服务费 打水泥塞费 测井费 侧钻工具与人工费等 材料费 钻达事故井深的时间费用 钻井工程事故处理与典型事故处理实例 培训教材 主要参考蒋希文编著的 钻井事故与复杂问题 石油工业出版社出版 一书 典型事故 处理实例是选取了三个不同探区的深探井中不同性质事故的具体处理方法 对我们从事现场具体技术工作或遇到类似的事故处理中可吸取经验与教训 开阔视野 少犯错误 更好地做好本职工作 12 卡钻事故卡钻事故发生的原因 预防与处理卡钻事故处理通则卡钻事故处理程序钻具断落事故井下落物事故下套管作业中的复杂与事故注水泥作业中的复杂与事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 13 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 卡钻事故 钻柱在井内某井段被卡 致使整个钻柱失去自由 不能上下活动和转动 叫做卡钻 由于造成卡钻的原因不同 卡钻按其性质分为粘吸卡钻 坍塌卡钻 砂桥卡钻 缩径卡钻 键槽卡钻 泥包卡钻 落物卡钻和钻头干钻卡钻等 14 卡钻事故发生的原因 预防与处理 卡钻事故一般发生在钻进 接单根 循环钻井液和起下钻过程中 钻柱落井也容易造成卡钻 为了对比各种不同卡钻的主要特征 发生原因 预防措施和处理方法 将8种不同性质的卡钻列入下面的表中 卡钻事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 15 卡钻事故发生的原因 预防与处理 粘吸卡钻 卡钻事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 16 卡钻事故发生的原因 预防与处理 坍塌卡钻 卡钻事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 17 卡钻事故发生的原因 预防与处理 砂桥卡钻 卡钻事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 18 卡钻事故发生的原因 预防与处理 缩颈卡钻 卡钻事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 19 卡钻事故发生的原因 预防与处理 键槽卡钻 卡钻事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 20 卡钻事故发生的原因 预防与处理 泥包卡钻 卡钻事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 21 卡钻事故发生的原因 预防与处理 落物卡钻 卡钻事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 22 卡钻事故发生的原因 预防与处理 钻头干钻卡死 卡钻事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 23 卡钻事故处理通则 卡钻事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 卡钻事故发生后 应首先考虑的问题是为顺利解除事故创造条件 维持钻井液循环 保持井筒畅通 卡钻后 一旦水眼或环空被堵 循环丧失 就失去了浸泡 爆炸松扣的可能 并诱发井塌和砂桥的形成 加重卡钻事故处理的难度 保持钻柱的完整性 卡钻后 在提拉 扭转钻柱时 不能超过钻杆的允许拉伸负荷和允许扭转圈数 一旦钻杆被拉断和扭断 断口不齐 会造成打捞工具套入困难 同时下部钻柱断口会被钻屑和井壁落物堵塞 给打捞作业造成极大困难 切忌将钻杆螺纹扭得过紧 联接螺纹紧扣后 将会给倒扣作业造成困难 更可能使打捞工具损坏 延长处理时间 24 卡钻事故处理程序 卡钻事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 不同性质的卡钻事故 有不同的处理程序 总结起来 多数卡钻事故的处理方法 总是遵循以下6个处理程序 一通 保持水眼畅通 恢复钻井液循环 二动 活动钻具 上下提拉或扭转 以提拉为主 三泡 注入解卡剂 对卡钻部位进行浸泡 四震 使用震击器震击 单独震击或泡后震击 五倒 套铣 倒扣 六侧钻 在鱼顶以上进行侧钻 25 卡钻事故处理程序之一 卡钻事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 26 卡钻事故处理程序之二 卡钻事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 27 钻具断落事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 钻具断落事故是钻井作业中常见的事故之一 若井况正常 处理也容易 成功率较高 若井筒条件差 井况复杂 可伴随卡钻事故发生 处理不慎 也会造成复杂事故 钻井作业中常见的钻柱事故与处理方法见下面的表 28 钻具断落事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 29 钻具断落事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 30 井下落物事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 井下落物是指碎小的不规则或没有打捞部位或无法与打捞工具连接的落物 如牙轮 刮刀片 手工具等 这些落物掉到井底 给钻头正常钻进造成困难 蹩坏牙齿或刀片 掉到钻头或钻具稳定器上可直接造成阻力 起下钻挂卡 当嵌入井壁后 起下钻随时掉入井底或钻头上部 成为隐患 钻井中常见的井内落物事故与处理方法见下面的表 31 井下落物事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 32 井下落物事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 33 下套管作业中的复杂与事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 套管事故是指在下套管作业过程中或套管串部件满足不了正常工艺要求以及注水泥后套管本体失效等影响油井寿命和正常工作的缺陷 下套管作业中最常见的复杂与事故是卡套管 循环梗阻 循环失效 套管挤毁 套管断裂和套管泄露等6方面问题 这些复杂与事故产生的原因 预防与处理方法见下面的表 34 下套管作业中的复杂与事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 35 下套管作业中的复杂与事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 36 注水泥作业中的复杂与事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 注水泥作业是建井过程中最后也是最主要的一道工序 它关系到一口井的质量与寿命 钻井技术工作者对注水泥作业应给予极大的关注 不容许有任何疏漏 但由于地层因素 管材 器材质量以及技术因素等造成注水泥作业产生漏失 蹩泵 不碰压 窜槽和漏封等复杂和事故发生 这些复杂与事故的主要原因与采取的措施见下面的表 37 注水泥作业中的复杂与事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 38 注水泥作业中的复杂与事故 2 事故的种类 发生的原因及预防与处理 39 3 处理事故中的主要技术工具 震击解卡工具震击器的结构特点震击解卡工具的种类震击器的工作原理震击器的操作技术倒扣 切割工具套铣工具打捞井内钻具断落工具井底落物打捞工具 40 震击解卡工具 3 处理事故中的主要技术工具 震击解卡工具主要用于钻柱被卡后提供撞击力 使被卡钻柱松动而解卡 与上提下放活动钻具的区别在于震击器提供了强大的动能 并将这种动能在极短的时间内转换成撞击力施加给卡点 震击解卡工具是结构较为复杂的事故处理工具 根据作用原理不同基本上可分为液压和机械两种 以其提供作用力的方向不同又可分为上击器与下击器 41 震击器的结构特点 3 处理事故中的主要技术工具 震击解卡工具的结构特点是 能提供循环钻井液的通道 满足事故处理工艺要求 能传递扭矩 心轴与外筒之间不能有周向运动 必须有寿命可靠的密封 保持持久的工作能力 要有承受高压高温提供高速运动的储能机构 要有强度极高的震击偶 撞击锤与震击垫 具有调节动载的调节机构 工具两端具有与钻柱联接的螺纹 42 震击器解卡工具的种类 3 处理事故中的主要技术工具 震击解卡工具的种类 根据用途分为解卡震击器与随钻震击器 根据加放位置不同分为地面震击器与井下震击器 根据原理不同分为液压震击器与机械震击器 根据作用力方向不同分为上击器与下击器等 常用的震击解卡工具的工作原理与使用方法见下面的表 43 震击器解卡工具的种类 3 处理事故中的主要技术工具 44 震击器解卡工具的种类 3 处理事故中的主要技术工具 45 震击器的工作原理 3 处理事故中的主要技术工具 液压上击器的工作原理 目前现场使用的上击器利用液压式的居多 即利用液缸内活塞运动的阻尼将上部钻柱伸长 将变形能储存在液缸内 相当于阻尼弹簧 当活塞运移到一定距离后 解除阻尼 储存在液体内的能量被释放上部钻柱迅速收缩将弹性能转变成动能 向上撞击被卡钻具 46 震击器的工作原理 3 处理事故中的主要技术工具 液压上击器的工作原理 随钻液压上击器工作原理示意图 47 震击器的工作原理 3 处理事故中的主要技术工具 液压上击器的工作原理 液压解卡上击器工作原理示意图 48 震击器的工作原理 3 处理事故中的主要技术工具 液压上击器的工作原理 复位 活塞下行 钻具下放 下液腔的液体通过活塞旁通孔流至上液腔 此动作为无阻流动 拉伸 向上提拉钻柱 活塞下滑 上液腔液体通过活塞下部的阻尼孔 缓慢流入下液腔 活塞缓慢上行 钻具被拉变形伸长 上液腔压力增高 释放 活塞上行至压力释放腔后 阻尼解除 被拉伸变形的钻柱迅速收缩 活塞加速向上运动 震击 钻柱收缩释放储存的弹性能 迫使震击垫撞击承击体 产生强有力的上击作用 并将此动载传递给下部钻具的卡点 49 震击器的工作原理 3 处理事故中的主要技术工具 机械下击器的工作原理 机械下击器是利用摩擦卡瓦副的变形储存能量 当卡瓦副释放时 将变形能转变成下击时的动能 传递给卡点 地面下击器和随钻下击器属于机械下击器 机械下击器 摩擦卡瓦副 的工作原理见右图 卡瓦接触受力 卡瓦心轴带动卡瓦移至限位点 可调节震击吨位 摩擦卡瓦棱带接触 心轴继续移动 钻柱变形 拉伸或压缩 提供了摩擦卡瓦变形的摩擦力 储存能量迫使卡瓦棱带胀大 变形能释放 当心轴的棱带通过卡瓦棱带后 滑脱 钻柱突然收缩 向下或向上撞击 将震击力传递给卡点 摩擦卡瓦副工作原理示意图 50 震击器的操作技术 3 处理事故中的主要技术工具 随钻震击器 联结在钻柱中和点以上 震击器以下钻铤在钻井液中的重量应大于设计钻压 使上击器处于拉伸状态 下击器处于拉开状态 并在上击器以上至少联接3根钻铤 直井眼中钻进 上下震击器可直接连接在一起 上震击器在下震击器之上 在定向井和弯曲井眼中 在上下震击器之间应联接1 3根加重钻杆 以减小刚度 震击器以上的钻铤和工具接头的外径不应大于震击器的外径 震击器的外径应小于或等于下部钻铤的外径 以防止震击器以上的钻柱被卡 正常钻进中 上下震击器均应处在被拉状态 送钻必须均匀 防止溜钻与顿钻 否则会损坏工具 需上击时 下放钻柱 活塞下行回位 应计算好震击器以上钻具重量 下放量在井口做好标记 然后上提钻柱至设计吨位 刹车等候震击 震击后下放钻柱 使活塞回位 在开始第二次震击操作 需下震时 先提钻柱使其复位 然后下放钻具 使其震击 震击后再上提钻柱复位 再开始第二次下震 震击器起出地面时 呈拉开状态 应清洗干净 装好心轴卡箍 51 震击器的操作技术 3 处理事故中的主要技术工具 解卡液压上击器 解卡液压上击器 应尽可能靠近卡点安装 震击器下连接安全接头 震击器上部连接钻铤3 6根后连接液压加速器 上部再连接钻铤和加重钻杆 震击器操作过程同随钻上击器 52 震击器的操作技术 3 处理事故中的主要技术工具 机械上击器与地面下击器 机械上击器与地面下击器都是利用摩擦卡瓦副的挠性变形 提供钻柱的变形能 对卡点产生撞击力 但是不同的是地面震击器在卡瓦滑脱后利用下部钻具的重量进行下击 工具本身没有震击偶 而机械上击器是利用上部钻柱的弹性能进行上击 在卡瓦滑脱后 上部钻柱迅速回缩 撞击震击垫 给卡点强有力的上击力 另一个区别是地面震击器的调节震击力在地面执行 而机械上击器调节震击力在井口转动钻具 每次1 3圈 考虑钻柱与井壁的摩擦力每千米转动一圈 机械上击器 地面下击器 53 震击器的操作技术 3 处理事故中的主要技术工具 机械上击器与地面下击器 地面下击器调节震击吨位时 不能超过卡点以上的钻柱重量 当下部钻柱重量超过震击器允许震击吨位时 拉力不能超过震击器允许的吨位 自由段钻柱上提后的伸长量 不得超过工具的工作行程 地面震击器在浅井中使用效果较差 在操作中防止大绳跳槽 或大钩 吊环震脱 使用机械上击器与地面下击器 均不能给工具施加扭矩 54 倒扣 切割工具 3 处理事故中的主要技术工具 倒扣或切割是在浸泡 震击之后仍不能解除卡钻的条件下进行的下一步处理事故程序 外切割和倒扣一般用于被卡的钻柱或钻铤 而内切割一般用于管径较大的被卡管柱 如套管等 自由段管柱的倒出一般采用原管柱转盘倒扣或测卡点后爆炸松扣 后一种方法能将卡点以上的自由段管柱尽可能多的倒出来 对被卡管柱只能采用正扣钻杆套铣 使用反扣钻杆带反扣公锥倒扣 常用于倒扣与落鱼切割的井下打捞工具见下面的表 倒扣工具有测卡仪 爆炸松扣 反扣钻杆 倒扣接头 倒扣捞矛与倒扣打捞筒等 其结构 原理 使用方法 详见参考书 钻井事故与复杂问题 第一章第十一节 55 倒扣 切割工具 3 处理事故中的主要技术工具 56 倒扣 切割工具 3 处理事故中的主要技术工具 57 套铣工具 3 处理事故中的主要技术工具 常见的套铣工具有铣鞋 铣管 防掉接头 套铣倒扣器和套铣防掉矛 其结构特点与使用方法见下面的表 结构与工作原理详见参考书 钻井事故与复杂问题 第一章第十一节 58 套铣工具 3 处理事故中的主要技术工具 59 套铣工具 3 处理事故中的主要技术工具 60 打捞井内钻具断落工具 3 处理事故中的主要技术工具 井内钻具折断 脱扣 滑扣 以及钻具倒扣作用 井内打捞工具最常用的是公锥 母锥 卡瓦打捞筒 卡瓦打捞矛等打捞工具 其用途与使用方法见下面的表 61 打捞井内钻具断落工具 3 处理事故中的主要技术工具 62 井底落物打捞工具 3 处理事故中的主要技术工具 打捞井底落伍工具常见的有一把抓 打捞杯 打捞篮 打捞筒等其工作原理与使用方法见下面的表 结构详见 钻井事故与复杂问题 第三章 第四节 63 井底落物打捞工具 3 处理事故中的主要技术工具 64 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题 探鱼顶井内安全问题处理事故中的有关计算卡点位置计算压差卡钻程度的计算上击器震击动载计算下击器震击动载计算钻柱在井筒内自由降落时的速度与对井底冲击力计算处理井下事故常用的钻柱结构 65 探鱼顶 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题 钻具折断或掉落井内 探鱼顶时 往往与计算鱼顶有很大误差 不仔细分析 可能会得出错误结论 延误事故处理时机 引起鱼顶误差主要原因有两方面 一是打捞钻柱与原钻柱结构不同 自重变形量不一致 更主要的是折断后的钻柱在井内的受力状态变化 断落点以上的钻柱 由于下部钻柱重量卸载 变形量减少 钻柱收缩 断点上移 而下部落鱼自重失稳产生弯曲和压缩变形 断点下移 井越深断点越靠近井口 鱼顶误差越大 断点靠近钻头误差最小 具体情况应具体分析 不能误判 66 井内安全问题 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题 在制定事故处理方案时 对井下安全应考虑周全 入井钻具要下得去 能起出 不能事故上再加事故 所有打捞工具均应连接在安全接头之下 入井工具全部检查并绘图 外形尺寸与打捞尺寸 在打捞钻柱中一律不许加入稳定器 大钻具尽可能少用 螺纹连接必须紧固 起钻时不能用转盘卸扣 处理卡钻前 提拉 扭转 一定要严格检查绞车 滚筒 钢丝绳 刹车 传动系统 指重表 扭矩表等记录仪表 保护好井口 起钻后盖好 高压井应有专人观察井口 使用震击解卡工具 应严格遵守操作规程 根据井内钻具现有质量 确定提拉或下放吨位 及时调节工具的震击吨位 切忌强扭硬拉 一定要保证在钻柱的强度范围内 67 处理事故中的有关计算 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题 在处理事故中 钻井工程技术人员为了更准确判断井下情况 合理使用打捞工具 分析或估计打捞效果 须进行必要的计算 必须做到心中有数 在计算时这些公式或模式都是理论上的或理想化的 只能做参考 因井下情况复杂 某些影响因素无法准确考虑 但计算是必要的 不能因存在误差而否定必要的计算 68 处理事故中的有关计算 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题 卡点位置计算 卡点深度 自由段钻柱长度 计算出来的卡点位置在现场有时存在较大误差 其原因是 钻柱的横截面积A是不确定的 磨损后管的内外径都有变化 而且每根管壁厚度都不一样 未考虑钻杆接头的影响 钻杆接头部分为加厚管 约占钻杆长度的0 8 1 0 影响计算精度 指重表误差 井壁摩擦力等影响拉力值的精确度 实际上 现场将井内被卡钻柱认定为钻铤部位 即浸泡时注入量以大钻柱为目标 69 处理事故中的有关计算 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题 压差卡钻程度的计算 滤饼性质影响卡钻程度 其影响主要表现在三方面 一是虑饼的摩阻系数 二是虑饼的厚度 影响钻柱的接触面积 三是虑饼的渗透性 影响压力传递 接触面积A与井眼尺寸 钻柱外径有关 相同井眼尺寸内 钻柱外径越大 接触面积越多 井斜角大 钻柱与井壁接触几率也越大 卡钻也容易发生 压差 压差越大 卡钻程度越严重 加重钻井液容易造成卡钻的原因是在压差的作用下容易将钻柱推向井壁 造成卡钻 70 处理事故中的有关计算 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题 压差卡钻程度的计算 按公式中的表述 当压差pm pd 0时 不存在卡钻 因F 0 浸泡卡钻原理 除降低 滤饼的 摩阻系数 外 也可降低压差减少卡钻程度 因此 此公式很有指导意义 但是在某些条件下 压差不大或负压时 也发生井壁卡钻 原因在哪里 将井壁卡钻的主因归结为压差 称为压差卡钻 将井壁卡钻的主因归结为虑饼性质 称为粘吸卡钻 所谓粘吸卡钻 就是由水基钻井液中负电分散体系 粘土以及处理剂的负电水化效应 与钻柱表面游离的铁离子正电荷的相互吸引而产生的粘吸卡钻 压差是条件 根本原因是粘吸 如改变钻井液体系 即使存在压差 井壁卡钻的几率也将大大减小 公式中接触面积A 若A 0 则F 0 即钻柱不与井壁接触 虽然接触 不给相对静止接触的时间 转动 卡钻的可能性也减少 这就告诉我们 在钻进中减少卡钻的条件是 不给钻柱静止停留在井筒内的时间 而且静止时间越长卡钻越严重 71 处理事故中的有关计算 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题 上击器震击动载计算 Q上 震击器的结构参数h一定时 设计确定 震击动载Q上与C2成正比 而C2与L2成反比 与F2成正比 即震击器越靠近卡点 L越短 下部钻具直径越大 则动载越大 Q上与 L1成抛物线关系 当 L1的值超过h的一半后Q增加很快 当 L1值增加到一定程度后 动载Q增加缓慢 而 L1与上提力p成正比 因此上提力p的大小确定动载大小 当 Lh 2时 Q上 0 即上提力太小 是变形量 L等于或小于自由形成的一半时 震击器空击 上击器震击模型 72 处理事故中的有关计算 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题 下击器震击动载计算 Q下 动载QT与震击器自由行程h的平方根成正比 当h一定时 与震击器上部钻柱重量成正比 下击器震击模型 73 处理事故中的有关计算 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题 钻柱在井筒内自由降落时的速度与对井底冲击力计算a 钻柱在井筒内自由降落时的速度 落鱼的长度L与直径越大 井眼与钻柱的间隙越宽 井斜角越小时 下落速度越快 钻井液动力粘滞系数 滤饼的摩擦系数越大 会减缓钻柱的下降速度 落鱼在井筒内降落时受力状态 74 处理事故中的有关计算 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题 钻柱在井筒内自由降落时的速度与对井底冲击力计算b 自由降落钻柱对井底的冲击力 mv FT T 钻柱与井底岩石碰撞接触时间与岩石的刚度 硬度 有关 硬地层时间短 塑性地层碰撞时有塑性变形 接触时间长 钻柱降落距离越大 速度v越大 钻柱重量越大 地层越硬 对井底的碰撞力越大 接触时间T短 将会对钻头钻具造成极大破坏 75 处理事故中的有关计算 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题 钻柱在井筒内自由降落时的速度与对井底冲击力计算c 自由降落钻柱 带钻头 对三牙轮钻头的破坏 落鱼钻头与井底碰撞后受力状态 76 处理井下事故常用的钻柱结构 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题 77 5 典型钻井工程事故处理实例 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故事故发生经过事故原因分析事故处理经过经济损失与经验教训塔里木盆地丰南1井卡钻事故概况12 井眼裸眼侧钻技术9 套管内开窗侧钻技术几点认识青海柴达木鸭深1井减振器折断事故概况事故处理经过事故原因分析 78 5 典型钻井工程事故处理实例 事故发生时间 1998年12月19日7 00事故处理结束时间 1999年6月15日事故发生井深 311 2mm井眼 3042 05m 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 79 该井为松辽盆地西部断陷古龙断陷北部葡萄花构造上的一口预探井 完钻井深5500 00m 1998年7月18日开钻 使用F320钻机 1998年12月19日使用 311 2mmHA517钻头钻至井深3042 05m泉一段地层时 进尺慢 泵压下降1MPa 检查泵时发现活塞刺 分析钻头到后期 钻头进尺86 62m 使用93 35小时 决定起钻 13 00起至井深1049 00m 钻头已进入技套井段内 技套下深1587 25m 时 因转盘输出轴承损坏 准备换轴承 间断循环钻井液 22 00开泵时 方钻杆跳动 悬重下降350KN 判断为钻具折断 12月20日7 30起完钻 发现 178mm钻铤与 203mm钻铤间的配合接头631 410外螺纹根部 2扣处 断裂 落鱼长度 311 2mm钻头 305mm近钻头稳定器 229mm双向减振器 305mm稳定器 229mm钻铤 2根 305mm稳定器 229mm钻铤 3根 731 630接头 203mm钻铤 12根 总长164 52m 见图5 1 鱼顶深 2877 53m 落鱼行程 1948 05m 落鱼在钻井液中重量 钻井液密度1 18g cm3 正电胶钻井液体系 336 94KN 计算重量 事故发生经过 5 典型钻井工程事故处理实例 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 80 5 典型钻井工程事故处理实例 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 事故发生经过 81 事故原因分析 5 典型钻井工程事故处理实例 本井 311 2mm井眼从井深1588 00m使用PDC钻头 满眼钻具结构钻进 在井深2394 02m和2466 40m钻铤外螺纹断裂2次 使用 114mm公锥打捞一次成功 以后使用牙轮钻头 满眼钻具结构 在井深2618 32m 2751 78m 2815 43m和2861 22m断4次钻铤 2次使用卡瓦打捞筒 2次使用公锥顺利捞获 前6次断钻铤均发生在钻进中 本次接头折断是第7次 发生在起钻过程中 本井使用的钻铤全是国产修复钻铤 入井前已经长时间使用 均属于疲劳破坏 本次事故处理完后 采用进口钻铤 本次钻铤落井是由于631 410接头外螺纹刺断造成 泵压下降1MPa 钻速慢 钻井液短路循环 判断为泵活塞刺 误判 因而起钻时未采取有效应急措施 起钻至1049 00m时 又长时间循环 加剧了刺口加大 终因下部钻具太重而断裂 起出断口仅有2cm的新截面长度 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 82 事故处理经过 5 典型钻井工程事故处理实例 一起普通的钻铤落井事故 由于在打捞过程中又发生第二次落鱼掉井 使井下情况复杂化 因而延误了事故处理时间 本次事故处理共分4个阶段 历经5个月25天 其中事故处理时间118天20小时 组织停工时间53天18小时 直接经济损失843万元 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 83 5 典型钻井工程事故处理实例 第一阶段 1998年12月20日 1999年元月20日 用31天时间10次打捞 5次下公锥 1次下卡瓦打捞筒 4次下丝锥 共捞获落鱼159 08m 井内余落总长5 44m 钻头 近钻头稳定器与1 2减振器长度 打捞情况见下表 事故处理经过 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 84 5 典型钻井工程事故处理实例 第一阶段打捞作业评述 落鱼长164 52m 净重336 94KN 落鱼行程1948 05m 在井筒内是自由落体 当高速降落时 同时又受到液体的阻力 阻力与下降速度的平方成正比 当阻力平衡钻具重力时 落鱼在井筒内等速下降 利用冲量等于动量原则 mv F T 可计算出钻具冲向井底的动载 而这种动载直接作用在钻头上 由于钻铤是弹性体 本身还加有减振器 这种动载依次向上传递 逐渐减弱 直接受力的钻头被破坏 这种破坏有2种形式 一是牙轮轴折断 弯曲变形 二是巴掌焊缝断开 巴掌开裂涨大 受井底井壁限制 在井径缩小处便造成卡堵 本井第一次打捞成功后起钻至1612m时遇卡 便是由于钻头巴掌裂开造成的 起钻时应采用相应的措施 避免卡阻 第二次落井落鱼行程1430 05m 再次对钻头造成损伤 同时使落鱼钻具断成3段 从上至下分别为117 03m 18 11m 29 38m 第五次下钻打捞 将剩余的29 38m捞获后 鱼顶起钻至1788 00m遇卡 同样是由于钻头巴掌裂开涨大所致 由于落鱼重量轻 钻头巴掌已被卡死 未能落到井底 第六次下钻打捞 鱼顶上提至1727 98m遇卡 上提1300KN 落鱼卡死 将减振器螺纹拉断 起出23 94m 鱼长5 44m 鱼顶深1751 92m 第七次下丝锥打捞是错误的决策 减振器螺纹被拉断 可见落鱼卡死的程度 即使打捞成功 还能拔出来吗 事故处理经过 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 85 5 典型钻井工程事故处理实例 第二阶段 1999年元月20日 1999年2月6日 17天时间打捞丝锥 下钻12次 接头对扣5次 卡瓦打捞筒6次打铅印1次 均未成功 打捞情况见下表 事故处理经过 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 86 5 典型钻井工程事故处理实例 第二阶段打捞作业评述 第二阶段打捞丝锥作业费时17天 一无所获 此阶段作业的指导思想 仍然是建立在井壁泥饼厚 井眼小被卡的设想上 对井下落鱼被卡的性质和严重程度分析不够 此阶段作业是可以不进行的 应直接进行套铣 因已被卡死 事故处理经过 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 87 5 典型钻井工程事故处理实例 第三阶段 1999年2月7日 1999年5月19日 101天 套铣被卡在井筒1751 22m 1757 19m的落鱼 共套铣47次 磨铣3次 打铅印2次 打捞5次 套铣后被卡落鱼掉入井底 最后下卡瓦打捞筒捞出全部落鱼 鱼长2 54m 钻头0 16m 螺扶2 02m 减振器0 36m 比原鱼长少3 43m 近钻头稳定器棱被全部磨掉 直径为187mm 225mm 钻头巴掌全部铣掉 仅剩水眼部分 在磨铣过程中 钻头巴掌全部铣掉 仅剩水眼部分 在磨铣过程中 带打捞杯 共捞出金属屑重量21 05kg 套铣情况见下表 事故处理经过 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 88 5 典型钻井工程事故处理实例 第三阶段打捞作业评述 第三阶段套铣作业是完成卡在井深1751 19m 1757 36m井段的落鱼 原落鱼长5 44m 丝锥0 53m 共5 97m 根据使用后的铣头分析 落鱼环隙间有金属掉块 疑为内捞矛卡瓦片和丝锥碎块 在套铣过程中 落鱼逐渐下移 探鱼顶为1754 82m 下移3 43m 1999年5月10日下卡瓦打捞筒打捞时 又将打捞筒下部折断0 91m留在落鱼环隙 后下磨鞋磨进和套铣 将落鱼磨掉了3 29m 当套铣至井深1757 15m时落鱼环隙堵塞物基本清除 落鱼已掉入井底 套铣作业时间101天 计5 97m的落鱼 效率甚低 主要原因是落鱼环隙掉入金属物 卡瓦片和丝锥碎块 事故处理经过 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 89 5 典型钻井工程事故处理实例 第四阶段 1999年5月19日 1999年6月15日费时26天 5次下磨鞋带打捞杯 9次下强磁带打捞杯 2次下牙轮带打捞杯 1次试钻进 共捞出铁屑10 85kg 在磨进中 将井深由3042 05m加深至3061 39m 共磨进19 34m 井底基本清洁 正常钻进 事故解除 此阶段作业情况见下表 事故处理经过 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 90 经济损失与经验教训 5 典型钻井工程事故处理实例 直接经济损失主要由两部分组成 一是处理事故的时间损失费用 按日费计算 二是处理事故用工具 材料以及钻铤损失等 经济损失见下表 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 91 对井下情况判断失误 造成处置措施不当 这是事故处理中致命的问题 关系事故处理的速度与成败 本次断钻具事故实属一般性事故 何以变成复杂事故呢 从一开始 发现泵压下降判断为泵活塞刺 没有考虑钻具刺坏短路的可能性 因而起钻时仍然用转盘卸扣 更为严重的是中途长时间循环 加速刺断 仅剩下2cm长的新断面 使钻铤在井筒内行程1948 05m冲向井底 造成钻头巴掌开裂 牙轮轴折断 不用转盘卸扣 此事故是可以避免的 当第一次公锥捞获后 上提遇阻 应当考虑是钻头巴掌开裂涨大造成的 井壁泥饼因素不是主要的 起钻上提时应采取预防措施 不能提死 上提遇阻后公锥滑脱 第二次中途落井致使落鱼断成3段 减振器联接螺纹涨大 第五次下公锥打捞 鱼顶上提至1727 98m遇阻 上提1300KN 减振器联接螺纹断裂 同样是由于钻头巴掌涨大造成的 从完井电测井径可以看出 1788 6m 1713 6m井段75m平均井径366 7mm 而1788 6m以下井径422 6m 如果钻头巴掌开裂涨大到422 6mm 极端状态下 那么起至小井眼处 直径差60mm 是很难通过的 处理事故的工具选择不当 致使打捞失败 并造成打捞工具部分掉入井内 使事故处理更加困难 如在使用丝锥和内捞矛打捞过程中 操作不当将内捞矛卡瓦片和丝锥下体掉在鱼顶上部 被迫中断落鱼打捞而处理丝锥 处理事故准备不足 工具质量不合格在处理事故过程中 由于等措施 等工具 组织停工达54天 浪费了处理事故的尚佳时机 可能使落鱼在井内的条件恶化 如井塌 沉砂 堵水眼 泥饼增厚等 加工的丝锥不是表面淬火 而是整体淬火 入井后碎裂 套铣头2次碎裂落井 这些都增加了事故处理的难度 5 典型钻井工程事故处理实例 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 经济损失与经验教训 92 5 典型钻井工程事故处理实例 概述 该井位于塔里木盆地阿瓦堤和田下流鼻状构造带阿南二号构造高点上的一口深探井 设计井深6800 00m 使用ZJ 70D钻机 于1997年8月1日开钻 508mm表层下深301 60m 第一层技套 339 7mm下深3216 32m 第二层技套井段采用 311 2mm钻头 于9月12日开钻 到1998年1月4日采用KCL聚合物钻井液 密度1 76g cm3 满眼钻具结构钻至井深5185 38m二叠系上碎屑岩地层时 钻遇高压水层 水层压力当量密度为2 185g cm3 大量地层水侵入井筒 钻井液密度由1 76g cm3下降至1 58g cm3 钻头在井底 由于井壁坍塌造成卡钻 卡钻后经4次浸泡 8次套铣和11次爆炸松扣后 鱼顶井深4317 78m 由于落鱼钻杆水眼堵塞 被迫采用裸眼侧钻 井内落鱼钻具总长827 60m 见图5 3 裸眼侧钻井段4216 78m 4298 85m 最大井斜3 8 方位195 经稳斜与降斜后钻至井深5121 00m后 未钻至原井深5185 38m 目的是避开高压水层 下 244 5mm第二层技术套管 见图5 3 塔里木盆地丰南1井卡钻事故 93 5 典型钻井工程事故处理实例 概述 第二次侧钻在95 8 技术套管内 81 2 钻头钻至井深6005 23m时 钻进中发生井漏卡钻 在81 2 裸眼井段中有一个高压含气水层 5179 00 5207 00m 和一个严重漏失层 5561 50 5565 00m 高压水层压力当量钻井液密度为2 185g cm3 裸眼钻进时钻井液密度为2 20 2 23g cm3 钻进漏失层时采用锯末 核桃壳 云母 蛭石以及MHH等综合堵漏成功 当钻进至井深6005 23m时 转盘扭矩增大 上提3 13m 循环钻井液突然失返卡钻 卡钻后套铣倒扣至鱼顶5149 92m 由于连续发生井漏和溢流 造成套管鞋以下裸眼井段井壁坍塌 在处理井塌过程中又造成反扣钻杆被卡 倒出大部分反扣钻杆后在套管内还余留反扣钻杆落鱼长29 34m 由于在81 2 井眼内已有两段落鱼 下部为正扣钻具鱼长855 31m 上部为反扣钻杆鱼长29 34m 且两落鱼间有长18 95m的砂桥 而上部反扣钻具鱼顶在井深5101 63m 处在95 8 套管内 见图5 4 继续打捞落鱼在技术上存在很大困难 因此决定在95 8 套管内开窗侧钻 塔里木盆地丰南1井卡钻事故 94 5 典型钻井工程事故处理实例 塔里木盆地丰南1井卡钻事故 概述 开窗作业耗时14天 包括开窗前准备工作等 地锚头深度5053 62m 斜铁顶深5049 45m 斜铁底深度5053 03m 窗口顶深度5049 26m 窗口底深度5053 69m 窗口长4 43m 见图2 斜向器斜面角3 出窗口用转盘增斜 最大井斜3 6 方位248 然后稳斜和降斜至井深5300 00m 井斜降至1 7 恢复正常钻进 见图5 5 第一次在121 4 井眼中裸眼侧钻耗时19天 达到侧钻设计要求的夹壁墙厚度 第二次在95 8 套管内开窗侧钻耗时29天 深探井中由于区域地质资料不祥 地质条件复杂情况下发生的卡钻事故 处理很困难 且耗时旷日 增加了探井的钻井成本 在适当条件下采用成熟的侧钻技术也是尽早解除复杂卡钻事故的途径 95 5 典型钻井工程事故处理实例 塔里木盆地丰南1井卡钻事故 12 井眼裸眼侧钻技术侧钻前准备工作 为选择最适宜的侧钻井段和侧钻方位 在侧钻前对鱼顶以上裸眼井段进行了井斜 方位和井径测井 电测井段为3216 00 4310 00m 电测资料表明 121 4 井眼井身质量极佳 在侧钻井段井斜均在1 以内 方位在330 357 之间 因此确定侧钻新井眼的方位为180 200 之间 与原井眼方向相反 水泥塞长度要求不少于150m 设计水泥面深度4186 00m 钻杆下深至4250 00m 水泥面预计返至4100 00m 注前置液3 5m3 注水泥浆20 4m3 密度1 95g cm3 替钻井液 密度1 62g cm3 35 0m3 起钻至井深3872 70m 候凝72h 实际水泥面4165 50m 钻水泥塞至井深4186 00m 准备从此井深造台阶侧钻 96 5 典型钻井工程事故处理实例 塔里木盆地丰南1井卡钻事故 12 井眼裸眼侧钻技术造斜阶段 4186 00 4216 78m井段造斜作业底部钻具结构为121 4 R60ST钻头 73 4 单弯 1 5 螺杆 8 螺旋钻铤 4根 8 随钻振击器 8 螺旋钻铤 1根 造斜钻进技术参数为10 20KN 排量32l s 钻井液密度1 63g cm3 采用单点测斜 在造斜钻进中 井底钻具因发生粘卡频繁 上提活动钻具 致使工具面角经常改变 在井壁造台阶困难 螺杆在井底工作64 00h 进尺30 39m而未能侧出原井眼 只是钻掉了水泥塞 第一次造斜失败 97 5 典型钻井工程事故处理实例 塔里木盆地丰南1井卡钻事故 12 井眼裸眼侧钻技术造斜阶段 4216 78 4256 95m井段针对单弯螺杆造斜失败 为防止粘卡 降低钻井液密度至1 46 1 63g cm3 改单点测斜为SST随钻监测 以保持工具面角不变 同时用直螺杆 带2 5 弯接头 取代单弯螺杆造斜 底部钻具结构同前 只是在弯接头上加一根8 无磁钻铤 钻进参数不变 从井深4216 78m开始造台阶至4235 68m 造斜进尺18 90m 螺杆工作70 00h 井斜从0 4 增至1 4 方位245 离造斜点位移0 32m 钻井液中返出新地层岩屑含量50 表明新井眼已经形成 为了提高造斜效果 在井深4235 68m以下井段使用1 5 单弯螺杆 其它参数不变 钻至井深4256 95m时 螺杆工作83 00h 造斜进尺21 27m 井斜达到2 1 方位186 8 井底位移 相对造斜点 0 92m 返出钻井液中新地层岩屑含量90 以上 表明新井眼已经离开了原井眼 完成了造斜作业 98 5 典型钻井工程事故处理实例 塔里木盆地丰南1井卡钻事故 12 井眼裸眼侧钻技术造斜阶段 增斜钻进采用增斜钻具以转盘增斜 增斜作业底部钻具结构为121 4 HA517钻头 310稳定器 8 无磁钻铤 1根 8 螺旋钻铤 13根 8 随钻振击器 8 螺旋钻铤 1根 增斜钻进技术参数为钻压200KN 转速60rpm 排量32l s 单点测斜 增斜进尺62 90m 至井深4298 58m时 井斜3 8 方位195 井底位移 相对造斜点 2 62m 表明新井眼与原井眼已形成了较厚的夹壁墙 99 5 典型钻井工程事故处理实例 塔里木盆地丰南1井卡钻事故 12 井眼裸眼侧钻技术造斜阶段 稳斜侧钻钻进为了达到新井眼与原井眼夹壁墙厚度不少于10m的设计要求 从井深4298 58m以下井段采用稳斜底部钻具结构 稳斜钻进 其钻具结构为121 4 HA517钻头 8 无磁钻铤 1根 310稳定器 8 螺旋钻铤 13根 8 随钻振击器 8 螺旋钻铤 1根 稳斜钻进技术参数为钻压210kN 转速55rpm 排量32L s 稳斜井段进尺163 53m 至井深4462 09m时 单点投测3 5 井底位移 相对造斜点 12 00m 达到设计要求 100 5 典型钻井工程事故处理实例 塔里木盆地丰南1井卡钻事故 12 井眼裸眼侧钻技术造斜阶段 降斜侧钻钻进至井深5121 00m降斜底部钻具结构为钟摆钻具结构 其结构为121 4 HA517钻头 9 振击器 9 螺旋钻铤 2根 310稳定器 8 螺旋钻铤 13根 8 随钻振击器 8 螺旋钻铤 1根 钻进技术参数从4462 09m至4510 00m采用低钻压80 100KN钻进 利用钟摆力降斜 待稳定器进入有降斜趋势的井眼后再恢复正常钻压200 220KN钻进 在井深4633 80m起钻时 单点投测井斜3 0 以下井段仍使用钟摆钻具钻进 直至井深5121 00m 电测井底井段井斜在0 5 左右 121 4 井眼裸眼侧钻进尺904 22m 4216 78 5121 00m 耗时71天 顺利的钻完预计的三完井深 101 5 典型钻井工程事故处理实例 塔里木盆地丰南1井卡钻事故 9 套管内开窗侧钻技术开窗前准备工作 开窗前准备工作是决定开窗作业成败的关键 其中包括井段的选择 地锚和斜向器的固定 开窗工具的准备等 为了确定开窗部位 从鱼顶 5101 63m 以上至4000 00m井段 套管内 进行了井斜 地层倾角 声幅 变密度 自然伽玛和磁性定位等测井 侧钻窗口应选择在套管本体 本井套管钢级为P110 壁厚11 99mm 且套管外水泥环胶结良好 斜向器方向应与原井眼倾斜方向相反 为了顺利开窗 窗口应避免在接箍和装有套管扶正器部位 为使地锚固定牢靠 还应考虑地锚下联接管柱有足够的长度 102 5 典型钻井工程事故处理实例 塔里木盆地丰南1井卡钻事故 9 套管内开窗侧钻技术下地锚 固地锚作业 窗口部位基本上等于斜向器的斜铁相应的深度 为了使斜向器的斜铁部份在套管本体 在确定地锚下联接的管柱长度时应考虑套管柱自重变形伸长后套管接箍位置深度的变化 以磁性定位测井资料为主 理论计算的数据进行校核 以及下地锚时钻具自重变形的伸长量 本井地锚总成长3 37m 在其下部