粘附卡钻培训概要.ppt

粘附卡钻 钻井液技术服务公司 一 粘附卡钻的定义二 粘附卡钻的原因三 粘附卡钻的特征四 粘附卡钻的预防五 粘附卡钻的处理六 处理粘附卡钻应注意的问题 主要内容 粘附卡钻 也叫压差卡钻 是指钻具在井中静止时 在钻井液液柱压力与地层压力之间的压差作用下 将钻具紧压在井壁上而导致的卡钻 与钻井液性能关系最密切 压差卡钻发生后 钻具不能自由活动 或者活动范围很小 但钻井液可以循环 泵压无明显变化 是钻井过程中最常见的卡钻事故 最容易卡住的是钻铤 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 一 粘附卡钻的定义 井壁有滤饼的存在是造成粘吸卡钻的内在原因 因为大多数钻井液是固 液两相流体或者是固 液 气三相流体 其中的固相颗粒附着在井壁上就形成了滤饼 有人认为滤饼是由于钻井液的滤失造成的 没有滤失量就不会有滤饼 人们总认为钻井液在砂岩中的滤失量大 才会形成滤饼 粘附卡钻只能发生在砂岩发育井段 其实不然 在裸眼井段内 泥页岩也有泥饼 而且要比砂岩井段的滤饼厚得多 二 粘附卡钻的原因 这是因为滤饼形成有三种原因 第一是吸附 钻井液中的固相颗粒吸附在岩石表面 无论砂岩 泥岩都有这个特性 第二是沉积 钻井液在流动过程中 靠近井壁的流速几乎是零 钻井液中的固相颗粒便沉积在井壁上 泥页岩井段的井径要比砂岩井段的井径大得多 沉积作用显著 第三是滤失作用 它加速了钻井液中固相颗粒在渗透性岩层表面的沉积 泥页岩虽然滤失性小 但它亲水 可以被水浸润 只要是水基钻井液即使滤失量等于零 这个浸润过程也无法停止 只要有滤饼存在 就有粘吸卡钻的可能 泥页岩井段的井径往往不规则 和钻柱接触面积少 所以粘吸卡钻的机会比较少 粘附卡钻的原因 粘附卡钻示意图 压差是不可避免的 压差卡钻也是不可避免的 但是某些类型井的钻井液如油基钻井液在同样大的压差下却不卡钻 当钻柱被井壁滤饼粘附之后紧靠井壁一边 钻柱的一侧所受的是地层孔隙压力 另一侧受钻井液液柱压力 如后者大于前者 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 它的发展过程如下图 钻井液 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 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 表示在钻柱不能活动的情况下 除已经接触的滤饼面积外 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的接触面积 表示由于井径不规则的原因 从纵向看 一部分钻柱与井壁滤饼接触 一部分钻柱与井壁滤饼不接触 但有一部分钻柱与井壁之间的间隙很小 使钻井液无法循环 时间长了 会被钻屑和固体颗粒充填 形成新的滤饼 增加钻柱被吸长度 粘附卡钻的发生过程 钻柱静止时 在压差作用下 会把钻柱压向井壁一侧 如果井壁泥饼很厚 润滑性很差 且显负电的情况下 便会发生粘附卡钻 粘附卡钻多发生在砂岩井段 这是因为砂岩井段井径较为规则 和钻柱的接触面积比较多 而泥岩井段因剥落造成井径不规则 和钻柱的接触面积比较少 因此 发生粘附卡钻的机会就比较少一些 1 粘附卡钻是在钻柱静止的状态下才能发生的 至于静止多长时间会发生卡钻 是和钻井液体系 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 但必须有一个静止的过程 2 粘附卡钻后的卡点位置不会是钻头 而是钻铤或钻杆部位 3 粘附卡钻前后 钻井液循环正常 进出口流量平衡 泵压没有变化 4 粘附卡钻后 如活动不及时 卡点可能上移 甚至直移直套管鞋附近 三 粘附卡钻的特征 四 粘附卡钻的预防 1 降低钻井液密度 在确保不发生井喷 井壁稳定的前提下 尽可能降低钻井液密度 2 降低钻井液滤失量 特别是高温高压滤失量 改善滤饼质量 使其薄 坚韧 致密 并具有低的渗透率和良好的可压缩性 3 降低滤饼摩擦系数 采用优质钻井液 在钻井液中混油或加入润滑剂 使用好固相设备 降低钻井液中的有害含量和含砂量等 4 减少岩屑床的厚度 对于大位移井和水平井 应依据所钻井井斜角的大小 选用合适的钻井液流变参数以及合理的环空返速 以防止岩硝床的形成或尽量减小厚度 同时应加强短起下 及时破坏岩屑床 5 采用合理的钻具结构 使用螺旋钻铤 减少钻具与井壁的接触面积 6 注意活动钻具 减少钻具与井壁的接触时间 一般的要求 钻柱静止时间不许超过3 5分钟 上下活动幅度不小于4米 7 对于直井 应尽可能把井打直 避免井斜角过大以及井斜角和方位角的剧变 对于定向 应避免方位角剧变 8 设备发生故障 不能转动时 要上下活动 不能上下活动时 要力争转动 如果钻头在井底 无法活动和转动 那就只好将钻具悬重的1 2 2 3压在钻头上 以求把下部钻柱压弯 减少钻柱与井壁泥饼的接触面积 减少总的粘附力 9 在正常钻进时 如泵 水龙头 水龙带发生故障 要先将钻柱提到安全井段 绝不能将方钻杆坐在井口进行维修 如果一旦发生卡钻 将失去下压和转动钻柱的可能 10 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 五 粘附卡钻的处理 1 强力活动粘附卡钻随着时间的延长而益趋严重 所以在发现粘附卡钻的最初阶段 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 下压不受限制 可以把全部钻柱的重量压上 也可以进行适当的转动 如果强力活动若干次 一般不超过10次 无效 就不必再强力活动了 此时应在适当的范围内活动未卡钻柱 上提拉力不要超过自由钻柱悬重100 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 注意钻柱只能是在受压的状态下静止 不许在受拉的状态下静止 2 震击解卡 1 机械震击法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 见效也快得多 如果未带随钻震击器 可先测卡点位置 用爆松倒扣法从卡点以上把钻具倒开 然后选择适当的震击器 如上击器 下击器 加速器等 下钻对扣 钻具组合应是 对扣接头 安全接头 震击器 70 100m钻铤 钻杆 对扣后循环钻井液 调整钻井液性能 然后震击 如震击不能解卡 可考虑注解卡液浸泡 边浸泡边震击 其效果会更好 2 爆炸震击解卡法用导爆索制成的炸弹解除粘吸卡钻的方法 当井下炸弹在卡钻井段爆炸时使管柱产生振动 冲击波促使钻杆离开井壁 这种方法宜用在卡钻事故发生之后不太长的时间内 主要是卡钻的井段不长 或者在浸泡未见效之后 作为一种辅助手段 使用时应注意以下几个问题 a 炸弹爆炸井段的条件是 压力小于150MPa 温度低于250 b 井下炸弹由导爆索组成 炸药量的选择 应以保证达到预期效果而又不损坏钻杆为原则 在温度很高的井中 应采用耐热导爆索 c 起 振动 作用的炸弹长度必须大于卡钻井段长度5 10m 但是总长度不超过100m 炸弹用药量不应超过5kg 如果卡钻井段超过100m 那么 振动 就应分几段进行 d 炸弹下井之前先用测卡仪找出卡点位置 在装炸药和下炸弹过程中 井上其它工作均应停止 并锁住转盘和固定好井口滑轮 防止事故发生 e 炸弹下到卡钻井段后 以最大允许的拉力上提钻柱或施加一定的扭矩后锁住转盘 然后 进行爆炸并上 下活动钻柱 3 水力脉冲法向钻杆内注入比钻井液密度低得多的液体 水或油 然后用孔板阻断的方法降低压力 孔板要按钻杆的许可压力专门挑选 由于突然卸去了施加在钻杆上的拉应力和钻柱内液体上的压应力而产生减载冲击波 冲击波对滤饼 岩屑及钻具本身产生强烈的水力冲击和振动作用 从而使钻具解卡 另一方面 向钻杆内注液体时钻杆产生拉伸应力 卸压时钻杆受到挤压 且钻井液以较大的速度从环空流到钻杆内 对滤饼有冲蚀作用 同时 环空液面下降 使卡钻井段的压力降低 于是钻杆解卡 水力脉冲法解卡作业的步骤如下 1 测卡点 确定卡点上界 2 调整被卡钻柱的方余 使钻杆本体在下压的情况下高出转盘面40 50cm 3 恢复循环 彻底洗井 4 把管头 包括高压旋塞增加头 高压闸门 孔板室 接到钻柱上 管头装有按设计选出的孔板 而且各部件均以高于水力脉冲时最高压力25 的压力进行试压 5 接好水罐 水泥车和增压头之间的管线 6 上提钻柱 使大约1000kN的拉力作用在卡钻段上 7 把水或其它低于钻井液密度的液体泵入钻柱 泵入量应按所需设计压差 P和以后孔板阻流时间进行计算 8 孔板阻断以后 关闭管头中的高压阀 然后开始上下活动钻柱 以便解卡 如果第一次没有解卡 可进行第二次 但要装入新的孔板盒 为了加快解卡 需要补充液量0 5 3m3 这是反向溢流时从钻杆内溢出的量 同时还须及时向环形空间灌入原密度的钻井液 作业时应避免失控现象和复杂情况的发生 3 浸泡解卡剂浸泡解卡剂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 他们的密度是自然密度 难以调整 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 他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 a 确定卡点位置 最准确的办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拉力下的弹性伸长来计算 依据虎克定律 L K e p L 卡点深度 米K 计算系数5 DPK 715 通用K EF 105 E 钢材弹性系数 2 1 106公斤 厘米2 F 管体截面积 厘米2 P 钻杆连续提升时平均拉力 吨 故K EF 105 21F 22F e 钻杆连续提升平均伸长cm p 钻杆连续提升平均拉力t b 确定泡油或解卡剂用量 根据卡点位置 并考虑到计算卡点的误差 应适当增加注油或解卡剂量 一般应超过计算量的20 尽可能一次将解卡剂顶至卡点位置 Q 0 785 K D2 DI2 H 0 785 d2 hQ 泡油或解卡剂用量 方 K一附加系数 一般为1 2 1 5D一井径 米 DI 钻杆外径 米 H 浸泡井段长 米 d一钻杆内径 米 h一钻杆内油柱高 米 C 确定泡油时钻井液替量和最高泵压 QI 0 785 d2 hQI一钻井液替入量 方P P1 P2P 替量时最高泵压 MPaP1 注油前循环泵压 MPaP2 注油基浸泡液时因密度差增加的循环泵压 MPa d 注解卡剂和替钻井液时 为防止串槽 应尽量采用大排量 并保证连续施工 注解卡剂时应打前后隔离液 防止钻井液污染 冬季施工地面管线及水龙带方钻杆应注防冻液 e 注解卡剂时要注意泵压表变化和井内钻井液返出情况 发现井漏时采用小排量或间断顶替 若环空液面下降 应及时灌满钻井液 f 注油数量的多少要考虑井下油水层压力 防止井喷 g 泡解卡剂或泡油时间隔4小时开泵顶通一次 一般替量200升 且在顶替后应在安全负荷内上下大幅度活动钻具 观察是否解卡 顶替要注意观察泵压是否上升 井口是否返出 以判断水眼是否畅通 井壁是否垮塌等井下情况 h 采用清水 饱和盐水循环的措施只适用于地层压力较低且不易垮塌的地层或上部有技术套管 下部裸眼较短的情况 i 解卡后恢复循环应先小排量 10 15升 秒 连续顶出全部的解卡剂或油 然后才能用正常排量恢复循环 待钻井液循环均匀 井下情况正常后 方能起钻或恢复钻井 若浸泡时间过长 解卡循环正常后必须起钻 4 震击加浸泡解卡a 将被卡以上钻具用爆炸松扣工艺倒开起出 b 依据井下情况选择震击器 若钻头在井底 应选用上击器或超级震击器 若钻具在起钻过程中卡钻 钻头不在井底 可选择下击器或地面震击器 C 当打捞工具抓紧井下落鱼或井下落自对扣后 按照震击器使用说明进行震击作业 d 如果震击不解卡 可以辅助用泡油或泡解卡剂的方法 边浸泡边震击 可以达到解卡的目的 e 若井下带有随钻震击器 可随时震击 5 套铣倒扣法当上述方法均不能解卡时 采用套铣倒扣法 即利用大直径厚壁铣管下入井眼直接破坏泥饼 并通过循环带出泥饼 岩屑等卡钻物 可以解除各种原因引起的卡钻 所选用的铣管尺寸必须能够套入鱼顶 并在铣管与被卡管柱之间留有足够的间隙 由井眼的具体条件决定铣管的安全长度 6 其他的解卡方法还有 降压法解卡 电渗透解卡法 冲击波法解卡 井口憋压解卡法等 六 处理粘附卡钻应注意的问题 1 使用什么样的解卡剂 要根据各个地区的具体情况而定 最好是使用可以调整密度的油基解卡剂 2 注入解卡剂前 最好做一次钻井液循环周试验 确证钻具没有剌漏现象 方可注入 3 注解卡剂前 特别是注低密度解卡剂前 必须在钻柱上或方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 往往会导致井塌 使事故进一步复杂化 4 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 特别是注入解卡剂之后 如钻柱上没有回压阀或回压阀失灵 就不能随意放回水 万一钻井泵发生故障需要进行修理时 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 注入解卡剂经过一定时间的浸泡之后 井壁泥饼剥落 井内积砂下沉 如果开泵过猛 把滤饼和砂子聚集在一起 很容易将环空堵塞