钻井卡钻事故处理

2008年6月生产技术科讲课内容之一钻井卡钻事故处理高俊奎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，严重者将导致油气资源的浪费和油气井的废弃。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，根据2004年中国石油天然气集团公司石油工程技术承包商协会钻井分会年报、开发井非生产时间为9.3%，其中事故与复杂占5.14%；探井非生产时间为10.68%，其中事故与复杂占6.87%。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。年份200520062007事故(%)00.125.14复杂(%)5.663.190.53年总(%)5.663.315.67年总时间（h）214234640年份200520062007事故(%)0.090.320.34复杂(%)02.664.74年总(%)0.092.985.08年总时间（h）474149年份2003200420052006事故(%)0.370.610.34复杂(%)0.480.590.32年总(%)0.851.200.66年总时间（h）898造成井下复杂与事故的因素地质因素工程因素钻进中产生复杂与事故的主要地质因素序号项目类别产生复杂的主要原因主要复杂性质可能引发的事故1岩性泥页岩含高岭土、蒙托石、云母等硅酸盐矿物，具有可塑性、吸附性和膨胀性。剥落、掉块等井壁不稳定起下钻阻卡，可造成沉砂卡钻砂砾岩含石英、燧石块、大小悬殊、泥质胶结的不均匀性。蹩、跳、渗漏粘扣、粘卡、断钻具、掉牙轮砂砾岩粉砂岩含石英、长石胶结物为铁质、钙质和硅质，具有极高的硬度极强的研磨性、跳钻钻头缩径、掉牙轮、掉钻具石膏、岩盐层有弹性迟滞和弹性后效现象，易蠕动、易溶解、易垮塌蠕变、缩径起下钻阻卡、卡钻碳酸岩层主要成分CaO、MgO和CO2等有溶解与重结晶等作用。形成溶洞与裂缝产生漏失、阻卡、卡钻2地层压力高孔隙压力高密度钻井液中高固相含量、恶化钻井液性能，加大井底压差钻速漫、滤饼厚、钻头泥包、严重阻卡、井涌、溢流压差卡钻、井喷低破裂压力使用堵漏材料，恶化钻井条件井漏、堵漏卡钻、井塌3地质构造褶皱地层变形产生裂缝加大内应力，加大地层倾角井斜、漏失、井塌卡钻断层地层变位产生断裂与破碎带井斜、漏失卡钻影响井下复杂与事故的主要工程因素序号项目主要技术要求主要作用1井身结构套管封固不同压力层系与不稳定地层。防塌、防卡、防喷、防漏。2钻井设备钻井泵排量可调，有足够的功率。清洗井底、净化井筒、防卡、防钻头泥包。转盘软特性，转速可调。防蹩、防断。顶驱。及时处理复杂，减少卡钻。固控完好，处理量满足要求。降低固相含量，改善钻井液性能。3井控设备压力级别与地层压力匹配，试压合格。防喷、节流压井。4钻井液根据地层岩性、压力，选择合适的钻井液类型与性能参数。防塌、防卡、防钻头泥包、提高钻速。5钻具结构根据地层岩性、倾角、钻井工艺条件选择相应的钻具结构及井下工具。防斜、防断、防振、防卡、防掉。影响井下复杂与事故的主要工程因素序号项目主要技术要求主要作用6钻井仪表要求全面准确反映钻井参数。提供钻进中井下真实动态、信息，准确及时判断井下情况。7钻头选择根据地层可钻性选择钻头类型与钻进参数。提高钻速，防掉、防跳。8操作技术严格遵守钻进中各项技术操作规程和技术标准。防止操作失误、违规，使井下情况复杂化或造成更大事故。9应急或处理措施准确判断井下情况，制订正确的处理措施，及时分析，修正处理方案，具有多种应急手段。减少失误，减少时间损失，提高事故处理效率和一次成功率。10钻井用器材与工具质量合格、性能可靠。少发生或不发生井下事故，保证顺利钻进。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。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钻头干钻卡钻水泥卡钻塞卡粘吸卡钻概念:钻柱在钻井液液柱压力与地层压力之差的作用下，紧贴在井壁上造成的卡钻，称粘吸卡钻（也称压差卡钻或粘附卡钻）。特点:（1）、循环钻井液正常。（2）、随时间的延长，卡钻面积不断增加，粘卡越严重，且卡点深度上移。（3）、多发生在辅助钻具上。粘吸卡钻的原因-----内在原因（1）、井壁上滤饼的存在是造成粘吸卡钻的先决条件（第一是吸附、第二是沉积、第三是滤失作用）。（2）、地层孔隙压力和钻井液液柱压力的压差存在，是形成粘吸卡钻的外在原因。粘吸卡钻的原因——表观原因（1）、操作不当。钻具在井内静止时间长，活动钻具不及时或活动钻具的方法不当。（2）、泥浆密度过高，泥浆液柱压力和地层孔隙压力的差值较大。（泥浆液柱压力比地层孔隙压力大的较多）。(3)、泥浆的失水大，泥饼厚，固控设备配备不齐或由于固控设备坏使用少，造成固相含量急剧增加。（4）、钻井液中加入的润滑剂含量少，泥饼摩阻较大。粘吸卡钻的预防1、使用中性钻井液，或阳离子体系钻井液（目前使用的水基钻井液，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）；2、减少钻柱静止时间、大幅度活动钻具；3、提高润滑性、降低滤失量、适当的粘度和切力，必要时加入润滑剂降低滤饼的摩阻系数；4、搞好固控工作，把无用的固相尽量清除干净；5、尽可能做到近平衡压力钻进；6、使用合理的钻柱结构，减少接触面如螺旋钻铤、加重钻杆、少下钻铤；7、直井粘卡后为了防止卡点上移最好将钻柱总重量的三分之二下压，减少钻柱与井壁滤饼的接触面积，斜井则不能压，因为下部钻具靠井壁下限，越压越死；8、要保持良好的井身质量；9、在钻柱中带上随钻震击器，因为在粘卡发生的最初阶段，震击解卡是很有效的。粘吸卡钻的处理卡钻事故6个处理程序：五倒三泡二动一通六侧钻四震保持水眼畅通，恢复钻井液循环；活动钻具，上下提拉或扭转，以倒划为主；注入解卡剂，对卡钻部位进行浸泡；使用震击器震击（单独震击或泡后震击）；套铣、倒扣；侧钻或移井位重钻，在鱼顶以上进行侧钻，条件允许，可移井位重钻。坍塌卡钻概念由于井壁坍塌将钻具埋住卡死，叫做井塌卡钻。特点1、泥浆性能；2、循环困难；3、钻具转动困难；4、性质最为恶劣因为处理这种事故的工序最复杂，耗费时间最多，处理风险最大，甚至有全井或部分井眼报废的可能，所以在钻井施工过程中应尽量避免这种事故的发生。坍塌卡钻的原因：地层坍塌1、地质方面的原因A、原始地层应力的存在。构造应力（挤压、拉伸、剪切）B、地层的构造状态。构造运动（断裂、褶皱、滑动和崩塌、上升或下降），倾角等C、岩石本身的性质。岩性、胶结、层理等坍塌卡钻的原因：地层坍塌2、物理化学方面的原因钻井多是在沉积岩中进行的，而沉积岩中70%以上是泥页岩。泥页岩都是亲水物质，不同的泥页岩其水化程度及吸水后的表现有很大的不同，泥页岩吸水后，强度直线下降，这是泥页岩井段坍塌的主要原因。3、工艺方面的原因液柱压力不能平衡地层压力；井斜的影响；钻具组合的影响；泥浆液面下降的影响等。坍塌卡钻的预防A、采取适当的工艺措施：设计合理的井身结构。表层套管应封掉上部的松软地层，因为这些地层容易坍塌，对钻井液液柱压力的反应最敏感；要用套管封隔已知的漏层。因为钻遇这些地层，往往是钻井液有进无出，必然引起上部地层的大段坍塌；在同一裸眼井段内不能让喷、漏层并存。因为在这种情况下，防喷则漏，防漏则喷，无论喷、漏，都会引起地层坍塌。坍塌卡钻的预防B、要尽量减少套管鞋下口袋长度，较长的口袋是下部岩屑的储藏所，同时也容易引起水泥环脱落。坍塌卡钻的预防C、调整泥浆性能使其适应所钻地层：应使钻井液有适当的密度和较高的黏度和切力，对于未胶结的砾石层、砂层；对于不稳定的裂缝发育的泥页岩、煤层、泥煤混层，应使钻井液有较高的密度和适当的黏度、切力和较小的失水量，这样，一方面减少或防止地层的坍塌，另一方面也可以把坍塌的岩块携带到地面，防止岩屑沉淀堆集成砂桥；要控制钻井液的PH值，可以减弱高碱性对泥页岩的强水化作用；钻井液内混油：如混入原油、白油等，因为泥页岩都是亲水的，而非亲油的，混入油类后会降低黏土的吸附力，因而可以抑制泥页岩因亲水而膨胀；适当提高钻井液的矿化度，使之与泥页岩中的水矿化度相当或稍高，减少渗透压，降低井壁处泥页岩的含水量和孔隙压力，使泥页岩强度增加；促进有得于泥页岩稳定的离子交换作用，泥页岩中的Na离子是引起黏土水化的主要根源，如果在钻井液中加入钾、Ca等离子，与泥页岩中的Na离子进行交换，就可以有效的降低泥页岩的膨胀压。坍塌卡钻的预防D、保持钻井液液柱压力：起钻时连续灌浆，保持井内液面不降；停钻或测井时应有专人观察井口，即时往井内灌泥浆；钻柱或套管柱下部装有回压阀时要定时向管柱内灌浆，防止回压阀挤坏，而使泥浆倒流，把井壁抽塌；如果管柱内外压力不平衡，停泵后立管有回压，不能放回水，也不能卸方钻杆接单根，因为这样会使环空泥浆倒流，致使环空液柱压力降低坍塌卡钻的预防E、减少压力激动：控制起钻速度，防止“拔活塞”，特别是钻头泥包或扶正器泥包的情况下，上提钻柱时，井口液面不降或外溢，应立即停止起钻，开泵循环钻井液，消除泥泡，如果消除不了，应该边循环边起，待起出小井径段后，再正常起钻；开泵不宜过猛，排量应由小到大，待泵压正常后，再进行下步动作，复杂井、深井等应分段循环。坍塌卡钻的预防F、要有意识地保护薄弱地层：对于结构薄弱或有裂缝的地层，钻进时要控制循环压力，起下钻通过这些地层时要严格控制速度，减少对地层的外力干扰。G、不可长期停止循环：如因故停钻，泥浆在井内静止的时间不可过长。H、负压钻进时，尤其要注意液柱压力，液柱压力不能小于裸眼井段某些地层的坍塌压力，否则，应将这些地层用套管封隔。坍塌卡钻的处理1、钻井液回流，应停止下一步作业，开泵循环、划眼，使井筒畅通2、注入高粘钻井液带砂，不让坍塌岩屑堆积3、不能恢复循环时，进行倒扣、套铣砂桥卡钻概念也叫沉砂卡钻,其性质和坍塌卡钻差不多,其危害较粘吸卡钻更严重。特点1、循环，泵压升高，悬重下降，井口不返钻井液或返出量很少。2、开泵循环过程中，钻具上下活动转动均无阻力，一旦停泵则钻具就提不起来。3、起钻则环空液面不降，而钻具水眼内的液面下降很快。砂桥卡钻的原因1、钻井液的携砂能力差；2、循环排量不足；3、井眼不规则，大肚子、糖葫芦、台阶等；4、井斜角大；5、轨迹起伏大；6、钻进速度快，环空岩屑过多。7、技术措施不当，如开泵位置、开泵方式、静止修理等。砂桥卡钻预防1、最好不要用清水钻进；2、改善钻井液性能满足携砂需要；3、选用适当的泵排量；4、起钻前要彻底循环，清洗井筒；5、严格控制井径扩大率在15%内；6、机械钻速较快的时候，应适当的给与一定的延长循环时间，待岩屑升到一定程度并均匀分布后，再停泵接单根。接单根速度要快，开泵要由小到大。7、控制好井眼轨迹，狗腿角、井斜角等；8、合理的技术措施：短起下，稠塞携砂，开、停泵方式、位置等。砂桥卡钻的处理一旦发生就很难处理。不过砂桥比井壁坍塌的性质要轻微一些，有时还有可能小排量循环，在这种情况下，就应维持小排量循环，逐步增加钻井液的黏度、切力，待一切情况稳定之后，再增加排量，力争把循环通路打开，千万不能贸然增加排量，增大泵压，把砂桥挤死，断了这一线希望。如果开泵时，钻井液只进不出，处理难度加大。倒扣、套銑。缩径卡钻概念就是小井径卡钻。无论何种原因，钻头通过的井段，其直径小于钻头直径，均可造成卡钻。特点1、单向遇阻，卡点固定；2、多发生在钻具运动中（蠕变层例外）；3、一般循环正常；4、卡点在钻头或大直径钻具处如扶正器等；