宋竞松-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6％～8％，一个拥有上百台钻机的油田，一年中就有6～8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“兵闻拙速、未闻巧久”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1—1）。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•1、压差的作用•2、泥饼的存在•3、静止时间较长•4、正负电荷相互吸引在同一裸眼井段中，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井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。泥饼的成因•1、吸附作用:钻井液中的固相颗粒吸附在岩石表面，无论砂岩、泥岩都有吸附特性。•2、沉积作用：钻井液在流动过程中靠近井壁的流速几乎为零，钻井液中的固相颗粒沉积在井壁上。泥页岩井段的井径比砂岩井段井径大，沉积更为显著，所以泥页岩井段容易形成厚泥饼。•3、滤失作用：钻井液失去自由水的过程。粘卡的发生过程•图1—2a）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1—2b）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1—2c）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1—2d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(P1—P2)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0.05～0.25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(P1—P2)为3.5MPa摩阻系数取0.25。则摩阻力F=0.1×0.25×3.5×200×100×3.5=6125KN。从磨阻力可