钻井卡钻事故及处理

钻井常见 事故与复杂,井下事故与复杂的原因,一、地质因素 二、工程因素,地质因素,地层孔隙压力、地层破裂压力、地层坍塌压力、特殊地层（盐膏、软泥岩、沥青）的蠕变应力；火成岩、煤层、断层、裂缝、溶洞、特高渗透层、硫化氢、二氧化碳。,工程因素,不严格执行设计、钻井液体系和性能不合适、违章操作、设备故障、管理工作薄弱。 对于复杂情况处理不及时方法不得当、组织工作不善，停工时间过多, 钻井周期过长。,处理井下事故与复杂遵循的原则,安全的原则：设备、工具、技术方案、技术措施、人员素质,快速的原则：迅速地决策、迅速地组织、 迅速地施工、工序衔接要有条不紊,灵活的原则：随机应变，及时调整方案,经济的原则：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,事故与复杂,复杂：井涌、井漏、轻度井塌、砂桥、泥包、缩径、键槽、钻具刺漏、地层蠕变、地应力引起的井眼变形、钻井液污染及有害气体溢出等,事故：卡钻、井喷、严重井塌、钻具或 套管断落、井下落物、钻出新井眼丢失 老井眼等,卡钻事故,卡钻是钻井过程中常见的井下事故。,卡钻: 就是钻头或钻具在井眼内被卡住而 不能起下和转动的现象,类型：粘吸、坍塌、砂桥、缩径、键槽、 泥包、干钻、落物、水泥固结,卡钻的首要工作,必须维持钻井液循环畅通,保持钻柱完整,不能把钻具连接螺纹扭的过紧,常用钻杆允许扭转系数（圈/m）,卡钻事故,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 干钻卡钻 水泥卡钻,粘吸卡钻,只在压差作用下钻具被推向井壁并粘住，而不能活动。也叫压差卡钻,粘吸卡钻,一、粘卡的原因 二、粘卡的特征 三、粘卡的预防 四、粘卡的处理 五、处理粘卡的注意事项,一、粘卡的原因,内因：井壁上有滤饼的存在,外因：地层孔隙压力和钻井液 液柱压力的压差存在,吸附: 钻井液中的固相颗粒吸附在岩石 表面（砂岩、泥岩）；,滤饼形成的原因,沉积: 钻井液中的固相颗粒沉积在井壁 上（泥页岩井段大于砂岩井段，容易形成厚滤饼）；,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。,结论：只要有滤饼存在就有粘卡的可能,压差可使粘卡卡的更结实，有正压差存在可将钻柱压向井壁一边，进一步缩小了吸附面间的间隙，增强了吸附力，并进一步扩大了钻柱与井壁的接触面积。,压差的存在,泥饼粘吸的发展过程,二、粘卡的特征,1. 在钻柱静止状态下才能发生,2. 卡点位置一般在钻铤或钻杆部位,3. 粘卡前后钻井液循环正常，进出口流量平衡，泵压没有变化。,4. 粘卡后如活动不及时卡点有可能上移甚至移至套管鞋附近。,特点：钻具上下活动困难，泵压正常循环畅通，一般卡在加重钻杆以下钻具。,三、粘卡的预防,1. 使用中性钻井液 2. 钻柱静止时间不许超过35分钟 3. 对阴离子钻井液要求有效好的润滑性，较小的滤失量，适当的粘度和切力，必要时加入润滑剂、活性剂、塑料球等减少滤饼的摩阻系数 4. 搞好固控工作 5. 没有高压层、坍塌层存在，做到近平衡压力钻进 6. 钻井液加重时，要用优质的加重材料均匀加入 7. 设计合理的钻具结构，特别是下部钻柱结构,三、粘卡的预防,8. 如果钻头在井底无法上提和转动，将钻柱悬重的1/22/3压在钻头上。 9. 测斜前，最好短起下一次。测斜时，勤活动钻具。 10. 正常钻进时，决不能将方钻杆座在井口进行维修。 11. 指重表、泵压表、扭矩表必须灵敏可靠。 12. 保持良好的井身质量（直井防斜打直，斜井保证井眼轨迹平滑） 13. 钻柱中要带上随钻震击器（根据特殊井段选用，长期使用可能失效，出现负面影响） 14. 钻进、起下钻过程中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,四、粘卡的处理,强力活动钻具 震击解卡 浸泡解卡剂 爆炸松扣 套铣解卡 填眼侧钻,浸泡解卡剂的施工步骤,求卡点位置：现场根据钻柱在一定的拉力下的弹性伸长来计算。 依虎克定律：自由钻柱的伸长和拉力及钻柱的长度成正比，和钻柱的横截面积及钢材的弹性系数成反比，则公式表示为： 移项得： 式中 L卡点位置m；F上提拉力kN； S横截面积cm2； 拉力作用下的伸长cm； E钢材的弹性系数2.1×105 MPa,求卡点位置,一定的钻柱, S、E均为定值，则上式改写为： 式中 K=ES ，称为计算系数 常用钻杆、钻铤的计算系数可查工具手册。127mm的钻杆 K=7150 复合钻柱求卡点：根据钻具的外径和壁厚的不同，将钻柱分若干段,长度分别为L1、L2、L3，在一定的拉力下，伸长值分别为 1、 2、 3。 利用此式可分别求出 1、 2、 3,求解卡剂用量,Q=Q1+Q2+Q3 =0.785(D2-d12)HK+0.785d22H+Q3 式中 Q解卡剂总用量 m3 Q1粘卡段环空容量 m3 Q2粘卡段管内容量 m3 Q3预留顶替量 m3 K 附加系数，一般取1.2 H 粘卡井段钻柱长度m D 钻头直径m d1 钻铤或钻杆外径m d2 钻铤或钻杆内径m,计算注入井内时的最高泵压,如果解卡剂密度与井浆相近，可不必计算 如果解卡剂密度低于井浆密度，在顶替时有压差存在，即： p = p1+ p2 = p1+ 0.01(1-2)h 式中 p 最高泵压MPa p1 循环泵压MPa 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,安全校核,使用与井浆密度相近的解卡剂，或确信井下没有较高的压力层及浅气层存在，则不必进行安全校核。 若井下有较高的压力层及浅气层存在，且使用低密度的解卡剂，则必须进行安全校核。,五、处理粘卡的注意事项,要使用可调整密度的油基解卡剂； 注入解卡剂前，做一次钻井液循环周试验，确证钻具无刺漏； 注入解卡剂前，必须在钻柱上或方钻杆上接回压凡尔或旋塞（浮阀）； 保持钻头水眼和环空畅通； 如果一次浸泡，解卡剂用量过大，有引起井涌、井喷的危险时，可分段浸泡； 浸泡解卡后，要不断活动钻具； 断钻具后易形成粘卡，下打捞工具应能密封鱼头部位；,粘卡的处理程序图,粘卡实例：,基础资料 表套：339.7,下深84m。 技套：244.5,下深1970m 裸眼：钻头直径：215.9,钻深2994.14m 事故经过 钻至井深2994.14m，接一档链条，将钻具提起21m，未及时下放活动。链条接好后，上提钻具由原悬重840kN提至1200kN，下放到零。循环过程发现泵压由16MPa降至8MPa,事故处理过程,1. 注入解卡剂40m3，替钻井液时，泵压由12MPa降至10MPa，15分钟后发现井口有解卡剂返出，判断是钻具刺漏，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，将刺漏钻杆倒出。 3. 下127mm公锥打捞三次，匀未成功。 4. 下114mm公锥打捞，造扣后上提到1100kN，停3min，悬重下降到1000kN，活动数次后，恢复到原悬重840kN。开泵循环，泵压正常，事故解除。,分析意见,钻具刺漏情况下不应注解卡剂，应测一个循环周确定刺漏位置，然后倒扣或爆炸松扣，将刺漏钻具提出。 一次倒出钻杆1651.80m将刺漏钻杆倒出，纯属运气。 同是127mm钻杆其接头水眼是不同的，下井时应逐根丈量，记录在案，下什么打捞工具才心中有数。,坍 塌 卡 钻,坍塌卡钻是卡钻事故中性质最为恶劣的一种事故。 处理这种事故的工序最复杂，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，在钻井过程中应尽量避免这种事故的发生。,坍塌卡钻示意图,坍 塌 卡 钻,一、地层坍塌原因 二、井壁坍塌特征 三、井壁坍塌预防 四、井塌问题的处理 五、坍塌卡钻处理,一、地层坍塌的原因,地质方面的原因 物理化学方面的原因 工艺方面的原因,地质方面的原因,原始地应力、 地层的构造状态、 岩石本身性质（砂岩、砾岩、砂 砾岩、凝灰岩、玄武岩、泥页岩、流砂、淤泥、煤层等）、 泥页岩孔隙压力异常 高压油气层的影响,原始地应力示意图,物理化学方面的原因,水化膨胀（表面水化 、离子水化 、 渗透水化 ） 毛细管作用 流体静压力,工艺方面的原因,钻井液液柱压力 钻井液的性能和流变性 井斜与方位的影响 钻具组合 钻井液液面下降 压力激动 井喷引起井塌,二、井壁坍塌的特征,1. 在钻进过程中发生的坍塌 2. 起钻时发生井塌 3. 下钻前发生井塌 4. 划眼情况不同,在钻进过程中发生的坍塌,轻微的坍塌：返出的岩屑增多，有许多棱角分明的片状岩屑。 正钻地层坍塌：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。 正钻层以上的坍塌：泵压升高，钻头提离井底后泵压不降，上提下放均遇阻，井口返出流量减少或不返。,起钻时发生井塌,上起遇阻，下放也遇阻，且阻力越来越大，但不稳定，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,下钻前发生井塌,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，或钻杆内反喷钻井液。 碎屑集中：则下钻遇阻，钻头进入塌层前，开泵正常，进入塌层后，则泵压升高，悬重下降，反出流量减少或不返，钻头提离塌层，则恢复正常。 下划眼时，阻力、扭矩不大，但泵压忽大忽小，有时会突然升高，悬重随之下降，返出流量呈忽大忽小状态，有时断流。可以发现新塌落的带棱角的岩块。,划眼情况不同,缩径造成的遇阻（岩层蠕动除外）经一次划眼即恢复正常。 坍塌造成的遇阻：划眼时经常憋泵、别钻，钻头提起后放不到原来的位置，甚至越划越浅，比正常钻进困难的多，可能会划出一个新井眼，丢失老井眼。,三、井壁坍塌的预防,1、采取适当的工艺措施 2、使用具有防塌性能的钻井液,采取适当的工艺措施,设计合理的井身结构 减少套管鞋以下的大井眼预留长度 调整钻井液性能使其适应钻进地层 保持钻井液液柱压力 减少激动压力,设计合理的井身结构,表层套管应封掉上部的松软地层 明显的漏层上部应用套管封隔 同一裸眼井段内不能让喷、漏层并存,调整钻井液性能使其适应钻进地层,对于未胶结的砂层、砾岩层应使用钻井液有适当的密度和较高的粘度和切力 对于应力不稳定的裂缝发育的泥页岩、煤层、泥煤混层，应使用钻井液有较高的密度和适当的粘度和切力，并尽量减少滤失量 要控制钻井液的pH值在8.59.5之间可以减弱高碱性对泥页岩的强水化作用 适当提高钻井液的矿化度，使之与泥页岩矿化度相当或稍高，减少渗透压，降低井壁周围泥页岩的含水量和孔隙压力,保持钻井液液柱压力,起钻时要连续的或定时的向进内灌注钻井液，保持井口液面不降或下降不超过5m 停工时因有渗透性漏失，必须定时向井内补充钻井液 钻柱或套管下部装有回压阀，要定期向管柱内灌入钻井液，每次必须灌满 若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,减少激动压力,控制起钻速度，减少抽吸作用 对于结构薄弱或有裂缝的地层，钻进时要限制循环压力，以免压漏地层 严格控制通过裂缝地层的起、下钻速度，减少对地层的外力干扰 下钻后及接单根后，开泵不易过猛，应先小排量开通，在泵压正常后再逐渐增加排量。若地层漏失，漏失量不可超过5m3,使用具有防塌性能的钻井液,油基钻井液 油包水乳化钻井液 硅酸盐钻井液 钾基钻井液 低滤失高矿化度钻井液 含有各种堵塞剂的钻井液 阳离子和部分水解聚丙烯酰胺,四、井塌问题的处理,下钻过程：发现井塌应立即停止下钻，开泵循环通井或划眼，待井下情况正常后再恢复下钻 起钻过程：发现井塌应立即停止起钻，开泵循环钻井液，待泵压正常，井下畅通无阻，管柱内外压力平衡后，再恢复起钻 无论任何时候发现有井塌现象，开泵时均需用小排量顶通，然后逐渐增加排量，中间不可停泵 井塌后必须通井划眼。在软地层