談鉆井卡鉆故障的處理與預(yù)防

【摘要】鉆井是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)隱蔽的地下工程，存在著大量的模糊性、隨機(jī)性和不確定性。鉆井卡鉆故障時(shí)有發(fā)生，及發(fā)展有其主觀和客觀原因，主要表現(xiàn)在對(duì)深埋在地殼內(nèi)的巖石認(rèn)識(shí)不清、技術(shù)因素以及作業(yè)者決策的失誤等。本文主要論述西南石油工程公司盤(pán)鉆井分公司鉆井作業(yè)中出現(xiàn)鉆井卡鉆故障發(fā)生的原因、預(yù)防和處理。

【關(guān)鍵詞】粘吸卡鉆；井塌卡鉆；砂橋卡鉆；縮徑卡鉆

1、卡鉆故障

卡鉆是指鉆具在井眼中失去了自由活動(dòng)，既不能轉(zhuǎn)動(dòng)，也不能上下活動(dòng)，這是鉆井過(guò)程中常見(jiàn)的井下故障。由于造成卡鉆的原因不同，卡鉆按其性質(zhì)分為粘吸卡鉆、坍塌卡鉆、砂橋卡鉆、縮徑卡鉆、鍵槽卡鉆、泥包卡鉆、落物卡鉆、干鉆卡鉆、水泥卡鉆等。其中干鉆卡鉆就是鉆頭部位失去鉆井液循環(huán)，鉆頭對(duì)巖石作功所產(chǎn)生的熱量散發(fā)不出去，切削的巖屑攜帶不上來(lái)，積累的熱量達(dá)到一定程度，足以使鋼鐵軟化甚至熔化，鉆頭甚至鉆鋌下部在外力作用下產(chǎn)生變形，和巖屑熔合在一起，這就造成了干鉆卡鉆；水泥卡鉆是指鉆具被凝固在水泥中，平常形象的說(shuō)法叫做“插旗桿”。2010年以西南局發(fā)生數(shù)十次卡鉆事故。

2、粘吸卡鉆

2.1 粘吸卡鉆的原因。使用的鉆井液性能不好，主要是失水大、含砂量高，在井壁上形成松軟而厚的粗糙泥餅，造成潤(rùn)滑性差，摩擦阻力大。如果鉆具在井內(nèi)靜止時(shí)間較長(zhǎng)，加上鉆井液靜液柱壓力大于地層孔隙壓力，而產(chǎn)生橫向力把鉆具推向井壁，使鉆具陷入粗糙的泥餅中，兩者壓差愈大愈可能發(fā)生粘卡。在斜井中，有時(shí)重力作用使鉆具貼在井壁低邊的泥餅中也會(huì)發(fā)生粘卡。有時(shí)井眼軌跡不光滑，可能產(chǎn)生巖屑床而發(fā)生粘卡。

2.2 粘吸卡鉆的預(yù)防。使用中性鉆井液，如油基鉆井液、油包水鉆井液；或者使用陽(yáng)離子體系鉆井液，最好是高價(jià)陽(yáng)離子聚合物體系的鉆井液，可以預(yù)防粘吸卡鉆。水基鉆井液隨著井斜的增加或鉆井液密度的提高，粘吸卡鉆的可能性越來(lái)越大。依據(jù)各井的井下情況和鉆井液性能的不同，要掌握允許鉆柱靜止時(shí)間的長(zhǎng)短，一般要求鉆柱靜止時(shí)間不超過(guò)3min。陰離子體系的鉆井液要有較好的潤(rùn)滑性、較小的濾失量、適當(dāng)?shù)恼扯群颓辛?，必要時(shí)要加入適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑、活性劑、塑料球等以減少濾餅的摩阻系數(shù)。預(yù)防粘吸卡鉆還需要搞好固控工作，把無(wú)用的固相盡量清除干凈，只要沒(méi)有高壓層、坍塌層存在，沒(méi)有特殊需要，使用該井段最低的鉆井液密度，做到近平衡壓力鉆進(jìn)。鉆井液加重時(shí)，均勻加入優(yōu)質(zhì)的加重材料。

3、井塌卡鉆

3.1 井塌的原因。以川東北為例，地層膠結(jié)不好，疏松易塌如流沙層、礫石層等，在鉆井作業(yè)中會(huì)出現(xiàn)井塌卡鉆。水敏性泥巖、頁(yè)巖，經(jīng)鉆井液浸泡和鉆井液失水滲入地層一定時(shí)間后，逐漸水化膨脹而坍塌。鉆井液密度小于地層坍塌壓力當(dāng)量密度時(shí)會(huì)引起井塌。起鉆時(shí)未灌滿鉆井液，或者井漏液面下降，以及下噴上漏引起地層坍塌及卡鉆。

3.2 井壁坍塌的預(yù)防。首先要根據(jù)地質(zhì)資料來(lái)設(shè)計(jì)合理的井身結(jié)構(gòu)。盡量減少套管鞋以下的口袋長(zhǎng)度，一般要求以1～2m為宜。其次要調(diào)整鉆井液性能使其適應(yīng)鉆進(jìn)地層。保持鉆井液液柱壓力。減少壓力激動(dòng)，控制起鉆速度，特別是在鉆頭或穩(wěn)定器泥包的情況下，上起鉆柱時(shí)，井口液面不降或外溢，應(yīng)停止起鉆，循環(huán)鉆井液，消除泥包。對(duì)于結(jié)構(gòu)薄弱或有裂縫的地層，鉆進(jìn)時(shí)限制循環(huán)壓力，以免壓漏地層；起下鉆通過(guò)該層時(shí)要嚴(yán)格控制速度，減少激動(dòng)壓力。

4、砂橋卡鉆

4.1 砂橋形成的原因。軟地層中用清水鉆進(jìn)時(shí)極易形成砂橋，因?yàn)檐浀貙鱼@時(shí)快，鉆屑多，而清水的懸浮能力差，巖屑下沉快。表層套管下入較少，松軟地層暴露太多，套管鞋下部極易形成大井眼，并積存大量巖屑，當(dāng)井內(nèi)壓力有波動(dòng)時(shí)，這些巖屑失去了支持力下滑形成砂橋。鉆井液中加入絮凝劑過(guò)量，細(xì)碎的砂粒和混入鉆井液中的粘土絮凝成團(tuán)，如果停止循環(huán)3～5min就易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)搭成砂橋。施工排量小，鉆井液中的巖屑濃度過(guò)大，一部分巖屑附于井壁，一旦停泵，巖屑下滑堆積形成砂橋。有時(shí)改變井內(nèi)原有的鉆井液體系，或大幅地改變鉆井液性能時(shí)，井內(nèi)原有的平衡關(guān)系遭到破壞，就導(dǎo)致井壁濾餅的剝落和井壁粘附的巖屑滑移形成砂橋。

4.2 砂橋卡鉆的預(yù)防。鉆井時(shí)最好不用清水鉆進(jìn)，優(yōu)化鉆井液設(shè)計(jì)，鉆井液體系及性能不僅要滿足高壓噴射鉆井的需要，還要滿足鞏固井壁、攜帶巖屑的需要。鉆進(jìn)時(shí)，要根據(jù)地層特性選用適當(dāng)?shù)谋昧?，既要能保持井眼清潔，又不能沖蝕井壁。起鉆前要充分循環(huán)，清洗井眼，地層膠結(jié)不好的井段應(yīng)避免劃眼。當(dāng)起下鉆、循環(huán)鉆井液時(shí)，若鉆頭或穩(wěn)定器處于該井段時(shí)盡量不要轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，以保護(hù)已經(jīng)形成的濾餅。下鉆時(shí)，發(fā)現(xiàn)井口不返鉆井液或者鉆桿水眼內(nèi)反噴；起鉆時(shí)，發(fā)現(xiàn)環(huán)空液面不降或者鉆桿水眼內(nèi)反噴，都應(yīng)停止起下鉆作業(yè)，立即開(kāi)泵循環(huán)，先小排量頂通，然后逐漸增加排量，待環(huán)形空間暢通，鉆柱內(nèi)外壓力平衡后，方可繼續(xù)進(jìn)行起下鉆作業(yè)。

5、縮徑卡鉆

5.1 縮徑卡鉆的原因。在砂巖、礫巖和砂礫混層，若膠結(jié)不好或甚至沒(méi)有膠結(jié)物，由于其濾失量大，井壁上會(huì)形成一層厚的濾餅，從而縮小了原已形成的井眼。泥頁(yè)巖的縮徑。泥頁(yè)巖井段一般表現(xiàn)為井徑擴(kuò)大，但有些泥頁(yè)巖吸水后膨脹，也可使井徑縮小。鹽膏層的縮徑，鹽巖和石膏組成的巖層，不僅有鹽溶擴(kuò)徑和蠕變縮徑，而且還容易造成井壁坍塌。深部沉積的石膏層縮頸，鉆開(kāi)時(shí)石膏吸水膨脹，減弱強(qiáng)度，縮小井徑。原已存在的小井眼，鉆頭使用后期，外徑磨小，形成一段小井眼，有些取心鉆頭，其外徑小于正常鉆進(jìn)的鉆頭，或者在使用后期外徑磨小，也會(huì)形成一段小井眼，如下鉆不注意，或擴(kuò)、劃眼過(guò)程中發(fā)生溜鉆，也會(huì)造成卡鉆。

5.2 縮徑卡鉆的預(yù)防。我們?cè)谙氯脬@頭、穩(wěn)定器或其它直徑較大的工具時(shí)，應(yīng)仔細(xì)丈量其外徑，不能把大于已鉆井眼的鉆頭或工具下入井內(nèi)。特別是使用打撈工具時(shí)，其外徑應(yīng)比井眼小10～25mm。起出的舊鉆頭和穩(wěn)定器，應(yīng)檢查其磨損程度，如發(fā)現(xiàn)外徑磨小，下入新鉆頭時(shí)應(yīng)提前劃眼，不能一次下鉆到底。注意牙輪鉆頭鉆進(jìn)的井段，下入金剛石、PDC及足尺寸的取心鉆頭時(shí)遇阻不許超過(guò)50kN。取心井段必須用常規(guī)鉆頭擴(kuò)眼或劃眼。改變下部鉆具結(jié)構(gòu)，增加了鉆具的剛性，如增加穩(wěn)定器數(shù)量或加大鉆鋌外徑，以及下入外徑較大的套銑工具和打撈工具時(shí)應(yīng)控制速度慢下，可以有效的避免縮徑卡鉆。