定向井預(yù)防卡鉆事故措施探討

王金龍

摘要：卡鉆是定向井作業(yè)過程中的常見事故之一，可直接影響到定向井運(yùn)行效率，導(dǎo)致作業(yè)人員人身安全受到一定危險。造成卡鉆事故的原因多樣，為從根本上降低卡鉆事故發(fā)生幾率，制定出切實(shí)可行的卡鉆預(yù)防管理機(jī)制，相關(guān)管理部門應(yīng)細(xì)致分析造成卡鉆問題的原因，通過優(yōu)化定向井鉆具，提升作業(yè)人員操作水平，保障定向性作業(yè)順利開展。針對此，本文就定向井施工過程中，出現(xiàn)的鍵槽卡鉆、壓差卡鉆、沉屑卡鉆、坍塌卡鉆以及落物卡鉆等原因進(jìn)行分析，提出此些定向井卡鉆事故的處理以及預(yù)防對策，以期為相關(guān)工作人員提供理論參考。

關(guān)鍵詞：定向井;卡鉆事故;預(yù)防對策

前言

在定向井施工作業(yè)中，卡鉆事故可導(dǎo)致作業(yè)進(jìn)度下降，作業(yè)人員面對較大安全隱患。因此在發(fā)生卡鉆事故后，應(yīng)當(dāng)及時采取有效的處理對策，解除卡鉆狀態(tài)，恢復(fù)正常作業(yè)。為從根本上降低定向井卡鉆事故發(fā)生幾率，相關(guān)部門還需細(xì)致分析他的事故成因，通過優(yōu)化定向井各施工環(huán)節(jié)，在保障施工效率的同時，提升施工作業(yè)的穩(wěn)定性，為推動定向井作業(yè)有序開展奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

1概述定向井鉆井工藝

定向井具有井斜角，是一種常見的鉆井形態(tài)。在開展鉆井作業(yè)期間，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵照經(jīng)協(xié)調(diào)以及方位的變化，因此對鉆井精準(zhǔn)度以及管理水平提出的更高要求[1]。為明確定向井的井斜要求，符合設(shè)計井眼軌跡，應(yīng)選擇更加適宜的平井與造井手段，要求井筒始終保持符合規(guī)范的欠平衡狀態(tài)，從根本上提升狀態(tài)，工作質(zhì)量與效率。

同時，定向井作業(yè)過程中，還需明確井深方向，控制井眼軌跡，融入先進(jìn)的自動化與智能化管控技術(shù)，為從根本上提升定向井作業(yè)水平奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

2定向井鍵槽卡鉆事故分析

在定向井鉆進(jìn)施工過程中，鉆具會與井壁產(chǎn)生巨大的摩擦力，在井斜曲率以及井斜曲線較大的情況下，摩擦并導(dǎo)致井壁與鉆具磨蝕的作用更加顯著。定向井的鉆具需在實(shí)際作業(yè)過程中承受垂直的彎曲應(yīng)力，導(dǎo)致下鉆時受到較大阻力[2]。不僅如此，隨著鉆具轉(zhuǎn)動速度以及轉(zhuǎn)動頻率不斷擴(kuò)大，在多次下鉆作業(yè)時，井眼會被拉出鍵槽，導(dǎo)致鍵槽卡鉆問題出現(xiàn)。

2.1鍵槽卡鉆事故特征

經(jīng)過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生鍵槽卡鉆事故時，井深質(zhì)量通暢較差，全角變化率較大。鍵槽卡鉆事故通常發(fā)生在起鉆過程中，卡點(diǎn)較為固定。鉆桿接頭在發(fā)生卡鉆問題后，磨損較為嚴(yán)重、循環(huán)泵運(yùn)行不正常，導(dǎo)致定向井作業(yè)質(zhì)量與效率受到嚴(yán)重不利影響。不僅如此，定向井啟動鉆盤難度較大，在下方鉆柱后，轉(zhuǎn)盤才會轉(zhuǎn)動自如。

2.2鍵槽卡鉆事故處理

為確保定向井作業(yè)期間，鍵槽卡鉆事故能夠得到及時處理，相關(guān)作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)立即采取以下措施：

第一，加大鉆具下壓力度，利用泵壓產(chǎn)生脈動，使鉆具能夠產(chǎn)生抖動，并且消除阻力[3];第二，使用下?lián)粞b置下?lián)艚獬刂剖鹿?第三，如果鍵槽卡鉆事故發(fā)生在石灰?guī)r，白云巖等地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，也可采用鹽酸等化學(xué)溶劑解除卡鉆問題。

2.3鍵槽卡鉆事故預(yù)防對策

在定向井鉆進(jìn)過程中，需要對井深運(yùn)行軌跡進(jìn)行簡化，增加井壁斜角度，從根本上保障井眼軌跡平滑，在定向井中使用套管產(chǎn)生鍵槽井段。在出現(xiàn)起鉆受到阻力的情況下，不可強(qiáng)硬上提，而是需靈活改變轉(zhuǎn)動方向，在確保阻力消失后，才可提起鉆具。要求在定向井鉆具中增設(shè)震擊裝置，確保鍵槽卡鉆問題能夠得到及時處理。

3定向井壓差卡鉆事故

定向井壓差卡鉆事故又被稱之為粘附控制事故，在定向井作業(yè)過程中，由于鉆頭以及其他設(shè)備受到壓力差的作用影響，導(dǎo)致鉆具與井壁一側(cè)年后粘附或緊貼在一起，導(dǎo)致定向井作業(yè)過程中出現(xiàn)壓差卡鉆問題，嚴(yán)重影響到定向井作業(yè)質(zhì)量與效率。

3.1電力事故成因

在定向井作業(yè)期間，如果井深斜率小于100米或者方位角變化率不大，使得定向井呈現(xiàn)出直井筒特征。在鉆機(jī)等機(jī)械設(shè)備重力的影響下，此些設(shè)備將始終停留在井眼的下半部分，導(dǎo)致鉆機(jī)等設(shè)備與井壁保留較大的接觸面[4]。在滲透型地層鉆進(jìn)過程中，鉆具在作業(yè)時通常會受到重力作用、地層壓力等作用影響，在壓力差較大的情況下，鉆具將于井壁貼合在一起。由于定向井作業(yè)時，鉆具需做出上下或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在壓力差較大的情況下，鉆機(jī)也會產(chǎn)生與運(yùn)動方向相反的摩擦阻力，如果該摩擦阻力大于鉆機(jī)上提作用力，則會導(dǎo)致鉆具在上提時發(fā)生卡頓情況。在鉆具下放過程中，如果鉆機(jī)自重力小于摩擦力，也會導(dǎo)致壓差卡鉆事故出現(xiàn)。

3.2電力事故特征

在電力事故發(fā)生后，鉆具會在井內(nèi)停止運(yùn)動，出現(xiàn)控制情況。同時，該種控制事故較為嚴(yán)重，鉆具在井內(nèi)不可轉(zhuǎn)動或者上下運(yùn)動，活動范圍受限，應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行處理。在電力事故發(fā)生后，泥漿循環(huán)不會受到影響， 泵壓也不會出現(xiàn)明顯升高情況。

3.3壓差卡鉆事故影響因素

定向井壓差卡鉆事故發(fā)生時，可以使用標(biāo)準(zhǔn)公式計算出鉆具與井壁之間的摩擦力，通過提取壓差卡鉆參數(shù)，制定出更加符合壓差卡鉆事故解決方案。具體來說，壓差卡鉆事故影響因素主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

在鉆具與井壁接觸面積增大的情況下，摩擦力也會顯著增大，對鉆具的擠壓效果更加顯著，極容易發(fā)生壓差卡鉆事故[5]。壓差卡鉆事故與鉆具外徑、泥餅厚度密切相關(guān)，在鉆具嵌入越深的情況下，接觸面積將會越大。由于在定向井作業(yè)期間，也經(jīng)常會出現(xiàn)維修設(shè)備的情況，鉆具在井筒內(nèi)滯留事件增加，導(dǎo)致卡鉆問題發(fā)生可能性進(jìn)一步增長;

在定向井作業(yè)期間，泥漿密度越高，泥漿柱壓力也會隨之增大，壓差卡鉆事故更加容易發(fā)生。因此為降低電力事故發(fā)生幾率，應(yīng)當(dāng)做好泥漿清潔凈化工作，控制泥餅厚度，增強(qiáng)泥餅的潤滑性能;在定向井垂直深度增大的情況下，井斜角度越大，致使壓差卡鉆事故經(jīng)常發(fā)生，因此需相關(guān)部門細(xì)致分析定向井作業(yè)特征以及作業(yè)要求，制定出更加切實(shí)可行的壓差卡鉆事故預(yù)防方案，保障定向井作業(yè)有序開展。

4定向井沉屑卡鉆事故預(yù)防

4.1沉屑卡鉆事故分析

在定向井施工過程中，也會發(fā)生沉屑卡鉆事故。具體來說，受到不良因素影響，定向井鉆井期間會出現(xiàn)鉆具停止運(yùn)動的情況，孔內(nèi)兩側(cè)巖削會沉積到孔地，將機(jī)具掩埋，導(dǎo)致沉屑卡鉆事故問題出現(xiàn)[6]。通過對沉屑卡鉆事故成因的研究發(fā)現(xiàn)，在鉆具運(yùn)動速度增快的情況下，產(chǎn)生的鉆屑數(shù)量會隨之增加，導(dǎo)致鉆具排量受到不利影響，泥漿粘度減小，轉(zhuǎn)具的懸浮效果明顯變差。如果證據(jù)停止運(yùn)行，大量碎屑將會因缺乏機(jī)械動力而沉入到井底，出現(xiàn)巖屑床結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鉆具被掩埋，并發(fā)生控制問題。

不僅如此，由于鉆具在運(yùn)行過程中會與井壁之間產(chǎn)生劇烈摩擦，導(dǎo)致該區(qū)域井筒直徑增大。在井筒角度超過60的情況下，攜巖能力將會明顯下降，出現(xiàn)緩沖區(qū)淤積而卡住鉆具的情況，嚴(yán)重影響到定向井作業(yè)質(zhì)量與效率。

4.2沉屑卡鉆事故預(yù)防

為有效預(yù)防沉屑卡鉆事故發(fā)生，從根本上提升沉屑卡鉆定向井作業(yè)水平，應(yīng)當(dāng)采用固相控制工藝，對定向井內(nèi)泥漿進(jìn)行凈化處理，減少泥漿內(nèi)固相成分，保障鉆進(jìn)速率。不僅如此，在鉆井過程中應(yīng)該選擇適宜的排量，防止出現(xiàn)巖屑層。在解決此類沉屑卡鉆事故時，主要采用柴油等增加井壁潤滑度。

5定向井坍塌卡鉆事故

在定向井作業(yè)過程中，如果出現(xiàn)井壁坍塌或者失去穩(wěn)定性的問題，許多塊狀石或者，顆粒物將會造成井底堆積情況，導(dǎo)致鉆具在運(yùn)行過程中出現(xiàn)坍塌卡鉆問題。

5.1坍塌卡鉆事故成因

造成坍塌卡鉆問題的原因多種多樣，具體來說，地質(zhì)條件不佳，地應(yīng)力聚集在巖層某一處，導(dǎo)致巖層曾出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫問題。由于井壁地層留有大量孔隙，空隙內(nèi)存在壓力較高的油氣水物質(zhì)，在釋放孔隙壓力時，會導(dǎo)致墻壁坍塌問題出現(xiàn)，嚴(yán)重影響到鉆進(jìn)速率，出現(xiàn)坍塌卡鉆事故還與物理化學(xué)因素有關(guān)，由于定向井施工作業(yè)期間，泥頁巖內(nèi)部含有較高的蒙脫石，吸水膨脹系數(shù)較大，在雨季作業(yè)過程中，泥頁層經(jīng)常會因吸水導(dǎo)致破裂破裂，引發(fā)坍塌卡鉆事故。

不僅如此，定向井坍塌卡鉆事故還與鉆井工藝選擇不當(dāng)存在密切關(guān)聯(lián)。在定向井施工過程中，泥漿液柱壓力小于地層壓力，導(dǎo)致孔壁坍塌問題出現(xiàn)。在鉆具下鉆速度過快時，也會使得壓力波動較大，出現(xiàn)嚴(yán)重的地層坍塌情況。

5.2坍塌卡鉆事故預(yù)防對策

為增強(qiáng)定向井作業(yè)管控水平，切實(shí)降低坍塌卡鉆事故發(fā)生幾率，保障定向井作業(yè)期間的經(jīng)濟(jì)效益，用首先選擇配置合理的泥漿，確保泥漿密度符合作業(yè)要求。同時，控制鉆機(jī)下降速度，防止出現(xiàn)底層壓力波動較大的問題，結(jié)合定向井作業(yè)要求，計算出更加適宜的泥漿循環(huán)排量。

在發(fā)生坍塌卡鉆事故后，可以通過加大泥漿排量以及泥漿反速等方式，將坍塌的塊石帶出，盡快恢復(fù)定向井作業(yè)。

由于定向井卡鉆事故往往不是由單一原因引發(fā)，因此在處理卡鉆事故過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對卡鉆問題癥結(jié)所在進(jìn)行充分分析，應(yīng)用綜合處理方式，保障卡鉆事故快速解決。要求運(yùn)用科學(xué)的手段維持鉆井液循環(huán)通暢，制定出以預(yù)防為主的定向性作業(yè)管理機(jī)制。

6總結(jié)

總而言之，定向井施工卡鉆事故具有多發(fā)性特征，一旦沒有做好前期預(yù)防工作，則會導(dǎo)致定向井作業(yè)效率受損，作業(yè)人員面臨重大安全隱患。因此為從根本上增強(qiáng)定向井施工質(zhì)量與施工效率，相關(guān)管理人員需細(xì)致分析卡鉆事故癥結(jié)所在，結(jié)合定向井作業(yè)要求及作業(yè)特征，制定出更加符合實(shí)際情況的作業(yè)安全管理方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛志新，楊峰，鮮保安.保德區(qū)塊煤層氣定向井黏附卡鉆的分析與預(yù)防[J]. 石油鉆采工藝，2011，33（03）：91-93.

[2]杜丙國.修井卡鉆液壓解除理論分析與工藝技術(shù)研究[D].中國石油大學(xué)（華東），2013.

[3]尹邦勇，劉剛，陳紅.5種定向井卡鉆及預(yù)防措施[J].石油礦場機(jī)械，2010，39（11）：68-71.

[4]李星星，隆世明，李景彬.連續(xù)油管拖動分段壓裂工具的研制與應(yīng)用[A].西安石油大學(xué)、陜西省石油學(xué)會.2019油氣田勘探與開發(fā)國際會議論文集[C].西安石油大學(xué)、陜西省石油學(xué)會：，2019：10.

[5]趙強(qiáng).鴨西區(qū)塊長裸眼定向井鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019，39（19）：211-212.

[6]林楓.大斜度長裸眼定向井鉆井液技術(shù)研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019，39（19）：223-224.

（作者單位：中海油田服務(wù)股份有限公司（天津分公司））