井下復(fù)雜情況與井下事故

1、井下復(fù)雜情況與井下事故一般情況下，只要處理得當(dāng)，井下復(fù)雜情況會(huì)逐步好轉(zhuǎn)并恢復(fù)正常。如處理不得當(dāng)，則問題會(huì)更加復(fù)雜轉(zhuǎn)化為井下事故。如井漏井塌卡鉆一、鉆井井下復(fù)雜問題（一）原因分析鉆井工程存在著大量的隱蔽性、模糊性隨機(jī)性和不確定性問題。由于對客觀情況的 認(rèn)識(shí)不清或主觀意識(shí)的決策失誤，往往會(huì)產(chǎn)生許多復(fù)雜情況甚至造成嚴(yán)重的事故， 輕者耗費(fèi)大量人力、物力和時(shí)間，重者導(dǎo)致全井廢棄。（二）處理原則安全原則快速原則靈活原則經(jīng)濟(jì)原則（三）分類井噴（涌）定義：地層流體（油、氣和水）無控制連續(xù)不斷的涌入井筒，噴出地面或侵入其他低壓層位的現(xiàn)象原因：在鉆頭鉆透地下高壓油氣層時(shí)，泥漿比重低，泥漿液柱壓力低于油氣層的自然壓

2、 力。遇到漏失層，泥漿漏失。鉆透油氣層時(shí)，起鉆速度過快，產(chǎn)生抽汲作用。鉆透油氣層后，起鉆時(shí)未及時(shí)灌入泥漿，使井內(nèi)泥漿液面下降，回壓降低。沒能有效清除泥漿中滯留的氣體，繼續(xù)循環(huán)使用，使泥漿氣浸嚴(yán)重，降低回壓。鉆至油氣層時(shí)，發(fā)生井下事故，如斷鉆具、卡鉆等。設(shè)備故障，停鉆修理。測井時(shí)，泥漿靜止時(shí)間過長等等。發(fā)生井噴時(shí)如果不能及時(shí)平衡和控制地下油氣 層的壓力，在短時(shí)間內(nèi)井場上就會(huì)布滿原油和天然氣，一遇明火或噴出砂石打在鋼鐵井架上 迸出的火星，即刻發(fā)生大火，嚴(yán)重威脅油田的安全井漏定義：井漏是在鉆井、完井及其他井下作業(yè)過程中，各種工作液(包括鉆井液、完井液、水泥 漿、修井液等)在壓差的作用下，流盡地層的一

3、種井下復(fù)雜情況。原因：一是地層原因，即在地層沉積、地下水溶蝕或構(gòu)造活動(dòng)過程中形成了原始漏失通道， 鉆開漏失通道后便會(huì)發(fā)生漏失。二是鉆井施工鉆井液當(dāng)量循環(huán)壓力大于地層抗破能力(即地層被壓實(shí)、膠結(jié)等成的結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度)，或大于地層孔隙、裂縫、溶洞中流體的壓力，且漏失通道的開口大于鉆井液中固 相的粒徑，把鉆井液壓入了漏失通道而發(fā)生漏失。三是施工過程中由于開泵過猛、下鉆過快等人為因素造成新的漏失通道而發(fā)生漏失。人為漏失通道主要指的是誘導(dǎo)裂縫，大部分是垂直裂縫，其長度可達(dá)幾十米至幾百米，對井 漏產(chǎn)生重要影響。井塌定義：井壁不穩(wěn)定主要表現(xiàn)為泥頁巖的膨脹、剝落、坍塌，泥頁巖中的粘土礦物水 化是造成井壁不穩(wěn)定的因

4、素。原因：內(nèi)在原因：1）泥頁巖所合粘土礦物泥頁巖中一般含有蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠呢石等粘土礦物此外還有石英、長石、 方解石、石灰石等。粘士礦物含量越多，發(fā)生地層坍塌的可能性愈大。蒙托石吸水膨脹率高 達(dá)90%-100%.而伊利石吸水膨脹率僅有2.5%，混層礦物吸水膨脹率按蒙脫石所占的比例 多少而定.比例大者吸水膨脹較大。粘土礦物膨脹能力的順序?yàn)槊擅撌鞂拥V物伊利石 高嶺石 多泥石。由于粘土礦物吸水膨脹產(chǎn)生的壓力，若不加抑制，則會(huì)大大的超過巖石 的膠結(jié)強(qiáng)度極限而引起井塌。2）可溶性鹽頁巖中若含有兩種可溶性鹽類，可能會(huì)由于鹽在鉆井液中的溶解使頁巖失掉支撐而塌 落井中3）地層水平應(yīng)力作用在造山運(yùn)動(dòng)

5、中引起的地層隆起而造成的構(gòu)造，隨著地質(zhì)年代的變遷，巖石礦物轉(zhuǎn)化時(shí)常會(huì)產(chǎn)生水平應(yīng)力，且常常由于此種應(yīng)力未能得到釋放集聚于巖石中，一旦鉆穿此地層時(shí)，應(yīng)力很 快的釋放出來，造成頁巖崩落井中。4）地層的構(gòu)造狀態(tài)由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地層發(fā)生局部或區(qū)域的斷裂、褶皺、滑動(dòng)和崩塌，上升或下降，導(dǎo)致地層傾 角發(fā)生變化，若傾角增大，其穩(wěn)定性變差。5）高壓油氣層砂巖油氣層是高壓的，井眼鉆穿之后，在壓差的作用下，地層的能量沿著阻力最小的砂巖與 泥頁巖的層面釋放出來，使交界面處的泥頁巖坍塌。6）泥頁巖孔隙壓力異常泥頁巖有孔隙，由于溫度、壓力的影響，使粘土表面的強(qiáng)結(jié)合水脫離形成自由水，在封閉境 內(nèi)，多余的水排不出去，在孔隙內(nèi)形

6、成高壓。一些生油巖生成的油氣運(yùn)移不出去，也會(huì)在裂 隙和孔隙內(nèi)形成高壓。鉆開時(shí)，由于負(fù)壓低會(huì)引起坍塌。7）地層側(cè)壓力及溫度地層側(cè)壓力等于地層的覆蓋壓力和泊松比的乘積當(dāng)?shù)貙觽?cè)壓力大于井壁巖石的屈服極限時(shí)， 巖石向井眼內(nèi)部產(chǎn)生位移而發(fā)生井塌。另外，如果底層溫度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，巖石中所含的 粘土礦物發(fā)生轉(zhuǎn)化，一般情況在3000到5000m石，蒙脫石開始轉(zhuǎn)化成伊蒙混層，再進(jìn)一 步轉(zhuǎn)化成伊利石。外在原因1）鉆井液濾液的大量浸入當(dāng)鉆開易塌巖層時(shí)，巖層中所含的粘土礦物就會(huì)從鉆井液中吸收水分或由于壓差的作用 時(shí)濾液大量侵入，由于粘土礦物的親水性，結(jié)果使巖層中所含的粘土礦物水化膨脹而坍 塌。2）侵入液的性質(zhì)鉆開易

7、塌地層后，除鉆井液濾液的侵入數(shù)量產(chǎn)生影響外，濾液性質(zhì)至關(guān)重要。其性質(zhì)主 要是對頁巖的抑制水化特性。在濾液中影響抑制的有:PH值、無機(jī)鹽的種類與含量、各 種有機(jī)處理劑的品種和濃度。3）鉆井液的造壁性與流變性4）鉆具工程的影響鉆具組合不合理:如鉆鋌直徑太大，螺旋扶正器過多，鉆具與井壁的間隙太小，起下鉆 時(shí)易產(chǎn)生壓力激動(dòng)，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。鉆具碰擊井壁，鉆具刺穿等也會(huì)引起井塌:若在易塌井段起鉆時(shí)，使用轉(zhuǎn)盤卸或者鉆進(jìn) 時(shí)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速過快都會(huì)產(chǎn)生對井壁劇烈碰擊，從而加劇井塌;其次在采用噴射鉆井時(shí)，鉆頭停 留在易塌地層循環(huán)鉆井液時(shí)亦可產(chǎn)生較大的沖刷力而沖塌不穩(wěn)定地層。井身質(zhì)量：井身質(zhì)量不好，全角變化率較大，那么在

8、鉆井中易出現(xiàn)兩種不利后果，其一 是地層應(yīng)力易于集中，周向應(yīng)力集合點(diǎn)可能就是頁巖剝落的突點(diǎn)其二是在鉆進(jìn)中，旋轉(zhuǎn)的 鉆具碰擊的幾率和強(qiáng)度會(huì)大，結(jié)果必然會(huì)加劇井塌。壓力激動(dòng)過大：有幾種情況可以引起井內(nèi)壓力波動(dòng)，起下鉆速度過快，起下鉆拔活塞”造成 井內(nèi)壓力失衡，起下鉆猛剎猛放，尤其是下鉆完初次開泵，鉆井液靜時(shí)間較長，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較 強(qiáng)，流動(dòng)阻力很大。如果初次開泵過猛、排量過大造成壓力激動(dòng)，鉆頭泥包產(chǎn)生抽吸作用， 靜切力過大和開泵過猛等，這些都不利于井壁穩(wěn)定。鉆井液液柱壓力降低:鉆井過程中由于起鉆不及時(shí)灌鉆井液或突發(fā)性井漏等可導(dǎo)致鉆井 液液柱壓力大幅度下降，使上部井段液柱壓力減少，在地層側(cè)壓力的作用下，松散

9、的巖層向 井筒中下方向發(fā)生運(yùn)移，其結(jié)果常會(huì)由此引起井壁失掉平衡而發(fā)生井塌。井斜和方位:鉆井施工過程中（尤其是水平井、大斜度井），井斜和方位控制不合理，位于最大水平主應(yīng)力方向的井眼容易失穩(wěn)。井噴：井噴后，鉆井液受到污染，使液柱壓力降低；由于高速油氣流的沖刷，破壞了井壁 泥餅，也破壞了周圍薄弱的巖層，造成井壁不穩(wěn)定?？s徑定義：粘土質(zhì)地層、頁巖層遇水后分子聯(lián)結(jié)力降低，產(chǎn)生體積膨脹或分散，加之鉆井時(shí)，泥 漿密度小，造成井壁上徑向應(yīng)力大于井內(nèi)液柱壓力，產(chǎn)生井眼小于鉆頭直徑的現(xiàn)象?？s徑阻卡原因：砂礫巖的縮徑：砂巖、礫巖、砂礫混層、如果膠結(jié)不好或甚至沒有膠結(jié)物在井眼形 成之后，由于其濾失量大,在井壁上形成一

10、層厚的濾餅，而縮小了原已形成的井眼，如圖所示。泥頁巖縮徑：泥頁巖井段一般表現(xiàn)為井徑擴(kuò)大，但有些泥頁巖吸水后膨脹，也可使井徑 縮小。如表層泥頁巖,主要成分為鈉蒙脫石，具有較高的含水量，在鉆進(jìn)中易出現(xiàn)塑性變形。未固結(jié)的粘土，內(nèi)摩擦角為零,一旦剪切應(yīng)力大于膠結(jié)強(qiáng)度，便發(fā)生塑性變形。在壓力異常帶的泥頁巖，因其含水量和孔隙壓都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常值，也就容易發(fā)生塑性 變形。鹽膏層縮徑鹽、骨、泥復(fù)合鹽層往往是鹽、骨、泥相間，互層多且薄，巖性變化大，并含鹽膏軟 泥巖、碎泥與鹽結(jié)合物及以鹽為膠結(jié)物的角礫巖等，往往由鹽巖、鹽骨、石骨、芒硝、泥巖、 含膏泥巖、灰質(zhì)泥巖、泥頁巖等多種巖性組成。其巖性復(fù)雜多變，泥巖層理發(fā)育，

11、軟泥巖含 水量高，含鹽量760%不等。而且，由于沉積環(huán)境的不同，產(chǎn)生了富含碳酸鹽、硫酸鹽的鹽巖再加上周期性交互沉積分選差的砂泥巖，形成形形色色的復(fù)合鹽巖，構(gòu)成的鹽膏巖性質(zhì) 千差萬別，蠕變特性差異很大。鹽巖在一定的溫度條件下,表現(xiàn)出延展性，而且隨著溫度的上升而迅速增加。鹽巖層的 強(qiáng)度隨深度的增加而減小。鹽巖層在一定的溫度和壓力下會(huì)發(fā)生明顯地變形稱之謂蠕變，4）深部沉積的石骨層：一般認(rèn)為在上覆巖層壓力下把結(jié)晶水?dāng)D掉，成為無水石骨。 當(dāng)鉆開時(shí)，石骨又吸水膨脹，減弱強(qiáng)度，縮小井徑。無水石骨密度為2.9g/cm,含水石骨密度為 2.3g/cm,即無水石膏變?yōu)楹鄷r(shí)體積要膨脹26%。其他鹽類如芒硝、氧

12、化鎂、氧化鈣 等也具有類似性質(zhì)。5）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，舌U刀鉆頭尤為顯著。 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)、劃眼過程中發(fā)生溜鉆,也會(huì)造成卡鉆。其性質(zhì)和縮徑卡鉆一樣。6）彎曲井眼:有些井由于下部鉆具結(jié)構(gòu)剛性不夠,形成彎曲井眼。當(dāng)下部鉆具結(jié)構(gòu)改變， 剛性增強(qiáng)，或者下入外徑較大長度較長的套銑工具或打撈工具時(shí)，在彎曲井眼處容易卡住。7）地層錯(cuò)動(dòng),造成井眼橫向位移。由于所鉆地層有斷層和節(jié)理存在,當(dāng)鉆井液濾液浸入斷 層面或節(jié)理面后,引起孔隙壓力的升高，產(chǎn)生了沿?cái)鄬用婊蚬?jié)理面的滑動(dòng)，導(dǎo)致了井眼的橫向 錯(cuò)動(dòng)。如這一現(xiàn)象發(fā)生在下鉆之前，則下鉆時(shí)將會(huì)在錯(cuò)動(dòng)處遇阻;如這一現(xiàn)象發(fā)生在下鉆之后, 則在起鉆至錯(cuò)動(dòng)位置時(shí)會(huì)發(fā)生遇阻遇卡，其情形就和縮徑差不多,但卻不是縮徑，嚴(yán)重的錯(cuò)動(dòng) 將會(huì)立即把鉆具卡住8）將大一級的鉆頭下入小一級的井眼中。9）鉆井液性能發(fā)生了較大的變化:如鉆遇石骨層、鹽巖層、高壓鹽水層，濾失量增加, 粘度、切力增加，濾餅增厚?；蛘邽榱硕侣?大幅度地調(diào)整鉆井液性能,都很容易形成假濾餅, 使某些井段的井徑縮小。井斜定義：過井眼軸線上某點(diǎn)作井眼軸線的切線，該切線向井眼前進(jìn)方向延伸的部分稱為井眼方向線， 井眼方向線與重力線之間的夾角就是井斜角。原因：一是地質(zhì)方面的因素。沉積地層由于