卡鉆事故原因分析及處理

1、卡鉆事故原因分析及處理馮宗偉（長城鉆探鉆井液公司技術中心，北京）摘 要 正確分析鉆井過程中發(fā)生的卡鉆事故原因，根據(jù)井下卡鉆類型做好相關的防卡預案和解卡措施， 是實現(xiàn)安全、快速和低成本鉆井的關鍵。本文分析了鉆井過程中所出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象原因，并根據(jù)不同的卡大類，同時按照不同的卡鉆類型制定了相應的防卡解卡措施，為保障井下安全提供了一定的技術支持。鉆原因?qū)⒖ㄣ@分成了沉砂卡鉆、壓差卡鉆、鍵槽卡鉆、泥包卡鉆、井塌卡鉆、縮徑卡鉆和落物卡鉆等七為保障井下安全提供了一定的技術支持。關鍵詞 鉆井液密度 卡鉆 解卡鉆井過程中，由于各種原因造成的鉆具陷進井內(nèi)不能自由活動的現(xiàn)象，稱為卡鉆 1。地層原因、鉆井液性能不良、操作

2、不當?shù)榷伎赡茉斐煽ㄣ@。必須針對不同情況進行分析，以便有效的解卡。及早地發(fā)現(xiàn)井下異常并采取適當措施是防卡的關鍵。通過對不同卡鉆原因的分析和總結，制定相關的防卡解卡措施，以便減小鉆井過程中卡鉆事故的發(fā)生頻率，提高鉆速，降低鉆井成本。卡鉆事故類型及產(chǎn)生的原因沉砂卡鉆用清水鉆進或用粘度小、切力低的鉆井液鉆進時，由于其懸浮巖屑的能力差，稍一停泵巖屑就會下沉，停泵時間越長，沉砂量就越多，尤其是在鉆速較快時更是如此，嚴重時就可能造成下沉的巖屑堵死環(huán)空、埋住鉆頭與部分鉆具，形成卡鉆。此時若開泵過猛還會憋漏地層，或卡的更緊。沉砂卡鉆的表現(xiàn)是：接單根或起鉆卸開立柱后，鉆井液倒返甚至噴勢很大，重新開泵循環(huán)，泵壓很高

3、或憋泵，上提遇卡，下放遇阻且鉆具的上提或下放越來越困難，轉動時阻力很大甚至不能轉動。壓差卡鉆（泥餅粘附卡鉆）凡是使用水基鉆井液和有固相鉆井液時，鉆井液中的自由水在液柱壓力大于地層壓力所產(chǎn)生的壓差作用下，滲入地層，而鉆井液的固相部分難以滲入地層，則糊在井壁上形成了一層泥餅。當鉆具接觸井壁時，尤其是在鉆井液密度較高時在壓差的作用下形成一個推力，將鉆具壓在井壁并嵌入泥餅中。如果鉆具與井壁泥餅所產(chǎn)生的摩阻力與鉆具在鉆井液中的重量之和大于鉆機安全提升拉力時，則發(fā)生卡鉆事故。 通常稱為泥餅粘附卡鉆或壓差卡鉆2。發(fā)生粘卡后，鉆具不能上提下放或轉動，但開泵正常且泵壓正常，一般沒有大量的沉沙返出，振動篩上比較干

4、凈。壓差卡鉆原因凡是泥餅質(zhì)量和井身質(zhì)量差以及井內(nèi)壓差大時都容易發(fā)生粘附卡鉆。造成粘卡的原因是多方面的，它與泥餅摩阻系數(shù)、鉆井液密度及鉆具與井壁的接觸面積等因素有關。1）鉆井液因素鉆井液性能不好，失水量過大，鉆井液凈化差，固相含量高，加之地層滲透性好，便會在井壁上形成厚厚的泥餅。如果含沙量高則形成一層 “砂餅” ， 從而提高泥餅的摩阻系數(shù)。若遇到漏失層，鉆井液中加入了堵漏材料（如鋸末、貝殼渣等）， 這樣同樣會提高泥餅的厚度和摩阻力；另外，為了平衡高壓地層而采用加重鉆井液時，高密的鉆井液會在非高壓層產(chǎn)生很大的壓力差，增加了對鉆具的橫向推力。2）鉆井液受污染如遇鹽水層或石膏層，鉆井液受到鹽水和鈣的浸

5、污后性能變壞，失水變大，泥餅質(zhì)量變差，如果處理不及時就會有造成粘卡的危險。3）活動鉆具不及時設備故障無法活動或鉆具折斷后靠在井壁上等原因，使鉆具與泥餅相接觸的相對靜止時間增長，都可能發(fā)生粘卡。如果及時活動鉆具，使井壁與鉆具之間有了一層鉆井液，使鉆柱四周有液柱壓力存在，可以避免卡鉆事故的發(fā)生。4）井身結構井斜過大，會使鉆具的大部分貼在井壁上，增加了粘卡的機會。實踐證明，定向井發(fā)生粘卡的頻率超過了直井。. 鍵槽卡鉆鍵槽卡鉆多發(fā)生在硬地層中，井斜和方位變化大時，形成了急彎（狗腿）的地方。鉆進時，鉆柱緊靠狗腿段旋轉，起下鉆時鉆柱在狗腿井段上下拉刮，在井壁上磨出一條細槽（形如鍵槽）， 它比鉆桿接頭稍大但

6、比鉆頭直徑小，起鉆時鉆頭拉入鍵槽底部時被卡住。鍵槽卡鉆發(fā)生前即可發(fā)現(xiàn)鉆桿接頭偏磨嚴重，下鉆不遇阻，鉆進正常，泵壓也正常，但起鉆到狗腿處常遇卡。隨著井深的增加而愈加嚴重，能下放但不能上提，嚴重時可卡死。. 泥包卡鉆凡是鉆頭或扶正器泥包而造成的卡鉆就叫泥包卡鉆。泥包卡鉆的種類有：干鉆造成鉆頭泥包，排量不足而引起的鉆頭泥包，鉆井液性能差引起鉆頭泥包而產(chǎn)生的卡鉆。泥包卡鉆原因1）鉆井液循環(huán)在沒有鉆井液循環(huán)的情況下鉆進，失去了潤滑和冷卻鉆頭的手段而造成鉆頭迅速泥包，甚至燒死牙輪鉆頭軸承。在沒有鉆井液沖洗井壁的情況下，所鉆的井眼與鉆頭一樣大，井眼也不規(guī)則，很容易造成卡鉆。鉆頭干鉆往往是工作中疏忽大意造成的

7、，大體有三種情況：一是鉆井泵上水不好，在鉆井中出現(xiàn)倒車，轉不動，提不起鉆具的現(xiàn)象，卡鉆后再開泵時開不開；二是在鉆進時司鉆與副司鉆配合不好，副司鉆不與司鉆取得聯(lián)系就停泵，司鉆也看不見泵壓的變化和返出鉆井液的情況而造成干鉆；三是在鉆進過程中鉆桿刺壞，短路循環(huán)造成干鉆，如果司鉆經(jīng)驗不足或大意，出現(xiàn)干鉆，有時由于灌鉆井液閥門壞或沒關好而造成短路?？傊灰@頭沒有鉆井液通過， 20min 左右即可把鉆頭燒壞，如此時再開泵是開不通的。干鉆引起鉆頭泥包卡鉆的現(xiàn)象主要有：轉盤負荷增大，上提鉆具有阻力；開 泵后泵壓下降，甚至沒有泵壓；鉆井液 返出正常，鉆屑沒有返出或突然減少； 井口不返鉆井液，此時恢復循環(huán)已晚。

8、出現(xiàn)鉆頭泥包的征兆后，應立即停止鉆進，分析情況并設法恢復循環(huán)或起鉆檢查。干鉆卡鉆后是開不通泵的，應套銑倒扣處理。2）鉆井液性能差當鉆遇易水化分散性地層時，若鉆井液體系的抑制性較差，導致大量的低密度固相分散到鉆井液中，鉆井液膨潤土含量增加， 切力變大，鉆井液變稠，流動性差，鉆頭此時的水力壓力破巖作用較弱，鉆井液中的大量無用固相容易粘附在鉆頭周圍形成鉆頭泥包，扶正器泥包，從而容易引起在小井眼處卡鉆事故的發(fā)生。井塌卡鉆由于地層出現(xiàn)大量的剝落掉塊現(xiàn)象造成鉆頭無法下鉆到底，上提遇阻而發(fā)生卡鉆的現(xiàn)象稱為井塌卡鉆。一般在嚴重井塌之前，先有大塊泥餅和小塊地層脫落，換鉆頭后下鉆不能到底，有時在鉆井液中攜帶出大塊

9、未切削的上部巖石，在鉆進中突然發(fā)生憋泵、上提遇阻、泵壓上升、憋泵甚至鉆具不能轉動等現(xiàn)象，都說明可能是井塌卡鉆3。井塌卡鉆原因1）地層原因在易吸水膨脹的泥、頁巖，膠結不好的礫巖、砂巖等地層中，當使用的水基鉆井液性能較差時,濾失量較大，巖石吸附了大量的自由水，巖石吸水后發(fā)生膨脹掉塊，大量的塊狀巖石沉積在環(huán)型空間內(nèi)，增加鉆具的附加拉力，當附加拉力超過一定程度的時候，鉆具就會被卡死在井下，出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。2）鉆井液性能 鉆井液的性能不好，井壁泥餅質(zhì)量差，導致失水量大，大量的鉆井液濾液進入地層巖石，長時間的浸泡加之鉆井液的抑制性差等原因容易引起泥頁巖地層發(fā)生水化膨脹，改變井壁巖石應力狀態(tài)，導致井眼不穩(wěn)定，

10、井壁出現(xiàn)掉塊、垮塌，嚴重時容易造成卡鉆。3）鉆井液密度 鉆進時，在井眼的形成過程中，巖石的原始應力狀態(tài)遭到破壞，當鉆井液密度小于設計密度時，鉆井液液柱壓力小于地層坍塌應力，井壁地層壓力得不到及時的平衡，在巖石應力作用下巖石原始結構發(fā)生改變，破壞井壁的穩(wěn)定性，引起卡鉆。4）施工原因 在井眼不穩(wěn)定地層，起鉆時未及時灌好鉆井液以及抽吸作用使得井內(nèi)壓力平衡得到破壞，井下產(chǎn)生負壓差，在負壓差作用下井壁產(chǎn)生坍塌而造成卡鉆。縮徑卡鉆縮徑卡鉆常發(fā)生在膨脹性地層和滲透性、孔隙度良好的井段。由于鉆井液性能不好，失水量大，在井壁易形成膠狀疏松的泥餅，當泵排量小，鉆井液上返速度低時，易在泥餅上面沉積較多的粘土顆粒、巖

11、屑及加重劑，致使井徑縮小。主要表現(xiàn)是：遇阻的位置固定，循環(huán)時泵壓增大， 上提困難，下放容易，起出的鉆桿接頭的 上部經(jīng)常有松軟泥餅。落物卡鉆由于操作不小心，將卡瓦牙、吊鉗牙或其他小工具掉落井內(nèi)，卡于井壁與鉆具之間而造成落物卡鉆。2 各種類型卡鉆事故的預防措施沉砂卡鉆的預防為了預防沉砂卡鉆，應確保鉆井液的性能滿足清巖和懸浮巖屑的要求，隨時做好設備和循環(huán)系統(tǒng)的檢查維護，在因故停止鉆進時，避免停止井內(nèi)循環(huán)；縮短接單根時間，在發(fā)現(xiàn)泵壓升高及巖屑返出量較小時要控制鉆速，加大排量洗井，停泵前要將鉆具提離井底并隨時活動鉆具5-6。井塌卡鉆的預防預防井塌卡鉆的主要措施有：使用低失水、 高礦化度和適當粘度的防塌鉆

12、井液，在破碎易塌地層適當增大鉆井液密度；起鉆時要灌好鉆井液，隨時保證鉆井液柱的高度，避免抽泣作用引起的井壁坍塌。壓差卡鉆（泥餅粘附卡鉆）的預防壓差卡鉆的預防措施主要是調(diào)節(jié)好鉆井液性能，盡可能降低鉆井液密度，提高鉆井液的潤滑性能，降低泥餅的粘滯系數(shù)；并要加強活動鉆具或采用加扶正器的方法使鉆具居中78。鍵槽卡鉆的預防為了防止鍵槽卡鉆的發(fā)生，必須首先要保證井眼質(zhì)量，避免出現(xiàn)狗腿段；起鉆時或再次下鉆時應在鍵槽井段反復劃眼，及時破壞鍵槽的形成，并在起鉆到鍵槽井段時要低速慢起，嚴禁使用高速提升7?？s徑卡鉆的預防采用低密度、低固相、低失水的優(yōu)質(zhì)鉆井液，或?qū)⒂突烊肫渲?，并在下鉆遇阻井段劃眼以擴大縮徑處的直徑，

13、?；顒鱼@具即可有效地預防縮徑卡鉆。落物卡鉆的預防這種卡鉆的原因是顯而易見的，只要嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，加強責任心就可避免其發(fā)生。其他預防卡鉆并非無法避免，只要做好以下幾點，就可以避免卡鉆事故的發(fā)生。1）保持良好的聯(lián)系。要求井隊成員定時通報井眼的情況，要確保不斷記錄井眼狀況，并在交接班時把情況交接清楚。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明大多數(shù)卡鉆事故發(fā)生在交接班前后、這個時間發(fā)生的卡鉆事故要比平時高出兩倍半。2）制定應急措施。要始終掌握鉆遇的地層情況，并估計到可能出現(xiàn)的問題，提前做好各種復雜情況的應變計劃，一旦出現(xiàn)問題就不會使你措手不及。3）不斷了解井下情況。扭矩、摩阻、 巖屑、泵壓的變化都能表明井下情況是否 良好。記錄

14、全部的數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)井下變 化趨勢，將有助于判明井眼已出現(xiàn)或即將 出現(xiàn)的問題。4）保持良好的鉆井液性能。保持鉆井 液性能參數(shù)在指定的范圍內(nèi)，特別是密度、 流變性、低密度固相以及失水等。當鉆井 液性能發(fā)生變化時，要及時找出發(fā)生變化 的原因，并對井下情況作適當?shù)恼{(diào)整。5）不斷地活動鉆具。在裸眼井段中， 任何時候都要盡可能保持鉆具的運動。6）保持井眼干凈。鉆進時要盡快把巖 屑攜帶出來，以保證井眼干凈。一定要牢 記，在大肚子井眼和定問井中，要用更高的 環(huán)空返速來有效地凈化井眼。在起鉆前必 須將鉆屑循環(huán)干凈。7）采取措施要及時果斷。一旦發(fā)生卡 鉆，要盡快地采取行動進行解卡，而不能 讓問題變得更復雜。3各

15、類卡鉆事故的處理方法卡鉆事故發(fā)生后，首先要根據(jù)上提、 下放、轉動、開泵循環(huán)情況，以及了解到 的井眼情況和卡鉆前的各種現(xiàn)象進行分析， 準確判斷出卡鉆的原因，再采取相應的措 施，但不管哪種性質(zhì)的卡鉆，都要設法調(diào) 整鉆井液的性能，及時清除巖屑，清洗井 眼，一般常用下述幾種方法進行解卡。上提、下放和轉動鉆具解卡在循環(huán)鉆井液洗井的同時配合活動鉆 具，若卡的不嚴重時可以得到解決，但活 動鉆具要針對不同的類型的卡鉆來進行， 如果是沉砂卡鉆或井塌卡鉆則不要上提鉆 具，以免卡得更死，那么可以下放和旋轉 鉆具，并設法憋開循環(huán)，用倒劃眼的方法 慢慢上提解卡。起鉆遇卡（鍵槽、縮徑或泥包卡鉆） 時，可提到原懸重后猛放鉆

16、，切不可猛力 上提，以免將鉆頭卡的更死。對于壓差卡 鉆，可以采取猛提猛放和轉動鉆具的方法 使較輕的粘附卡鉆得以解脫。浴井解卡在采用上述辦法無效時，對于壓差卡 鉆、泥包卡鉆、縮徑卡鉆、沉砂卡鉆等情 況可采用浴井解卡。這種方法既是向井內(nèi) 泡油、泡鹽水、泡酸或采用清水循環(huán)等方 式，泡松粘稠的泥餅，降低粘滯系數(shù)，減 少與鉆具的接觸面積，減少壓差，從而活 動鉆具解卡。在浴井之前，首先要弄清卡點的深度， 這可以根據(jù)彈性材料受拉時的拉力與伸長 量的關系實測出卡點的位置，先用大鉤以 一定的力上提鉆具，測出鉆具受此拉力時 的伸長量，可根據(jù)下式計算出卡點的井深 5:式中：L卡點以上鉆桿長度，mE鋼材彈性模量，取

17、20.6X 104MaL鉆桿的絕對伸長量，cmF凈拉力負荷，KAP鉆桿截面積，cm知道卡點深度后，計算出所需的泡油 量，并將其注入卡鉆井段，使粘附等卡鉆 解除。一般要求注入的原油量要返至卡點 以上100米。卡點以下鉆具全部泡上原油， 并使鉆桿內(nèi)的油面高于管外油面，泡油量 可按以下式計算：VO = KhD M 0.785（dp-db2） H+0.785dpi 2H2 （2）式中：Vo 泡油量，m3KhD井徑附加系數(shù)，一般取1.2-1.5 dp鉆桿外徑，mdb鉆桿內(nèi)徑，mHi環(huán)空泡油高度，mH2鉆桿內(nèi)注油高度，mdpi鉆桿內(nèi)經(jīng)，m打入原油后，每隔1014min替入少量 的鉆井液，使原油上返，以加強

18、原油的滲 透浸泡作用。在油浴期間要配合活動鉆具， 浸泡612h后如不能解卡，可替出原油重 新浸泡或在原油中加入一定量的柴油，可 提高浸泡效果。有時用堿液或清水作浸泡劑可獲得很好的解卡效果。在石灰?guī)r地層中，可以用低濃度的鹽酸溶解解卡。上擊、下?lián)艚饪ㄔ阢@進中若遇上垮塌、粘性、膨脹性等易卡地層，可在鉆桿與鉆鋌之間或在鉆鋌之間接上震擊器，一旦遇卡，便立即下?lián)艋蛏蠐艚饪?。起鉆中遇卡，如縮徑、鍵槽等引起的卡鉆經(jīng)活動不能解除時，可以在卡點處倒開鉆具，再接下震擊器，對扣后，下?lián)艚饪āＨ缓笱h(huán)洗井，慢慢上提鉆柱，如仍有卡的現(xiàn)象時，可以轉動鉆具倒劃眼輕輕上提910。下鉆過程中遇阻，未能及時發(fā)現(xiàn)而導致卡鉆，或較輕的

19、泥餅粘附卡鉆時，均可用上擊器向上擊震解卡。倒扣套銑解卡遇到嚴重的卡鉆時用以上方法不能解除且不能循環(huán)時，現(xiàn)場常用倒扣、套銑的方法來取出井內(nèi)全部或部分鉆具。倒扣是使轉盤倒轉，將井內(nèi)正扣鉆桿倒出。每次能倒出的鉆桿數(shù)量決定于井內(nèi)被卡鉆具絲扣松緊是否一致，通常希望從卡點處倒開。對卡點以下的鉆具要下套銑筒將鉆具外面的巖屑或落物碎屑等銑掉，然后再倒出鉆具，這是一種比較復雜的處理辦法，費時較長。其倒扣、套銑的步驟如下10：將卡點以上鉆具重量全部提起，使卡點附近鉆具不受拉力和壓力，然后倒轉轉盤，將鉆桿絲扣倒開，起出井外。如果倒出的鉆具還不到卡點處，可用反扣鉆桿下接反扣公錐，下到井內(nèi)鉆具處造扣，然后上提，使卡點處鉆具不受力，再反轉轉盤倒扣，如此反復進行直到將卡點以上鉆具全部倒出，再進行套銑。套銑時使用套銑筒，要選擇銑鞋，銑筒的外徑比井眼的小，其內(nèi)徑要比鉆桿接頭外徑大，如套銑119mm 的鉆桿時可用165mm 的套銑筒，套銑筒的長度一般為50m 左右，也有更長的，接在鉆桿下面下入井內(nèi)，套住井內(nèi)鉆具后再進行套銑，套