《石油钻井常见的卡钻原因及处理对策-》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石油钻井常见的卡钻原因及处理对策-（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、常见卡钻原因和处理对策粘吸卡钻粘吸卡钻也叫压差卡钻是钻井过程中最常见的卡钻事故。最容易卡住的是钻铤，由于钻柱失去了活动的自由，卡点可能逐渐上移。一、粘吸卡钻的原因 井壁上有滤饼的存在是造成粘吸卡钻的因在原因，因为大多数钻井液是固、液两相流体，其中的固相颗粒吸附在井壁上就形成了滤饼。有人认为滤饼是由于钻井液的滤失造成的，没有滤失量就不会有滤饼，基于这种思维，他们总认为钻井液在砂岩中的滤失量大，才会形成滤饼。其实不然，在裸眼井段内，泥页岩也有滤饼，而且要比砂岩井段的滤饼厚得多。这是因为滤饼的形成有三种原因：第一是吸附，钻井液中的固相颗粒吸附在岩石表面，无论砂岩泥岩都有这种特性。第二是沉积，钻井液在
2、流动过程中，靠近井壁的流速几乎等于零，钻井液中的固相颗粒便沉积在井壁上。泥岩井段的井径要比砂岩井段的井径大得多，沉积作用更为显著，所以泥岩井段容易形成厚滤饼。第三是滤失作用，它加速了钻井液中因相颗粒在渗透性岩层表面的沉积。同时我们也注意到，泥岩也有滤失性，而且是亲水物质，可以被水浸润，只要是水基钻井液，即使滤失量等于零，这个浸润过程也无法停止。由于泥岩含有大量的微细裂纹，这些微细裂纹有些是地层应力造成的，有些是在钻头破碎岩石时造成的，一旦泥岩表面被水浸润之后，在这些微细裂纹中形成一层吸附膜，可以发生有效的分裂作用，降低泥岩的坚固度而使其破碎脱落，所以泥岩井段井径大多大于钻头直径。但在泥岩相对稳
3、定之后由于水的浸润，泥岩表面的分子、原子或离子表现出极性，具有未平衡的自由的一部分力场，这部分力场的方向指向钻井液，能够吸附钻井液中的大量带异性电荷的粒子。在吸附平衡建立之前，吸附物在钻井液中的浓度逐渐变小，而在泥岩表面上的浓度逐渐加大。如果增大钻井液中某些粒子的浓度，也就增大它们在单位时间内吸附到泥岩表面的数目，这是一个累积的过程。加之，又在钻井液液柱压力和钻柱旋转动力的作用下，吸附层的一部分水分被挤回钻井液中，井壁上就形成了一层比较厚的成分比较复杂的滤饼，这些滤饼的性能比砂岩井段的滤饼更差。由此我们可以得出结论，只要滤饼存在，就有粘吸卡钻的可能，砂岩井段可以粘钻，泥岩井段也可以粘钻，不过泥
4、岩井段的井径往往是不规则的，和钻柱的接触面积比较少，所以卡钻的机会比较少一些。 地层孔隙压力和钻井液液柱压力的压差存在，是形成粘吸卡钻的外在原因。在同一裸眼井段中，地层孔隙压力梯度不会是统一的，而钻井液液柱压力总是要平衡该井段中的最高地层孔隙压力，对那些地层压力梯度相对低的地层必然会形成一个正压差。当钻柱被井壁滤饼粘吸之后，紧靠井壁一边钻柱的一侧所受的是通过滤饼传来的地层孔隙压力，另一侧所受的是钻井液液柱压力，如果后者大于前者，即有正压差存在，可把钻柱压向井壁，进一步缩小吸附面之间的间隙，增强了吸附力，并进一步扩大了钻柱与井壁的接触面积。 钻柱在静止时，由于任何井都有一定的斜度，钻柱因其自身重
5、量所产生的水平分力而压向井壁的下侧，驱走了中间的隔离层，使钻柱与滤饼之间的距离缩小，当缩小到二者之间的极性分子互相起作用的范围内时，便发生的吸附作用，这就是发生粘吸卡钻的主要原因。二、粘吸卡钻的预防1、使用中性钻井液，或阳离子体系钻井液；2、目前使用的水基钻井液，绝大部分是阴离子体系钻井液，这种钻井液随着井斜的增加或钻井液密度的提高，粘吸卡钻的可能性越来越大，最好的办法就是不让钻柱静止；3、对于阴离子体系的钻井液来说，要求有好的润滑性、较小的滤失量、适当的粘度和切力，必要时加入润滑济以减少滤饼的摩阻系数；4、搞好固控工作，把无用的固相尽量清除干净；5、尽可能做到近平衡压力钻进；6、使用合理的钻
6、柱结构，总的思路是增加支撑点，减少接触面；7、直井粘卡后为了防止卡点上移最好将钻柱总重量的三分之二下压，减少钻柱与井壁滤饼的接触面积，斜井则不能压，因为下部钻具靠井壁下限，越压越死；8、指重表必须灵敏可靠，以防做出错误的判断；9、要保持良好的井身质量；10、在钻柱中带上随钻震击器，因为在粘卡发生的最初阶段，震击解卡是很有效的。三、粘吸卡钻的处理1、强力活动：粘吸卡钻随着时间的延长会越来越严重，所以在发生粘吸卡钻的初期阶段，就应在设备和钻柱的安全负荷内用最大的力量进行活动。2、震击解卡：如果钻柱上带有随钻震击器，应立即启动震击器上击或者下击，以求解卡，这比单纯的上提下压的力量要集中，见效也快得多
7、。若没有随钻震击器，应先测卡点位置，用爆破松扣法从卡点以上把钻具倒开，然后选择适当的震击器下钻对扣后震击以求解卡。如果震击不能解卡，可用注解卡剂边浸泡边震击，其效果会更好。3、降压解卡法：即泥浆液柱压力和地层孔隙压力之差别。 坍塌卡钻坍塌卡钻是井壁失稳造成的，是卡钻事故中性质最为恶劣的一种事故。因为处理这种事故的工序最复杂，耗费时间最多，处理风险最大，甚至有全井或部分井眼报废的可能，所以在钻井施工过程中应尽量避免这种事故的发生。地层坍塌的原因：1、地质方面的原因 A、原始地层应力的存在。我们知道，地壳是在不断运动的，在不同的部位形成不同的构造应力（挤压、拉伸、剪切），当这些构造应力超过岩石本身
8、的强度时，便产生断裂而释放能量。但当这些构造应力的聚集尚未达到足以使岩石破裂的强度时，它是以潜能的方式储存在岩石之中，当遇到适当的条件时，就会表现出来。此时，地层中任何一点的岩石都受到来自各个方向的应力作用。当地层被钻穿之后，钻井液液柱压力代替了被钻掉的岩石所提供的原始应力，当钻井液液柱压力不能平衡地层的侧向压力时，裸露地层就向井眼内剥落或坍塌。B、地层的构造状态。处于水平位置的地层其稳定性较好，但由于构造运动，发生局部的或区域的断裂、褶皱、滑动和崩塌、上升或下降，使得本来水平的沉积岩变得错综复杂起来，大多数地层都保持一定的倾角，随着倾角的增大，地层的稳定性变差，60度左右的倾角稳定性最差。C
9、、岩石本身的性质。沉积岩中最常见的是泥页岩、砂岩、砾岩、石灰岩等。由于沉积环境、矿物组分、埋藏时间、胶结程度、压实程度不同而各具特性。钻井过程中易坍塌的地层有：未胶结或胶结不好的砂岩、砾岩、砂砾岩；破碎的凝灰岩、玄武岩；节理发育的泥页岩；断层形成的破碎带；未成岩的地层，如煤层、流砂层等。2、物理化学方面的原因：钻井多是在沉积岩中进行的，而沉积岩中70%以上是泥页岩。泥页岩都是亲水物质，不同的泥页岩其水化程度及吸水后的表现有很大的不同，泥页岩吸水后，强度直线下降，这是泥页岩井段坍塌的主要原因。3、工艺方面的原因：地层的性质及应力的存在是客观事实，不可改变。所以人们只能从工艺方面采取措施防止地层坍
10、塌，如果对坍塌层的性质认识不清，工艺方面采取的措施不当，也会导致坍塌的发生。例如：钻井液液柱压力不能平衡地层压力；井斜的影响；钻具组合的影响；泥浆液面下降的影响等。井壁坍塌的征兆：A、在钻进过程中发生坍塌：如果是轻微的坍塌，则使泥浆性能不稳定，密度、黏度、切力、特别是含砂量要升高，返出岩屑增多，可以发现许多棱角分明的片状岩屑。如果坍塌层是正钻地层，则钻进困难，泵压上升，转盘扭矩增大，钻头提起后，泵压正常，但钻头放不到井底。如果坍塌层在上边，则泵压升高，钻头提离井底后，泵压不降，且上提下放都的阻力，甚至井口泥浆返出流减少或不返泥浆。B、起钻时发生井塌：正常情况下，起钻时是不会发生井塌的，但在发生
11、井漏后，或在起钻过程中未灌泥浆或少灌泥浆，则随时有发生井塌的可能。井塌发生后，上提遇卡，下放遇阻，而且阻力越来越大，钻具可以转动，但扭矩增加，开泵泵压上升，悬重下降，井口流量减少甚至不返泥浆，停泵后有回压。起钻时钻杆内返喷泥浆。C、下钻发生井塌：井塌发生后，由于泥浆的悬浮作用，塌落的岩屑没有集中，下钻时可能不遇阻，但井口不返钻井液，或者钻杆内返喷泥浆。如果塌落的岩屑集中，则下钻遇阻，当钻头未进入塌层之前，开泵泵压正常，当钻头进入塌层之后，则泵压升高，悬重下降，井口反出量减少或不返泥浆，但钻头一提离塌层，则一切恢复正常。向下划眼时，虽然阻力不大，但泵压忽大忽小，有时会突然升高，悬重也随之下降，井
12、口返量也呈现忽大忽小的状态，有时甚至不返泥浆。从返出的岩屑中可发现带棱角的岩块和经长期研磨而失去棱角的岩屑。D、划眼情况不同：如果是缩径造成的遇阻，经一次划眼即恢复正常，如果是坍塌造成的则划眼时经常蹩泵、别钻，钻头提起后放不到原来的位置，甚至越划越浅。搞得不好，还会划出一个新眼。井壁坍塌的预防：A、采取适当的工艺措施：设计合理的井身结构。表层套管应封掉上部的松软地层，因为这些地层容易坍塌，对钻井液液柱压力的反应最敏感；要用套管封隔已知的漏层。因为钻遇这些地层，往往是钻井液有进无出，必然引起上部地层的大段坍塌；在同一裸眼井段内不能让喷、漏层并存。因为在这种情况下，防喷则漏，防漏则喷，无论喷、漏，
13、都会引起地层坍塌。B、要尽量减少套管鞋下口袋长度，因为较长的口袋是下部岩屑的储藏所，同时也容易引起水泥环脱落。C、调整泥浆性能使其适应所钻地层：对于未胶结的砾石层、砂层，应使钻井液有适当的密度和较高的黏度和切力；对于不稳定的裂缝发育的泥页岩、煤层、泥煤混层，应使钻井液有较高的密度和适当的黏度、切力和较小的失水量，这样，一方面减少或防止地层的坍塌，另一方面也可以把坍塌的岩块携带到地面，防止岩屑沉淀堆集成砂桥；要控制钻井液的PH值在9左右，可以减弱高碱性对泥页岩的强水化作用；采用钻井液内混油的办法，如混入原油、柴油、白油等，因为泥页岩都是亲水的，而非亲油的，混入油类后会降低黏土的吸附力，因而可以抑
14、制泥页岩因亲水而膨胀；适当提高钻井液的矿化度，使之与泥页岩中的水矿化度相当或稍高，减少渗透压，降低井壁处泥页岩的含水量和孔隙压力，使泥页岩强度增加；促进有得于泥页岩稳定的离子交换作用，泥页岩中的Na离子是引起黏土水化的主要根源，如果在钻井液中加入钾、Ca等离子，与泥页岩中的Na离子进行交换，就可以有效的降低泥页岩的膨胀压。D、保持钻井液液柱压力：起钻时连续灌浆，保持井内液面不降；停式或测井时应有专人观察井口，即时往井内灌泥浆；钻柱或套管柱下部装有回压阀时要定时向管柱内灌浆，防止回压阀挤坏，而使泥浆倒流，把井壁抽塌；如果管柱内外压力不平衡，停泵后立管有回压，不能放回水，也不能接方钻杆接单根，因为
15、这样会使环空泥浆倒流，致使环空液柱压力降低。E、减少压力激动：控制起钻速度，特别是钻头泥泡或扶正器泥泡的情况下，上提钻柱时，井口液面不降或外溢，通俗叫法“拔活塞”，这是很危险的，应立即停止起钻，接方钻杆开泵循环钻井液，消除泥泡，如果消除不了，应该边循环边起，待起出小井径段后，再正常起钻；下钻后或钻方钻杆后不宜开泵过猛，排量应由小到大，待泵压正常后，再进行下步动作，复杂井、深井等应分段循环。F、要有意识地保护薄弱地层：对于结构薄弱或有裂缝的地层，钻进时要控制循环压力，起下钻通过这些地层时要严格控制速度，减少对地层的外力干扰。G、不可长期停止循环：如因故停钻，泥浆在井内静止的时间不可过长。H、负压
16、钻进时，尤其要注意液柱压力，液柱压力不能小于裸眼井段某些地层的坍塌压力，否则，应将这些地层用套管封隔。坍塌卡钻的处理:坍塌卡钻以后可能有两种情况,一种是可以小排量循环,一种是根本建立不起循环。往往有这种情况，在发生严重井塌之后，不能循环但能转动，上下也有一定的活动距离，但活动距离越来越小，转动扭矩越来越大，说明砂子越挤越死，最终非卡死不可。此时就不应以转动来求解脱，要严格控制扭矩，为倒扣留一条后路。此时应分析坍塌的是钻具上部还是下部，如果塌的是钻具下部，最好把钻具提卡，立即倒扣，如果倒得好，可以把卡点以上的钻具全部倒出。要知道，坍塌发生后的初期阶段掩埋的钻具并不多，且砂子比较疏松，但随着时间的延长，砂子越集越多，越集越实，卡点会迅速上移，而且上部钻具粘卡我危险性越来越大，因此，只要确定是钻具下部坍塌，就应及早倒扣。倒扣的时间越旱，可能倒出的钻具越多，给下步处理留下的困难越小。但是坍塌卡钻的部位往往是上部松软地层，下部钻具并
