钻井事故及复杂情况 预防处理第一章第一章 卡钻事故卡钻事故钻具失去了活动的自由，既不能转动又不 能上 下活动，这就是钻井过程中常见的井下事故卡钻定义卡钻定义 ：：卡钻类型卡钻类型 ：：粘吸卡钻、坍塌卡钻、砂桥卡钻、缩径卡钻、键槽卡钻、泥包卡钻、干钻卡钻、落物卡钻、水泥固结卡钻等第一节第一节 粘吸卡钻粘吸卡钻一、粘吸卡钻的原因一、粘吸卡钻的原因二、粘吸卡钻的特征二、粘吸卡钻的特征三、粘吸卡钻的预防三、粘吸卡钻的预防四、粘吸卡钻的处理四、粘吸卡钻的处理五、处理粘吸卡钻应注意的问题五、处理粘吸卡钻应注意的问题六、粘吸卡钻实例六、粘吸卡钻实例一、粘吸卡钻的原因：一、粘吸卡钻的原因：井壁是有滤饼的存在是造成粘吸卡钻的内在原因因为大多数 钻井液是固、液两相流体或者是固、液、气三相流体，其中的固相 颗粒附着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，人民总认为钻井液在砂岩中 的滤失量大，才会形成滤饼，粘吸卡钻只能发生在砂岩发育井段 其实不然，在裸眼井段内，泥页岩也有泥饼，而且要比砂岩井段的 滤饼厚得多这是因为滤饼形成有三种原因：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、泥岩都有这个特性。
第 二是沉积，钻井液在流动过程中，靠近井壁的流速几乎是零，钻井 液中的固相颗粒 便沉积在井壁上泥页岩井段的井径要壁砂岩井段 的井径大得多，沉积作用显著第三是滤失作用，它加速了钻井液 中固相颗粒在渗透性岩层表面的沉积，泥页岩虽然滤失性小，但它 亲水，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只要有滤饼存在，就有粘吸卡钻的可能泥 页岩井段的井径往往不规则，和钻柱接触面积少，所以粘吸卡钻的 机会比较少粘吸卡钻示意图粘吸卡钻示意图压差是不可避免的，压差卡钻也是不可避免的 但是某些类型井的钻井液如油基钻井液在同样大的 压差下却不卡钻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地层孔隙压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地层孔隙压 力，另一侧受钻井液液柱压力，如后者大于前者，即有正压差存在，可把钻柱压力，另一侧受钻井液液柱压力，如后者大于前者，即有正压差存在，可把钻柱压 向井壁一边，进一步缩小吸跗面之间的间隙，增强了吸附力，并进一步扩大了钻向井壁一边，进一步缩小吸跗面之间的间隙，增强了吸附力，并进一步扩大了钻 柱与井壁的接触面积柱与井壁的接触面积。
它的发展过程如下图钻井液地层泥饼钻柱表示钻柱接触井壁滤饼 ，发生吸附作用，此时 有一个较小的接触面积表示在压差作用下，进 一步将钻柱压向井壁扩 大了与滤饼接触的面积 ，吸附力量进一步加强 表示在钻柱不能活动的情况下， 除已经接触的滤饼面积外，在接 触面的两边形成了一部分钻井液 不能循环到的死区，随着时间的 延长，大量岩屑和钻井液中的固 相颗粒沉淀于此，又形成新的滤 饼，进一步扩大了钻柱与滤饼的 接触面积表示由于井径不规则的原因，从 纵向看，一部分钻柱与井壁滤饼 接触，一部分钻柱与井壁滤饼不 接触，但有一部分钻柱与井壁之 间的间隙很小，使钻井液无法循 环，时间长了，会被钻屑和固体 颗粒充填，形成新的滤饼，增加 钻柱被吸长度纵观粘吸卡钻这个问题，纵观粘吸卡钻这个问题， 的确有许多矛盾存在，前面提的确有许多矛盾存在，前面提 到的一些看法，不能说没有一到的一些看法，不能说没有一 定的道理，但都没有抓着主要定的道理，但都没有抓着主要 矛盾主要矛盾不是压差，不矛盾主要矛盾不是压差，不 是滤饼质量，而是滤饼的性质是滤饼质量，而是滤饼的性质 ，是滤饼力场的指向和大小是滤饼力场的指向和大小粘吸卡钻是在钻柱静止的状态下才能发生的，至粘吸卡钻是在钻柱静止的状态下才能发生的，至 于静止多长时间会发生卡钻，是和钻井液体系、于静止多长时间会发生卡钻，是和钻井液体系、 性能、钻具结构、井眼质量有密切关系，但必须性能、钻具结构、井眼质量有密切关系，但必须 有一个静止的过程。
有一个静止的过程 粘吸卡钻后的卡点位置不会是钻头，而是钻铤或粘吸卡钻后的卡点位置不会是钻头，而是钻铤或 钻杆部位钻杆部位 粘吸卡钻前后，钻井液循环正常，进出口流量平粘吸卡钻前后，钻井液循环正常，进出口流量平 衡，泵压没有变化衡，泵压没有变化 粘吸卡钻后，如活动不及时，卡点可能上移，甚粘吸卡钻后，如活动不及时，卡点可能上移，甚 至直移直套管鞋附近至直移直套管鞋附近二、粘吸卡钻的特征三、粘吸卡钻的预防 l一般的要求，钻柱静止时间不许超过3-5分钟 l如果钻头在井底，无法活动和转动，那就只 好将钻具悬重的1/2—2/3压在钻头上，以求把 下部钻柱压弯，减少钻柱与井壁泥饼的接触 面积，减少总的粘附力 l在正常钻进时，如水龙头、水龙带发生故障 ，绝不能将方钻杆坐在井口进行维修，如果 一旦发生卡钻，将失去下压和转动钻柱的可 能 l在钻柱中要带上随钻震击器，因为在粘卡发 生的最初阶段，震击解卡是很有效的四、粘吸卡钻的处理l 1. 强力活动下压可以把全部钻柱的重量压上，也可以进行适当的转下压可以把全部钻柱的重量压上，也可以进行适当的转 动，最重要是要在安全限度内以最大力量进行活动，动，最重要是要在安全限度内以最大力量进行活动， 不能限制过死。
上提拉力不要超过自由钻柱悬重不能限制过死上提拉力不要超过自由钻柱悬重100-100- 200kN200kN，，下压力量根据井深及最内一层套管的下深而下压力量根据井深及最内一层套管的下深而 定，可以把自由钻柱重量的二分之一甚至全部压上去定，可以把自由钻柱重量的二分之一甚至全部压上去 ，使裸眼内钻柱弯曲，减少与井壁的接触点，防止卡，使裸眼内钻柱弯曲，减少与井壁的接触点，防止卡 点上移注意钻柱只能是在受压的状态下静止，不点上移注意钻柱只能是在受压的状态下静止，不 许在受拉的状态下静止）许在受拉的状态下静止） l2. 震击解卡带有震击器，下击器下击，以求解卡，这比单纯的上带有震击器，下击器下击，以求解卡，这比单纯的上 提、下压的力量要集中提、下压的力量要集中l3. 浸泡解卡剂浸泡解卡剂是解除粘吸卡钻最重要的办法，用专门物浸泡解卡剂是解除粘吸卡钻最重要的办法，用专门物 料料 配成的用于解除粘吸卡钻的特殊溶液，有油基和水配成的用于解除粘吸卡钻的特殊溶液，有油基和水 基的，高压井只能选用高密度解卡剂基的，高压井只能选用高密度解卡剂 q求卡点位置最准确的办法是利用测卡仪测量但现场常用的办法 是根据钻柱在一定拉力下的弹性伸长来计算。
依据虎 克定律： l=LF/ES卡点的计算公式：卡点的计算公式：L KL K四、粘吸卡钻的处理ePL: 卡点深度 米e: 连续提升时钻杆平均伸长 厘米K：钻具的伸长系数P：为提拉悬重的差值 吨五、处理粘吸卡钻应注意的问题l l使用什么样的解卡剂，压迫根据具体情况定，最好是使用可使用什么样的解卡剂，压迫根据具体情况定，最好是使用可 以调整密度的油基解卡剂以调整密度的油基解卡剂l l注入解卡剂前，最好做一次钻井液循环周试验，确保钻具没注入解卡剂前，最好做一次钻井液循环周试验，确保钻具没 有刺漏现象，方可注入有刺漏现象，方可注入l l注解卡剂前特别是注低密度解卡剂前，必须在钻杆上或方钻注解卡剂前特别是注低密度解卡剂前，必须在钻杆上或方钻 杆上接回压阀或旋塞杆上接回压阀或旋塞l l要保持钻头水眼和环空不被堵塞要保持钻头水眼和环空不被堵塞 vv粘吸卡钻发生后，要根据现场的具体情况采取相应的措施，粘吸卡钻发生后，要根据现场的具体情况采取相应的措施， 具体问题要具体分析具体对待，不能一概而论。
具体问题要具体分析具体对待，不能一概而论第二节 井壁失稳与坍塌卡钻坍塌卡钻是卡坍塌卡钻是卡 钻事故中性质钻事故中性质 最为恶劣的一最为恶劣的一 种事故因为种事故因为 处理这种事故处理这种事故 的工序最复杂的工序最复杂 ，耗费时间最，耗费时间最 多，风险性最多，风险性最 大，甚至有全大，甚至有全 井或部分井眼井或部分井眼 报废的可能，报废的可能， 所以在钻井过所以在钻井过 程中应尽力避程中应尽力避 免这种事故的免这种事故的 发生一、地层坍塌的原因一、地层坍塌的原因1. 1. 地质方面的原因地质方面的原因2. ⑴ 原始地层应力3. ⑵ 地层的结构状态4. ⑶ 岩石本身的性质 5. ⑷ 泥页岩孔隙压力异 常6. ⑸ 高压油气层的影响2. 2. 物理化学方面的原因物理化学方面的原因⑴ 水化膨胀⑵ 毛细管作用⑶ 流体静压力3. 3.工艺方面的原因工艺方面的原因⑴⑴ 钻井液液柱压力钻井液液柱压力基于平衡理论，首先必须采取适当的钻井液密度，形成适当的液柱 压力，这是对付薄弱地层、破屑地层及应力相对集中的地层的有效 措施但增加钻井液的密度液有两重性，一方面钻井液密度高了有 利于增加对井壁的支撑力，另一方面它会导致滤液进入地层，增大 地层的孔隙压力，增大粘土的水化面积和水化作用从而降低地层内 部的结构力。
另外钻井液密度的确定，也受其他因素的影响 如 ①钻井液液柱压力不恩能够超过产层的孔隙压力，因为设计钻井液 的密度的主要目的是保护油气层； ②钻井液液柱压力不能超过地层 的破裂压力；③受机械钻速的制约，钻井液液柱压力越低，机械钻 速越快，所以现在提倡负压钻进，地层稳定会带来很大的经济效益 ，地层不稳定，将会带来井塌的恶果•⑵ 钻井液的性能和流变性 钻井液的循环排量大返速高呈紊流，容易冲蚀井壁地层 ，引起坍塌，但是如果钻井液循环排量小返速低呈层流 状态，某些松软地层极易缩径而且在已经发生井塌的 情况下不得不增大排量和返速，否则不足将塌块带出 高粘高切低滤失的钻井液有助于防塌，液有利于携带岩 屑，但不利于提高钻速•⑶井斜与方位的影响在同一地层条件下，直井比斜井稳定，而斜井的稳定性 又和方位有关系，位于最小水平应力方向的井眼稳定， 位于最大水平主应力和最小水平主应力方向中分线的井 眼稳定，而位于最大水平主应力方向的井眼不稳定l⑷钻具组合为了保持井眼垂直或稳斜钻进，下部钻具采用刚性结构 ，但如钻铤直径太大，扶正器过多，下部钻具与井壁之 间的间隙小，起下钻时容易生产压力激动，导致井壁不 稳l⑸钻井液液面下降液柱压力降低，引起井塌原因是：第一、第一、起钻时未灌钻井液和灌入的数量不足。
第二、第二、下钻具和套管时，下部装有回压阀，未及时向 管内 灌注钻井液，回压阀挤毁，环空液体倒流第三第三、在注入低密度解卡剂，管内外形成很大压差，地面 管线或阀门发生故障，会时环空液体倒流第四第四、突发性井漏，井内液面迅速下降l⑹压力激动开泵过猛，下钻速度过快，易生产压力激动，使瞬间 的井内压力大于地层破裂压力而压裂地层l⑺井喷引起井塌井喷后，一方面由于油气的混入，使钻井液液柱压力 降低，另一方面由于高速油气流的冲刷，破坏了井壁 滤饼，液破坏了井眼周围结构薄弱的岩层，所以井喷 时总是夹带着大量的砂石喷出地面，当冲落的砂石达 到一定的数量，油气流无力将其举升到地面时，就堵 塞了环空，有些井喷自动停喷二、井壁坍塌的特征在在钻进过程中发生坍塌钻进过程中发生坍塌 起钻时发生井塌起钻时发生井塌 下钻时发生井塌下钻时发生井塌 划眼情况不同划眼情况不同三、井壁坍塌的预防l l1. 1.采取适当的工艺措施采取适当的工艺措施 （（1 1）设计合理的井身结构）设计合理的井身结构 （（2 2）尽量减少套管鞋以下的大井眼预留长度）尽量减少套管鞋以下的大井眼预留长度 （（3 3）调整钻井液性格使其适应钻进地层）调整钻井液性格使其适应钻进地层 （（4 4）保持钻井液柱压力）保持钻井液柱压力 （（5 5）减少压力激动）减少压力激动l l2. 2.使用具有防塌性能的钻井液使用具有防塌性能的钻井液（（1 1）油基泥浆）油基泥浆（。