钻井事故与复杂问题.docx
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钻井事故与复杂问题
钻井事故与复杂问题
钻井是一项隐蔽的地下工程，存在着大量的模糊性、随机性和不确定性问题。
由于对客观情况的认识不清或主观意识的决策失误，往往产生许多复杂情况甚至造成严重的事故，轻者耗费大量人力物力，重者导致全井报废。
本文就我们钻井现场经常发生的一些事故发生的原因和一般处理程序作以总结。
1．造成井下事故与复杂情况的主要因素：
1．1地质因素
钻井的对象是地层，而地层有软有硬，地层压力有高有低，孔隙有大有小等，如果对这些认识不足，就会发生一些难以预料的问题，就会导致井下事故与复杂情况。
1．2工程因素
1．2．1思想认识上模糊，存在侥幸心理。
在钻井作业中，有些人思想认识模糊或为发某些片面的局部利益驱动，或明知故犯，或铤而走险，为事故和井下复杂的发生创造了条件。
如片面的节约钻井成本，使泥浆性能恶化，如片面的追求钻井速度，表层钻进深度不够或座塞子失败，如一些低、老、坏作法和违章，起下钻铤和接钻铤钻进不卡安全卡子，造成钻铤落井，如对钻头的使用没有科学的分析，导致钻头牙轮落井等。
1．2．2钻井设备发生故障。
在钻井作业中，由于对钻井设备没有仔细检查，没有预见性，导致设备发生故障，被迫钻井作业中断，而造成井下事故。
1．2．3管理不到位，岗位人员不负责任。
岗位人员严重脱岗，措施执行不力，落实不到位，导致造成井下事故与复杂情况。
如钻遇目的层，座岗人员脱岗，没及时发现溢流，导致发生井涌或井喷，如钻遇洛河组副司钻没有观察好泥浆池液面，场地工没有记录好接单根泥浆返出时间导致井漏加剧。
2．处理井下事故与复杂情况应遵循的原则：
2．1安全原则
在井下事故与复杂的处理过程中，设备和工具所承受的拉、压、扭转都要比正常钻进时所用的力量大得多，而且处理事故工序复杂，起下钻次数频繁，也增加了新事故发生的机率。
所以在处理井下事故与复杂情况时，必须从设备、工具、技术方案、技术措施、人员素质各个方面进行综合考虑，不但要考虑如何进攻，而且还要考虑如何退守，凡事要留有余地，留有后路。
2．2快速的原则
一旦发生井下事故或复杂问题，其情况会随时间的推移而更趋恶化，所以在安全的前提下，必须抓紧时间进行处理，要迅速决策，迅速地组织，迅速地施工，工序衔接要有条不紊。
2．3灵活原则
处理井下事故和井下复杂情况是一个多变的过程,很难有一个一成不变的方案。
要实时的掌握现场的第一手资料，特别是关键时刻的关键信息，有些信息稍纵即逝，所以善于捕捉这些信息，才能够作出最合理的方案。
2．4经济原则
由于井下事故的复杂性，处理的难易程度差别很大，在目前技术水平下，有的事故没有处理成功的可能性；有的有可能，但难度大，需耗费相当多的物资和时间，所以在处理的过程中，要选择最为经济的方案。
3．井下复杂和井下事故的诊断方法
井下复杂和井下事故虽然不能直观，但通过各种现象，可以察其端倪。
3．1井下复杂情况的诊断
复杂情况类型
判据
井
漏
井
塌
砂
桥
溢
流
泥
包
缩
颈
键
槽
钻具
剌漏
钻头牙轮卡
钻头水眼剌
钻头水眼掉
钻头水眼堵
转盘转动情况
扭矩正常
B
B
B
B
扭矩增大
A
A
A1
A1
B
A1
别钻
A2
A2
A2
钻具上下活动情况
上提有阻
A
A
A
A
A
上提无阻
B
B
B
B
B
下放有阻
A
A
下放无阻
A
B
B
B
B
B
泵压变化情况
正常
B
B
B
上升
A
A
A1
缓慢下降
A
A
突然下降
A
A
别泵
A2
井口流量变化
正常
B
B
B
B
B
B
B
增大
A
减小
A1
A1
A1
不返
A2
A2
A2
机械钻速
加快
B
减慢
A
B
A
注:
1.表中A项为该类复杂情况的充分条件,据此可为井下复杂情况定性.
2.表中B项为该类复杂情况的充分条件,可作为辅助判断的依据.
3.角码1,2表示同一判据中的两项可能同时存在,也可能只有一项存在.
4.以上各类复杂情况,除键槽外,都指正钻或停钻后活动情况.
3．2井下事故的诊断
事故类别
判据
钻具断落
卡钻
严重井塌
井喷
钻头落井
落物
在钻头上
在钻头下
转盘
转动
情况
扭矩正常
B
扭矩增大
B
A1
A1
扭矩减小
A
A
跳钻
A2
别钻
A2
A3
不能转动
A
钻具上下活动情况
上提遇阻
A
A
A
下放遇阻
A
A
悬重变化
正常
B
B
B
下降
A
B
泵压变化
正常
B
B
上升
A
B
下降
A
A
钻井液井口返出量变化情况
正常
B
B
B
B
B
增大
A
减小
A1
不返
A2
注：
1.表中A项为该类的充分条件，据此可为该类事故定性。
2.表中B项为该类事故的必要条件，可作为辅助判断的依据。
3．角码1，2，3表示同一判断中的三项可能同时存在，也可能只有一项或二项存在。
井下复杂情况有时是单一的，有时是复合的，但发生初期总是单一的。
若处理不当地时间就会产生连锁反应，如井漏就可能引起井塌；井塌就可能引起卡钻；钻具剌漏就可能导致钻头泥包或干钻，甚至会造成钻具断落与卡钻。
井下事故有时是单一的，有时是复合的，如井喷与卡钻、钻具断落与卡钻、井塌与卡钻都可能同时存在。
井下复杂情况和井下事故之间并没有一条逾越的鸿沟，复杂情况往往是事故的先导，事故往往是复杂情况继续恶化的必然结果。
一切形式的其他卡钻都可能引起粘吸卡钻，凡此等等，都会产生连锁反应。
一旦钻具失去了活动自由，就陷入十分被动的局面，所以在日常工作中，要注意井下出现的各种规格变化，把精力放在消除复杂问题上，而处理事故是不得已而为之。
4、卡钻事故
4、1卡钻的定义
卡钻就是钻具失去了活动的自由，既不能转动又不能上下活动。
4．2卡钻的类型及其诊断
4．2．1钻进时发生卡钻事故的诊断
判据
运行状态
卡钻类型
粘吸
坍塌
砂桥
缩颈
泥包
干钻
落物
卡钻前各种显示
钻进中显示
跳钻
别钻
A1
A1
A1
A1
扭矩增大
B
B
A2
A2
A2
A2
钻具上下活动时显示
上提有阻短距离阻力消失
A
上提一直有阻阻力忽大忽小
A
A
A
上提一直有阻阻力越来越大
A
A
下放有较大阻力
B
B
下放有较小阻力
B
泵压显示出
泵压正常
B
B
B
泵压逐渐上升
A1
A1
A
A1
A1
泵压逐渐下降
A2
A2
泵压波动忽大忽小
A2
A2
钻井液井口返出量显示
进出口流量平衡
B
B
B
B
B
井口返出量减少
A1
A1
井口不返钻井液
A2
A2
机械钻速变化
机械钻速急剧下降
A
A
机械钻速缓慢下降
A
钻屑显示
返出量增多且有大量坍塌物
B
B
钻屑返出量减少
B
B
B
卡前钻具运行状态
钻具静止时间较长遇卡
A
钻具在上下活动中遇卡
A
A
钻具转动中遇卡
A
B
A
A2
卡钻后各种显示
初始卡点位置
在钻头附近
A
A
A
A
在钻铤和钻杆上
A
A
A
泵压显示
泵压正常
A
A
A
泵压上升
A
A
泵压下降
A
A
井内循环状况
可以正常循环
B
B
B
B
可以小排量循环
A1
A1
A1
井口不返失去循环
A2
A2
A2
注：
1.表中A项为该类的充分条件，据此可为该类事故定性。
2.表中B项为该类事故的必要条件，可以帮助判断。
3．角码1，2，3表示同一判断中的三项可能同时存在，也可能只有一项或二项存在。
4．2．2起钻时发生卡钻事故的诊断
判据
运行状态
卡钻类型
粘吸
坍塌
砂桥
缩颈
键槽
泥包
落物
卡钻前各种显示
钻具运行显示
钻柱静止时间较长
A
钻柱上行突然遇阻
A1
A1
A
钻柱在一定阻力下可以上行
A1
A1
A
上起遇阴而下放不遇阻
A2
A2
A
上起遇阻下放也遇阻
A2
A2
B
循环活动正常停泵就有阻力
A3
A3
无阻力时转动正常
B
B
B
无阻力时不转动正常
B
B
A
井口显示
钻柱上行环空液面不下降
B
B
B1
钻井液随钻柱上行返出井口
B2
钻柱内孔反喷钻井液
A
卡钻后各种显示
初始卡点
在钻头附近
A
A
A
在钻铤附近
A
在钻铤或钻杆部位
A
A
A
循环时泵压显示
泵压正常
A
A
A
A
泵压下降
B
泵压上升
A1
A1
B
憋泵
A2
A2
井口显示
钻井液出口流量平衡
A
A
A
B
A
井口返出液量减少
A1
A1
井口不返出钻井液
A2
A2
注：
1.表中A项为该类的充分条件，据此可为该类事故定性。
2.表中B项为该类事故的必要条件，可以帮助判断。
3．角码1，2，3表示同一判断中的三项可能同时存在，也可能只有一项或二项存在。
4．2．3下钻时发生卡钻事故的诊断
判据
运行状态
卡钻类型
粘吸
坍塌
砂桥
缩颈
落物
卡钻前各种显示
钻具运行显示
钻柱静止时间较长
A
钻柱下行突然遇阻
A
下行不遇阻上行遇阻
A
下行遇阻上行也遇阻
A1
A1
下行遇阻阻力越来越大
A2
A2
下行遇阻阻力点相对固定
B
下行遇阻阻力点不固定
B
B
循环时可下行停泵有阻力
A3
A3
无阻力时转动正常
B
无阻力时转动不正常
B
B
井口显示
钻井液随钻柱上行返出井口
A1
A
钻柱内孔反喷钻井液
A2
B
初始卡点
在钻头附近
A
A
在钻铤或钻杆部位
A
A
A
循环泵压变化
泵压正常
B
B
B
泵压上升
A
A
井口显示
钻井液出口流量平衡
A
A
A
井口返出液量减少
A1
A1
井口不返出钻井液
A2
A2
判据
运行状态
卡钻类型
粘吸
坍塌
砂桥
缩颈
落物
注：
1.表中A项为该类的充分条件，据此可为该类事故定性。
2.表中B项为该类事故的必要条件，可以帮助判断。
3．角码1，2，3表示同一判断中的三项可能同时存在，也可能只有一项或二项存在。
在卡钻事故中,粘吸卡钻是最简单的一种卡钻。
但在一种卡钻事故发生后，往往又会诱发另一种卡钻。
如在缩颈卡钻、落物卡钻发生之后，由于钻柱失去了自由活动的能力，又会发生粘吸卡钻。
粘吸卡钻发生后，由于处理不当，会诱发坍塌卡钻。
所以在一种卡钻发生之后，要采取适当的措施防止另一种卡钻的发生，致使其形成复合式卡钻，这样处理起来就增加了难度。
4．2．4卡钻事故发生后，最基本的工作思路
4．2．4．1必须维持钻井液循环畅通
要防止钻头水眼或环空堵塞。
因为一旦循环失灵，就失去了注解卡剂的可能，好很容易诱发井塌和砂桥的形成，而且如想从钻杆水眼内下爆炸松扣工具也很难下到预定的位置。
4．2．4．2要保持钻柱完整
因为如把钻柱提断或扭断,断点以下的钻柱便失去钻井液,由于钻屑和井壁塌落物的下沉,有可能堵塞钻头和钻柱水眼,或者在环空形成砂桥。
同时如果鱼顶正好处于大井径位置，打捞钻具时，寻找鱼头也非常困难。
4．2．4．3不能把钻具连接螺纹扭得过紧
任何卡钻事故的发生，都有可能走到套铣倒扣的那一步，如果扭力过大，一则可能使母螺纹胀大损坏，使钻具从中间脱开。
二则扭力过大，造成了倒扣困难，必然要迫使你去做许多无效的工作，甚至使事故无法继续处理下去。
4．3粘吸卡钻
粘吸卡钻又叫压差卡钻,是钻井过程中最常见的一种卡钻事故。
最容易卡住的是钻铤，由于钻具失去了活动的自由，卡点可以逐渐的上移，甚至到套管鞋处。
4．3．1粘吸卡钻的原因
4．3．1．1内因
井壁上有滤饼的存在是造成粘吸卡钻的内在的原因。
而滤饼的性质是能否发生粘吸卡钻很重要的一个原因。
4．3．1．2外因
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。
内因是变化的根据，外因是变化的条件，外因要通过内因起作用，压差使粘吸卡钻卡的更结实，而且使钻柱与井壁的接触面积增大，起到雪上加霜的作用。
4．3．2粘吸卡钻的特征
4．3．2．1粘吸卡钻是在钻柱静止的状态下才能发生。
4．3．2．2粘吸卡钻后卡点一般不全是钻头，而是在钻铤或钻杆部位。
4．3．2．3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。
4．3．2．4粘吸卡钻后，如活动不及时，卡点有可能上移，甚至直移到套管鞋处。
4．3．3粘吸卡钻的预防
4．3．3．1使用中性钻井液,如油基钻井液、水基钻井液、油包水钻井液，或者阳离子体系钻井液，最好使用是高价阳离子聚合物体系的钻井液，而且阳离子数量必须加足。
4．3．3．2现在使用的水基钻井液，绝大部分是阴离子体系钻井液，所以要加强活动钻具，活动钻具时间间隔不超过3~5分钟。
4．3．3．3对于阴离子体系钻井液来说，要求有较好的润滑性。
4．3．3．4无论何种钻井液都应加强固控工作，改善泥饼质量。
4．3．3．5只要没有复杂地层和特殊要求，要使用该井段最低钻井液密度，做到近平衡钻进。
根据经验，钻井液液柱压力起过地层压力3.5MPa以上时，卡钻的可能性增大。
4．3．3．6钻井液加重时，要用优质的加重材料，并要均匀加入，最好的办法是先在地面储备罐中加重，经充分搅拌后再混入井浆中。
4．3．3．7设计合理的钻具结构，特别是下部钻柱结构尽可能多增加几个支点。
4．3．3．8如果钻头在井底，无法上提和转动，那就只好将钻柱悬重全部压在钻头上，以求下部钻柱弯曲，与井壁形成点接触。
4．3．3．9在测斜时除必要停止几分钟外，要使钻具一直处于活动状态中。
4．3．3．10在正常钻进过程中，如水龙头、水龙带发生故障，绝不能将方钻杆坐在井口维修，如果一旦发生卡钻，将失去下压和转动钻柱的可能。
4．3．3．11指重表、泵压表、扭矩仪必须灵敏可靠，以防做出错误判断。
4．3．3．12要保持良好的井身质量，防止井眼狗腿度过大。
4．3．3．13在钻柱中要带上随钻震击器，因为在粘卡的最初阶段，震击解卡是很有效的。
4．3．3．14无论在钻进还是起下钻过程，都要详细记录与钻头或扶正器相对应的高扭矩大摩阻的井段，并分析所在地层的岩性，因为这些地层往往是容易卡钻的地层。
4．3．4粘吸卡钻的处理
4．3．4．1强力活动
粘吸卡钻发生的最初阶段,在设备和钻柱安全的前提下应尽最大的力量进行活动。
上提不能超过薄弱环节的安全极限，下压可以进行适当的转动。
强力活动若干次无效，就没必要再强力活动发。
4．3．4．2震击解卡
如果钻柱上带随钻震击器，应立即启动上击器上击或启动下击器下击，以求解卡。
4．3．4．3浸泡解卡剂
浸泡解卡剂是解除粘吸卡钻的最常用最重要的办法。
4．3．4．4“U”形管效应降压法
基于压差是造成卡钻的主要原因的认识，认为压差甚至形成负压差可以解卡。
其中利用清水循环是比较常用的一种方法。
4．3．5粘吸卡钻处理程序图（见下页）
4．4井壁失稳与坍塌卡钻
4．4．1地层坍塌的原因
4．4．1.1地质方面的原因
4．4．1.1原始地应力
井眼被钻穿后,井眼周围的应力要重新分配，钻井液液柱压力代替了被钻掉的岩石所提供的原始应力，当某一方向的应力超过岩石的极限强度时，就会引起地层破裂。
虽然井筒中有钻井液液柱压力，但不足以平衡地层的侧向压力，所以，地层总是向井眼内剥落或坍塌。
4．4．1.2地层的构造状态
由于大多数地层都保持一定的倾角，随着倾角的增大，地层稳定性变差，
粘吸卡钻处理程序图
60度左右倾角，地层稳定性最差。
4．4．1.3岩石本身的性质
沉积岩中最常见的砂岩、砾岩、泥页岩、石灰岩等，还有火成岩如凝灰岩、玄武岩等。
由于沉积环境、矿物组份、埋藏时间、胶结程度、压实程度不同而具有特性。
4．4．1.4泥页岩孔隙压力异常
在泥页岩孔隙是高压层是,在钻井时，如果钻井液液柱压力小于地层孔隙压力，孔隙压力就要释放。
如果泥页岩孔隙很小，渗透率低，当压差超过泥页岩强度时，也会把泥页推向井筒，若泥页岩孔隙里是高压气体，泥页岩就会被崩散，落入井中。
4．4．1.5高压油气层的影响
泥页岩一般是砂岩油气层的盖层，或者与砂岩交互沉积而成的砂岩的夹层，如果这些砂岩油气层是高压的，在井眼被钻穿之后，在压差的作用下，地层的能量就沿着阻力最小的砂岩与泥页岩层面释放出来，使交界面处的泥页岩坍塌入井。
4．4．2物理化学方面原因
4．4．2.1水化膨胀
4．4．2.1.1表面水化
4．4．2.1.2离子水化
4．4．2.1.3渗透水化
4．4．2.2毛细管作用
4．4．2.3流体静压力
综上述,只要使用水基钻井液,只要有水存在,就有泥页岩的水化膨胀和坍塌问题.泥页岩的水化膨胀压力是时间的函数,泥页岩吸水后要经过一段时间膨胀压力才会显著上升,当膨胀压力达到一定程度后,就形成一次坍塌,坍塌之后,又有新的泥页岩表面暴露出来,和钻井液中的水接触,又重复前一过程,又形成第二次第三次,如此反复不已.所以加快钻井速度,争取泥页岩大规模之前把井完成.
4．4．3工艺方面的原因
4．4．3.1钻井液液柱压力
采取适当的钻井液密度,形成适当的钻井液液柱压力，这是对付薄弱地层、破碎地层及应力相对集中的地层的有效措施。
增加钻井液密度有两重性，一方面钻井液密度高了，可以增加井壁的支撑力，另一方面它又会导致滤液进入地层，增加地层的孔隙压力，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。
4．4．3.2钻井液性能和流变性
钻井液的循环排量大返速高，容易冲蚀井壁地层，引起坍塌。
4．4．3.3井斜和方位的影响
在同一地层，直井比斜井稳定，而斜井的稳定性又与方位角有关系。
4．4．3.4钻具组合
如下部钻具与井眼间隙太小，起下钻进很容易产生压力激动，导致井壁不稳。
4．4．3.5钻井液液面下降
液柱压力降低，引起井塌。
4．4．3.6压力激动
如开泵过猛，直钻速度过快，易形成压力激动，使瞬间的井内压力大于地层破裂压力而压裂地层，起钻速度过快易产生抽吸压力，抽吸压力过大，使井内液柱压力小于地层坍塌应力，诱发地层过早的发生坍塌。
4．4．3.7井喷引起井塌
4．4．4井壁坍塌的特征
4．4．4.1在钻进过程中发生坍塌
如果是轻微的坍塌,则返出钻屑增多,可以发现许多棱角分明的片状岩屑.
4．4．4.2起钻时发生井塌
井塌发生后,上起遇阻,下放也遇阻,而且阻力越来越大,但阻力不稳定,忽大忽小.钻具可以转动,但扭矩增加.开泵时泵压上升,悬重下降,井口流量减少甚至不返,停泵时有回压,钻杆内返喷钻井液.
4．4．4.3下钻前发生井塌
4．4．4.4划眼情况不同
4．4．5井壁坍塌的预防
4．4．5.1采取适当的工艺措施
4．4．5.2使用有防塌性能的钻井液
4．4．6井塌问题的处理
无论任何时候,如发现有井塌现象,开泵进均须用小排量顶通,然后逐渐增加排量,中间不可停泵.如果小排量顶不通,泵压上升,证明是地层漏失,不可继续挤入钻井液.一般的经验数据是漏失量不可超过5方.如果恢复循环无望,而钻具尚能活动,应当机立断,立即起钻,只要在设备和钻具的安全负荷以内,就应尽最大的可能上起,没第二条路可走.
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