钻井防卡手册.docx

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钻井防卡手册

（仅供钻井技术人员学习参考）

钻井工程公司

前言

“钻井防卡手册”最早是BP公司在总结前人经验的基础上提炼编汇而成的，它是现代钻井技术中防卡和解卡方面人类智慧的结晶。

相比较同类手册而言，它有两大特点：

一是从钻井现场作业出发，较全面地阐述了各种情况下、各种地层卡钻的原因、防卡和解卡措施，并就部分井下复杂情况的处理方法进行了阐述；二是表述文字简炼，易懂易记，图和表的编排脉络清晰，易查好用，很适于现场技术人员使用，可以帮助大家防止卡钻事故、提高钻井作业效率和降低钻井作业成本。

这次编辑发布的“钻井防卡手册”，很适合我公司现场技术人员使用，希望对大家有所借鉴和帮助。

本手册仅供公司现场技术人员和二线技术管理人员参考使用。

本手册的编辑发布，得到钻井工程公司有关领导的指导与帮助，但由于水平有限，在编译过程中难免存在不妥之处，垦请批评指正。

大港油田钻井工程公司

叶新能徐建星

2005年4月7日

1．防卡技术概述

l.1卡钻是可以避免的

1.2底部钻具组合

1.3钻进作业时

1.4起下钻作业时

l.5下套管和固井作业时

2.卡钻的预兆与原因判断

2.1卡钻诊断表

3.井眼的净化

3.1好的井眼净化经验

3.2井眼净化的计算和图表

3.3起钻前的循环

4井眼的稳定性

4.1胶结不好的地层

4.2流塑性地层

4.3裂缝或断层性地层

4.4异常地应力地层

4.5水敏性地层

5.压差卡钻

5.l避免压差卡钻的经验

5.2钻井液的性能及处理

6卡钻的其它原因

6.1键槽

6.2欠尺寸井眼

6.3井眼不规则

6.4落物

6.5未凝结水泥

6.6水泥掉块

6.7套管变形

7.解卡

7.1解卡流程图

7.2解卡表

7.3适当的解卡工作时间

7.4机械解卡

7．5拉力计算

7.6震击计算

7.7设法建立循环

7．8压差卡钻解卡决策图

7.9U形管方法

7.10泵人解卡液

7.11淡水解卡

7.12盐酸解卡

7.13爆炸倒扣

8附录

8.l钻井液性能

8.2卡钻报告

8.3司钻交接班表

8.4振动筛岩屑记录表

1.防卡技术概述

及早地发现井下异常并采取适当措施是防卡的关键。

通常在起下钻过程中当阻卡值大于10吨就应该汇报并记人钻井日报表；当阻卡值超过15吨时，则必须首先建立循环并同时活动钻具。

1.1卡钻是可以避免的

只要做好以下几点，就可以避免卡钻事故的发生。

1.1.1保持良好的联系。

要求井队成员定时通报井眼的情况，因为你认为是异常的情况而别人可能忽视了。

要确保不断记录井眼状况，并在交接班时把情况交接清楚．统计数据表明大多数卡钻事故发生在交接班前后、这个时间发生的卡钻事故要比平时高出两倍半。

1.1.2制定应急措施。

要始终掌握钻遇的地层情况，并估计到可能出现的问题，提前做好各种复杂情况的应变计划，一旦出现问题就不会使你措手不及。

1.1.3不断了解井下情况。

扭矩、摩阻、岩屑、泵压的变化都能表明井下情况是否良好。

记录全部的数据，及时发现井下变化趋势，将有助于判明井眼已出现或即将出现的问题。

1.1.4保持良好的钻井液性能。

保持钻井液性能参数在指定的范围内，特别是密度、流变性、低密度固相以及失水等．当钻井液性能发生变化时，要及时找出发生变化的原因，并对井下情况作适当的调整。

1.1.5不断地活动钻具。

在裸眼井段中，任何时候都要尽可能保持钻具的运动。

大幅度上下活动要比转动好一些。

1.l.6保持共眼干净。

钻进时要尽快把岩屑携带出来，以保证井眼干净。

一定要牢记，在大肚子井眼和定问井中,要用更高的环空返速来有效地净化井眼。

在起钻前必须将钻屑循环干净。

1.1.7采取措施要及时果断。

一旦发生卡钻，要尽快地采取行动进行解卡，而不能让问题变得更复杂。

1.2底部钻具组合

1.2.1入井钻具必须经过严格检验，并且要在检验许可范围内使用。

1.2.2要尽可能简化钻具组合，只有那些必要的钻具部件才能下入井里。

要尽可能减少钻具组合的更换次数（特别是大幅度的变动）。

如果在使用柔性钻具后再下入刚性钻具，划眼和卡钻的可能性会更大。

1.2.3要尽可能下人钻进震击器。

在进行钻具组合设计时，可以让震击器处于拉伸或压缩状态下，但决不可以处在中和点。

要清楚地知道如何使用震击器，尤其是在钻具中带有减震器的情况下。

要明白循环钻井液对震击器操作力的影响，以及扭矩对机械式震击器的作用。

1．2．4要尽可能使用螺旋钻挺。

只下人适量的钻铤以满足设计钻压的需要。

更高的钻压可以由压缩震击器和加重钻杆来实现。

请注意：

塔式钻具虽然能够在较短的钻具上给出较大的钻压，但是却减小了环空间隙。

1．2．5使用扶正器以减少钻具组合与井壁的接触。

尽管真正影响定向井井眼轨迹控制的是钻具组合中的前三个扶正器，但是在钻具组合的上部也可以使用欠尺寸的扶正器来减少钻具与井壁的接触。

除非特殊要求，一定不要在震击器以上使用扶正器。

1．2．6起出钻具时要准确地测量出钻头和扶正器的外径。

要经常校验量规，确保使用的量规尺寸正确。

一只外径磨小的钻头只能钻出一个欠尺寸的井眼。

1.3钻进作业时

1．3．1在钻进时，若不能尽快地携带并清除钻屑，就会造成井眼复杂。

在可钻性较好的地层，选择一个能够满足井眼清洁的最大安全钻进速度是很重要的。

1．3．2通过不间断地监测钻进过程变化可观察井眼状况。

要记录扭矩和摩阻大处的井深，并清楚发生复杂时钻头和扶正器所处的深度。

要定时检查振动筛上岩屑的形状、尺寸和量的变化。

1．3．3根据井服状况决定是否进行短起下钻。

短起下钻的间隔可以依据时间或进尺而定（例如：

在软地层和塑性地层中，每钻进30米或每隔12小时）。

在指令中要详细安排短起下钻情况，但是在井眼条件发生变化的情况下，应对其进行修改．

l．3.4在发生过复杂的井眼，接单根前应倒划眼最后一个单根（如果使用顶驱，则是最后一个立柱）。

在接单报前应适当循环，要避免先停泵后上提钻具。

（注意：

在使用顶驱的情况下，接立柱的次数会少得多，这样的话，每个立柱只活动或划眼一次．就很难满足井眼的安全）。

1．3．5在测斜时要勤活动钻具，如果井眼状况不好，测斜工作就应该推迟进行。

如果是投测，应先短起下，然后再测斜。

1．3．6将要钻达下套管井深时，根据将入井的套管计算出所要的停钻井深，减少套管鞋以下口袋的长度（一般1至1.5米就行，除非当时的条件不允许这样做），过长的口袋会导致井眼携砂不好，也可能形成健槽，甚至引起套管鞋脱扣。

1．3．7对半潜式钻井船和浮式钻井船，在气象和海况许可的情况下，可不使用补偿器而尽快地进行钻进，这样就可以减少由于钻速突然下降或扭矩增大而使钻具卡在井底的机会。

1．4起下钻作业时

l.4.1要订好起下钻计划。

首先根据钻进情况和上次起下钻的结果，弄清楚全部潜在的复杂点井深位置，做好起下钻的思想准备和应急措施，然后通过与上次起下钻的摩阻和钻井液灌入量相比较来了解井眼状况是改善了还是恶化了。

一定要坚持做好起下钻的记录，并且在交接班时进行交接。

1．4．2要清楚抽吸压力和激动压力（气测人员可以计算出来）对井眼稳定性的影响。

起下钻时不要超过允许的最大钻柱运动速度，否则就可能造成井涌、井漏或井壁不隐定等复杂情况。

1.4.3在起下钻之前，要先明确遇到阻卡井段时的第一个反应和允许的最大过负荷。

一般来说，起钻时下放1个立柱，下钻时上提1个立柱，然后建立循环。

这里所说的阻卡井段是指遇到的阻力超过震击器以下钻具浮重一半时的井段。

l.4.4起钻前要循环清洁好并眼。

只把井底的钻屑带到地面是不够的，还应当采取适当的循环措施来保证井眼清洁。

在循环钻井液时要活动钻具，在斜井中要靠钻具的转动（一般60转／分钟）来清除岩屑床，并结合钻具的转动和上下活动来避免形成健槽。

1．4．5下钻时要进行必要的划眼和井眼修整。

在定向参数许可的情况下，可循环和划眼最后的3个单根来下钻到井底．

1．4．6根据钻头和扶正器的磨损情况以及地层的特点．判断或估计出现欠尺寸井眼的可能性，下钻时要慢些，遇阻时要进行划眼。

如果起出的全部扶正器的外径都磨小了，那么下钻时就应该把上只钻头钻过的全部井段进行划眼．如果起出的钻具组合只有下面一部分扶正器磨小了，则可从下面第一只未磨损的扶正器所处的井眼开始划眼至井底。

1．4．7在使用过三牙轮钻头的井段，下PDC钻头或金刚石钻头时要特别小心。

即使三牙轮钻头外径磨损了很少一点，都有可能使刚性较强的PDC或金刚石钻头发生卡钻．

1.5下套管和固井作业

1.5.1在下套管前的通井起钻前，要循环清洁好井眼，并确保钻井液性能控制在所要求的范围内。

l.5.2依据抽吸和激动压力可计算出套管的最大许可下放速度（由气测人员计算），下套管时不要超过这个速度值。

1．5．3用套管扶正器来扶正套管，既能提高固井质量，又能减少压差卡钻的机会。

l．5．4下套管遇到复杂地层时，采用循环冲洗下入的方法要比下放悬重下压套管的方法好。

下到井底前的最后一根套管应采用循环冲洗法下入．

1．5．5根据水泥浆的配方和固井的数据，从理论上掌握稠化时间和水泥塞顶部深度．在钻水泥塞之前，先开泵再慢放钻具查探水泥面，并且测一测水泥塞能否承受住钻压。

只有在水泥塞凝固并能承受住钻压的情况下才能进行钻水泥塞作业。

1．5．6钻水泥塞时要采用低钻压、大排量的方法，并仔细观察返出的水泥颜色和检查其强度。

2.卡钻的预兆与原因判断

卡钻诊断表

（一）

作业

地层

显示

卡钻原因

进一步的确认

下钻

起钻

钻进

接单根

正划眼

倒划眼

循环

页岩

盐岩

砂岩

灰岩

白垩

摩阻

扭矩

钻速

泵压

返出物

很可能

可能

很可能

可能

增大

压差

很大的过平衡

对循环无影响

钻具不能活动

可能

增大

键槽

对循环无影响

钻具可能转动和向下活动

很可能

可能

很可能

可能

突然增大

欠尺寸井眼

对循环无影响

检查起出的钻头和扶正器尺寸

很可能

可能

突然增大

井眼不规则

对循环无影响

卡钻位置的狗腿度较大

地层交错

可能

很可能

可能

很可能

可能

很可能

可能

增大

降低

升高

减少

井眼不干净

开泵时的上提负荷变小

使用高粘度钻井液塞时岩屑量较大

井底有沉砂

可能

突然增大

突然降低

金属

落物

对循环无影响

钻具可能可以下放

可能

急剧增加

未凝结水泥

仍然在套管内

可能能够活动或者不能建立循环

卡钻诊断表

（二）

作业

地层

显示

卡钻原因

进一步的确认

下钻

起钻

钻进

接单根

正划眼

倒划眼

循环

页岩

盐岩

砂岩

灰岩

白垩

摩阻

扭矩

钻速

泵压

返出物

可能

突然增大

突然下降

水泥

水泥掉块

循环无影响

钻具可能转动和向下活动

可能

很可能

突然增大

挤毁的套管

循环无影响

卡点在套管内

可能

增大

增加

升高

检查

胶结不好的地层

井底有沉砂

振动筛上的岩屑无切痕

可能

很可能

可能

很可能

可能

很可能

增大

降低

升高

检查

流塑性地层

当钻入岩层时

钻速可能会增加

可能

很可能

突然增大

急剧增加

检查

裂缝性/断层性地层

可能发生井漏

振动筛上有不规则岩屑碎片

可能

很可能

可能

增大

增加

升高

增多

地应力地层

振动筛上出现井塌碎片

地层压力可能增大了

可能

很可能

增大

下降

升高

急剧增多

水敏性地层

钻进使用的是水基钻井液

振动筛上有粘性泥岩

2.2卡钻钻流程图

2.2.1卡钻预兆

（一）

2.2.2卡钻预兆

（二）

2.2.3卡钻预兆（三）

2.2.4卡钻预兆（四）

2.2.5卡钻预兆（五）

2.2.6卡钻预兆（六）

2.2.7卡钻预兆（七）

2.2.8卡钻预兆（八）

3.井眼的净化

3．1好的井眼净化经验

3．1．l尽快地清除钻屑．根据本章中的曲线和公式，并依据瞬时钻速来进行井眼净化的有关计算．

3．1．2确保使用性能良好的钻井液。

对于井眼净化来说，钻井液的流变性是很重要的,要使钻井液性能维持在设计范围内。

但是当钻井液性能明显不能满足要求，应重新确定钻井液的性能。

3．1．3起钻前要循环干净井眼。

只把井底的钻屑带出来并不能保证井眼是干净的，还应根据后面的循环指南进行循环，起钻前一定要检查振动筛是否干净。

3．1．4循环时要不断上下、旋转活动钻具。

钻具的运动有利于破坏井下的岩屑床。

不能上下活动时，则应该非常慢地转动钻具，否则会形成键槽。

3．1．5要依据井况进行通井。

通井有助于阻止岩屑床的向上扩展。

3．1．6注意观察振动筛。

岩屑的数量、形状和尺寸都能明显地反映井下情况。

一定要勤观察振动筛处岩屑变化情况。

3．1．7确保循环和固控设备处于良好工况。

为了防止井况恶化，在设备不能满足井眼净化要求时，应停钻并将钻具起钻到套管鞋内，并对主要设备进行修理。

3．1.8对半潜式钻井平台和钻井船，要检查导管的净化效率，尤其是钻较小尺寸井眼使用了相应的低排量时，必要时应对导管增加排量，以加快返速，当导管无法增加排量时可考虑使用稠钻井液。

3.2井眼净化的计算和图表

3.2.1井眼净化计算。

重点是对大井斜段进行井眼净化计算。

只要大井斜段净化符合要求，其它各部分也就没有问题了。

经验表明最难以净化的井段在井斜为50至60范围内，超过60以上的斜井段反而不很困难。

3．2．1．l在直井中，要用高屈服值和高粘度的钻井液来净化井眼。

对于大尺寸的井眼来说，只靠提高返速不能达到井眼净化的目的，要用高粘度钻井液来帮助净化井眼。

当钻井液上返时，要维持足够的切力来悬浮岩屑。

当井斜变大时，排量应该增大。

井斜30的斜井需用比同尺寸的直井高出20％的排量，才能实现有效的井眼净化；而井斜60的井要用大约是直井两倍的返速才能实现井眼净化。

3．2．1．2斜井的净化要用高返速。

在大斜度井和水平井中要使用低粘钻井液来产生紊流以帮助井眼净化。

可使用低粘塞后面紧跟着高密度和高粘度钻井液塞的方法来清除岩屑床；当泵入这些塞时，一定要保持恒定的速度以防止堵塞井眼。

当井斜超过45时，转动和上下活动钻具能有效地帮助净化井眼。

请用本手册后几页中的井眼净化曲线来进行井眼净化计算，对特殊尺寸的井眼要使用瞬时钻速。

3.2．1．3井眼净化的优化

后面的图表展示了如何对井眼净化和对钻速优化：

〔l〕增大排量可以使井眼更快地净化。

（2）钻井液净化井眼的能力随携带指数的增大而增大。

增大携带指数可采取下列方法：

①提高钻井液密度；

②增大流变参数（例如提高塑性粘度和屈服值），大斜度井和水平井应另作考虑。

注意：

以上各参数的增大都会影响其它参数。

3．2．1．4井眼净化举例

一个171/2英寸的井眼，井斜为40°，钻井液密度为1.35sg，PV=40，YP=30。

如果打算以30米/小时的钻速钻进，应用井眼净化图表找出一个能够满足净化井眼需要的排量。

（1）流变参数（RF）：

从PV与YP图上可以查出．RF=0．93

（2）井斜系数（AF）：

从表中查出，AF=1．24（对于40°）

（3）携带指数（TI）；

TI＝1．35´0．93´1．24=1．56

因为是标准井眼，不需要因井径扩大而修正TI。

（4）排量

从排量与钻速图中可以查出、如果计划的钻速是30米/小时，那么满足井眼净化要求的排量为1150加仑／分钟。

3．2．2井眼净化的图表

3．2．2．1171/2英寸井眼净化图表

（1）流变参数（RF）：

从PV和YP图中查出。

（2）斜系数（AF）：

根据井斜角从下表查出：

井斜角

1.51

1.39

1.31

1.24

1.18

1.14

1.10

1.07

1.05

（3）计算携带指数（TI）：

将RF、AF和钻井液密度SG代入下式即可：

TI＝SG´RF´AF

（4）检查井径有无扩大：

将扩大的井径DW代入下式来校正携带指数：

TI¢=4．65TI/（0．38DW一2．00）

（5）得出钻井液的排量：

在排量和钻速图中根据钻速和携带指数TI（或井径扩大时的TI¢）查出井眼净化所需要的排量。

3．2．2．2141/2英寸井眼净化图表

（1）流变参数（RF）：

从PV和YP图中查出。

（2）井斜系数（AF）：

根据井斜角从下表中查出：

井斜角

1.51

1.39

1.31

1.24

1.18

1.14

1.10

1.07

1.05

（3）计算携带指数（TI）：

将RF、AF、钻井液密度SG入下式即可：

TI＝SG´RF´AF

（4）检查井径有无扩大：

将扩大的共径DW代入下式来校正携带指数：

TI¢=3.35TI／（0.38DW-2．16）

（5）得出钻井液的排量；在排量和钻速图中根据钻速和携带指数TI（或并径扩大时的TI¢）查出并吸净化所需的排量。

3．2．2．3121/2英寸井眼净化图表

（1）查出流变参数（RF）。

（2）查出井斜系数（AF）：

井斜角

70-80

1.39

1.31

1.24

1.18

1.14

1.10

1.07

1.05

1.02

（3）计算携带指数（TI）：

将RF、AF、钻井液密度SG代人下式即可：

TI＝SG´RF´AF

（4）检查井径有无扩大：

将扩大的井径DW代人下式来校正携带指数：

TI¢=2．44TI/（0．38DW一2．22）

（5）得出钻井液的排量：

在排量和钻速图中根据钻速和携带指数TI（或并径扩大时的TI¢）查出井眼净化所需的排量。

3．2．2．4105/8英寸井眼净化图表

（1）查出流变参数（RF）。

（2）查出井斜系数（AF）：

井斜角

70-80

1.39

1.31

1.24

1.18

1.14

1.10

1.07

1.05

1.02

（3）计算携带指数（TI）：

将RF、AF、钻井液密度SG代人下式即可：

TI＝SG´RF´AF

（4）检查井径有无扩大：

将扩大的井径DW代人下式来校正携带指数：

TI¢=1．83TI/（0．38DW一2．21）

（5）得出钻井液的排量：

在排量和钻速图中根据钻速和携带指数TI（或并径扩大时的TI¢）查出井眼净化所需的排量。

3．2．2．597/8英寸井眼净化图表

（1）查出流变参数（RF）。

（2）查出井斜系数（AF）：

井斜角

70-80

80-90

1.39

1.31

1.24

1.18

1.14

1.10

1.07

1.05

1.02

1.00

（3）计算携带指数（TI）：

将RF、AF、钻井液密度SG代人下式即可：

TI＝SG´RF´AF

（4）检查井径有无扩大：

将扩大的井径DW代人下式来校正携带指数：

TI¢=1．56TI/（0．38DW一2．19）

（5）得出钻井液的排量：

在排量和钻速图中根据钻速和携带指数TI（或并径扩大时的TI¢）查出井眼净化所需的排量。

3．2．2．681/2英寸井眼净化图表

（1）查出流变参数（RF）。

（2）查出井斜系数（AF）：

井斜角

70-80

80-90

1.39

1.31

1.24

1.18

1.14

1.10

1.07

1.05

1.02

1.00

（3）计算携带指数（TI）：

将RF、AF、钻井液密度SG代人下式即可：

TI＝SG´RF´AF

（4）检查井径有无扩大：

将扩大的井径DW代人下式来校正携带指数：

TI¢=1．12TI/（0．38DW一2．11）

（5）得出钻井液的排量：

在排量和钻速图中根据钻速和携带指数TI（或并径扩大时的TI¢）查出井眼净化所需的排量。

3.3起钻前的循环

起钻前的循环时间取决于井眼尺寸和井斜角的大小．下述方法就是用于起钻前循环参数优化计算的方法。

注意：

下面的指南仅适用于钻进时已得到良好净化的情况。

如果在达到循环时间后，振动筛上仍有岩屑，那么就继续循环直到振动筛上无岩屑为止。

井斜

（度）

各井段的长度系数

171/2英寸

121/4英寸

81/2英寸

6英寸

0-10

1.5

1.3

10-30

1.7

1.4

30-60

2.5

1.8

1.6

1.5

60-90

3.0

2.0

1.7

1.6

3．3．l计算循环体积

（1）依照上表中的井斜范围把井眼分成几段。

（2）对每一段井眼，用它的长度乘以从上表中查出的长度系数，可得出有效长度。

（3）循环次数等于有效长度的总和除以测量井深。

（4）循环体积等于循环次数乘以环空体积（或：

循环时间等于循环次数乘以迟到时间）。

3．3．2循环举例

以图示井为例，钻头尺寸为171/2英寸，测量井深为2350米，计算起钻前

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