钻井工程事故处理与典型事故处理实例.docx
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钻井工程事故处理与典型事故处理实例
钻井工程事故处理与典型事故处理实例
（钻井监督培训教材）
编写人：
***
中油股份勘探与生产工程监督中心
1发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则1
1.1.造成井下复杂与事故的因素1
1.1.1.地质因素1
1.1.2.工程因素2
1.2.复杂与事故的诊断2
1.2.1井下复杂情况诊断3
1.2.2井下事故诊断3
1.3.井下复杂与事故的处理原则4
1.3.1安全原则4
1.3.2快捷原则5
1.3.3科学诊断原则5
1.3.4经济原则5
2事故的种类、发生的原因及预防与处理5
2.1.卡钻事故5
2.1.1卡钻事故发生的原因、预防与处理6
2.1.2卡钻事故处理通则6
2.1.3卡钻事故处理程序6
2.2.钻具断落事故11
2.3.井下落物事故11
2.4.下套管作业中的复杂与事故11
2.5.注水泥作业中的复杂与事故11
3处理事故中的主要技术工具16
3.1.震击解卡工具16
3.1.1震击器的结构特点16
3.1.2震击解卡工具的种类16
3.1.3震击器的工作原理18
3.1.4震击器的操作技术19
3.2.倒扣、切割工具21
3.3.套铣工具21
3.4.打捞井内钻具断落工具22
3.5.井底落物打捞工具22
4．处理钻井工程事故中应主要关注的问题27
4.1.探鱼顶27
4.2.井内安全问题27
4.3.处理事故中的有关计算27
4.3.1卡点位置计算27
4.3.2压差卡钻程度的计算28
4.3.3上击器震击动载计算（震击模型见图4-1）29
4.3.4下击器震击动载计算（震击模型见图4-2）29
4.3.5钻柱在井筒内自由降落时的速度与对井底冲击力计算30
4.3.6处理井下事故常用的钻柱结构32
5.典型钻井工程事故处理实例32
5.1.大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故32
5.1.1事故发生经过32
5.1.2事故原因分析33
5.1.3事故处理经过33
5.1.4经济损失与经验教训37
5.2.塔里木盆地丰南1井卡钻事故40
5.2.1概况40
5.2.212¼″井眼裸眼侧钻技术41
5.2.39⅝″套管内开窗侧钻技术42
5.2.4几点认识45
5.3.青海柴达木鸭深1井减振器折断事故47
5.3.1概况47
5.3.2事故处理经过47
5.3.3事故原因分析48
前言
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，是一项真正的高风险的作业。
对象是地层岩石，目标是找油找气。
在钻井作业中，由于对深埋在地壳内的岩石的认识不清（客观因素）或技术因素（工程因素）以及作业者决策的失误（人为因素），往往会产生许多井下复杂情况，甚至造成严重的井下事故，轻者耗费大量人力、财力和时间，重者将导致油气资源的浪费和全井的废弃。
据近年来的钻井资料分析，在钻井过程中，处理井下复杂情况和钻井事故的时间，约占钻井总时间的3%~8%。
正确处理因地质因素产生的井下复杂情况，避免或减少因决策失误、处理不当而造成的井下事故是提高钻井速度，降低钻井成本的重要途径，也是钻井工程技术人员（包括现场钻井监督）的主要任务和基本功。
1发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则
1.1.造成井下复杂与事故的因素
造成井下复杂与事故有诸多因素，但概括起来主要是地质因素（客观条件）和工程因素（主观决策）两大类。
1.1.1.地质因素
钻井过程中，钻遇不同的地层会遇到许多困难问题，如地层岩性的多变性，压力系统的复杂性，地质构造不同所造成的不稳定性等造成井下复杂使作业暂时中途,不能顺利进行,延误钻井时间。
引起钻井作业中复杂与事故的主要地质因素见表1-1
表1-1钻进中产生复杂与事故的主要地质因素
序号
项目
类别
产生复杂的主要原因
主要复杂
性质
可能引发
的事故
1
岩性
泥页岩
含高岭土、蒙托石、云母等硅酸盐矿物，具有可塑性、吸附性和膨胀性。
剥落、掉块等井壁不稳定
起下钻阻卡，可造成沉砂卡钻
砂砾岩
含石英、燧石块、大小悬殊、泥质胶结的不均匀性。
蹩、跳、渗漏
粘扣、粘卡、断钻具、掉牙轮
砂砾岩
粉砂岩
含石英、长石胶结物为铁质、钙质和硅质，具有极高的硬度
极强的研磨性、跳钻
钻头缩径、掉牙轮、掉钻具
石膏、岩盐层
有弹性迟滞和弹性后效现象，易蠕动、易溶解、易垮塌
蠕变、缩径
起下钻阻卡、卡钻
碳酸岩层
主要成分CaO、MgO和CO2等有溶解与重结晶等作用。
形成溶剂与裂缝
产生漏失、阻卡、卡钻
2
地层压力
高孔隙压力
高密度钻井液中高固相含量、恶化钻井液性能，加大井底压差
钻速漫、滤饼厚、压差大、井涌、溢流
压差卡钻、井喷
低破裂压力
使用堵漏材料，恶化钻井条件
井漏、堵漏
卡钻、井塌
3
地质构造
褶皱
地层变形产生裂缝与内应力和大倾角地层
井斜、漏失、井塌
卡钻
断层
地层变位产生断裂与断层
井斜、漏失
卡钻
1.1.2.工程因素
造成井下复杂的地质因素是客观存在，是不可更改的。
如果我们对它的认识了解多一些，采取了相应的对策，做到心中有数，就可化险为夷，减轻钻进中复杂产生的程度，甚至可避免事故的发生。
工程因素就是主观因素的具体反映，适应地质因素的施工设计、技术操作、工艺措施等，这是可更改的、可调节的人为因素。
工程因素主要见表1-2。
表1-2影响井下复杂与事故的主要工程因素
序号
项目
主要技术要求
主要作用
1
井身结构
套管封固不同压力层系与不稳定地层。
防塌、防卡、防喷、防漏。
2
钻井设备
钻井泵排量可调，有足够的功率。
清洗井底、净化井筒、防卡、防钻头泥包。
转盘软特性，转速可调。
防蹩、防断。
顶驱。
及时处理复杂，减少卡钻。
固控完好，处理量满足要求。
降低固相含量。
3
井控设备
压力级别与地层压力匹配，试压合格。
防喷、节流压井。
4
钻井液
根据地层岩性、压力，选择合适的类型与性能参数。
防塌、防卡、防钻头泥包、提高钻速。
5
钻具结构
根据地层岩性、倾角、钻井工艺条件选择钻具结构及井下工具。
防斜、防断、防振、防卡、防掉。
6
钻井仪表
要求全面准确反映钻井参数。
提供钻进中井下真实动态、信息，准确及时判断井下情况。
7
钻头选择
根据地层可钻性选择钻头类型与钻进参数。
提高钻速，防掉、防跳。
8
操作技术
严格遵守钻进中各项技术操作规程和技术标准。
防止操作失误、违规，使井下情况复杂化或造成更大事故。
9
应急或处理措施
准确判断井下情况，制订正确的处理措施，及时分析，修正处理方案，具有多种应急手段。
减少失误，减少时间损失，提高事故处理效率和一次成功率。
10
钻井用器材与工具
质量合格、性能可靠。
少发生或不发生井下事故，保证顺利钻进。
1.2.复杂与事故的诊断
钻井技术工作者是真正的地下工作者。
所钻地层是摸不着，也不能直观看见的，造成的井眼形状也不能直观的一目了然。
因此井下情况只有通过直接反映钻井活动的仪表、钻具的运动状态、钻头的钻进状态、钻井液的流动状态、具体分析判断井下所发生的复杂与事故的性质与类型。
井下发生复杂与事故，都有其各自的特点，又有互相联系。
在判断时，有可能造成误差。
应该说，在复杂与事故的分析判断中存在着很大的经验性。
这和医院对病人的诊断有相同之处。
接触的病人多，经验累积的多，诊断的准确性高。
相反，缺乏实践经验的医生，误诊的机率就大些。
正确诊断井下复杂与事故是能否迅速、简捷处理好复杂与事故的先决条件，误诊可能使复杂变为恶性事故，甚至造成井的报废。
钻井技术工作者（包括钻井监督）必须善于捕捉反映井下情况的各种不同信息，去伪存真，综合分析，切忌主观臆断，要收集真实的第一手资料。
力求全面的将井下情况复印在自己脑海中。
1.2.1井下复杂情况诊断
井下复杂情况常见的是井漏、井塌、钻头泥包、缩径等造成的阻卡，其诊断方法见表1-3。
表1-3井下复杂情况诊断
复杂类型
诊断依据
井
漏
井
塌
沉砂
（砂桥）
溢
流
泥
包
缩
径
键
槽
其它
钻具
刺漏
牙轮
卡死
钻头水
眼刺掉
钻头
水眼堵
转盘转动状况
扭矩正常
B
B
扭矩增大
A
A
A1
A1
B
A1
蹩钻
A2
A2
钻具运动状态
上提遇卡
A
A
A
A
A
下放遇阻
A
A
A
活动正常
B
B
B
B
B
泵压变化情况
正常
B
B
B
增高
A1
A
A1
缓慢下降
A
A
突降
A
蹩泵
A2
井口流量变化
正常
B
B
B
B
B
减少
A1
增加
A
不返
A2
机械钻速变化
加快
B
减慢
A
A
B
A
无进尺
注:
1、表栏中A为诊断复杂的充分条件，角码1或2可能单独一项或2项同时存在；
2、B为辅助判断依据。
1.2.2井下事故诊断
井下事故常见的有卡钻、钻具断落和井内落物等，诊断方法见表1-4。
表1-4井下事故诊断
复杂类型
诊断依据
卡钻
钻具
断落
钻头
落井
井内落物
井喷
钻头上
钻头下
转盘转动状况
扭矩增加
A
A
B
扭矩减小
A
A
跳钻
A1
蹩钻
A
A
不能转动
A
钻具运动状态
上提遇卡
A
下放遇阻
A
悬重变化
正常
下降
A
B
B
泵压变化情况
正常
上升
B
B
下降
A
A
B
井口流量变化
正常
B
B
B
B
增大
A
减小
不返
机械钻速变化
减慢
A
无进尺
A
A
A
注：
1、卡钻事故的性质不同，诊断方法也各异，表4中卡钻事故的诊断为通用诊断方法；
2、A、B、A1代号的意义见表1-3。
1.3.井下复杂与事故的处理原则
1.3.1安全原则
井下复杂与事故多种多样，井下情况千变万化，处理方法、处理工具多种多样。
“魔高一尺、道高一丈”。
但总的原则是将“安全第一”的思想，贯彻到事故处理全过程。
从制订处理方案、处理技术措施、处理工具的选择以及人员组织等均应有周密的策划。
重大事故还应制订应急方案，如井喷、着火等。
在处理井下复杂过程中，尤为小心，稍有不慎，就可能造成事故。
而在处理事故过程中的失误又可能使事故更加恶化。
安全原则体现在对事故性质、井下情况准确分析和判断的基础上。
在处理中使事故严重程度逐渐减轻，不致加重。
因此，入井工具、器材、药品，严格质量检验，下得去，能起出，用得上。
操作人员应熟知入井打捞工具的结构和正确使用方法。
处理方案中还应包括人员设备的防护和环境保护等措施。
1.3.2快捷原则
复杂与事故随着时间的推移而恶化，尤其是卡钻事故与井喷事故，要求在短期内进行处理，不能延误时间。
快捷原则体现在迅速决策制订处理方案。
甚至制订几套处理方案，迅速组织处理工具与器材，加快处理作业进度，协调工序衔接，减少组织停工。
同时有几套处理方案时应优选其中最有把握、最省时、风险最小的方案。
实施第一方案时，同时准备第二方案。
要做到心中有数，要有预见性，不能看一步，走一步，时间就是效益。
旷日持久、劳师无功，必然会影响信心，降低士气，精力分散，更容易出问题。
要做到处理一次，有一次收获，增加一份信心，提高一份士气。
1.3.3科学诊断原则
科学诊断原则就是还原复杂与事故的本来面貌。
这一原则应贯穿在处理的全过程中。
要认真收集现场（井下）第一手资料，特别是操作者提供的直接信息。
科学的分析，去伪存真，准确地描绘井下情况，切忌主观臆断，或仅凭以往的经验，武断做出结论。
在处理过程中还应对井下情况进行必要的计算和草图绘制，以及时纠正或补充处理方案，使处理方案尽可能切合实际，做到“事半功倍”，少犯错误，加快处理进度，减少经济损失。
1.3.4经济原则
根据事故性质、地质条件、工具、器材供应状况、技术手段等，全面分析、评估事故处理的时间与费用。
根据处理方案对比，经济合算，则继续处理下去，若处理时间长，费用太高，则停止处理，另想其它办法，如条件许可，移井位重钻或原井眼填井侧钻等。
事故处理费用包括：
①预计事故处理时间的钻机日费；②处理事故时井下工具、钻具的租赁费；③处理事故消耗的材料费；④技术服务费或其它费用。
移井位费用预算：
①搬迁费；②钻前工程费；③钻达事故井深的进尺费。
填井侧钻费用预算：
①技术服务费（打水泥塞费、测井费、侧钻工具与人工费等）；②材料费；③钻达事故井深的时间费用。
“钻井工程事故处理与典型事故处理实例”培训教材，主要参考蒋希文编著的《钻井事故与复杂问题》（石油工业出版社出版）一书。
典型事故、处理实例是选取了三个不同探区的深探井中不同性质事故的具体处理方法。
对我们从事现场具体技术工作或遇到类似的事故处理中可吸取经验与教训，开阔视野，少犯错误，更好地做好本职工作。
2事故的种类、发生的原因及预防与处理
2.1.卡钻事故
钻柱在井内某井段被卡，致使整个钻柱失去自由（不能上下活动和转动）叫做卡钻。
由于造成卡钻的原因不同，卡钻按其性质分为粘吸卡钻、坍塌卡钻、砂桥卡钻、缩径卡钻、键槽卡钻、泥包卡钻、落物卡钻和钻头干钻卡钻等。
2.1.1卡钻事故发生的原因、预防与处理
卡钻事故一般发生在钻进、接单根、循环钻井液和起下钻过程中，钻柱落井也容易造成卡钻。
为了对比各种不同卡钻的主要特征、发生原因、预防措施和处理方法，将8种不同性质的卡钻列入表2-1中。
2.1.2卡钻事故处理通则
卡钻事故发生后，应首先考虑的问题是为顺利解除事故创造条件。
①维持钻井液循环，保持井筒畅通。
卡钻后，一旦水眼或环空被堵，循环丧失，就失去了浸泡、爆炸松扣的可能，并诱发井塌和砂桥的形成，加重卡钻事故处理的难度。
②保持钻柱的完整性。
卡钻后，在提拉、扭转钻柱时，不能超过钻杆的允许拉伸负荷和允许扭转圈数。
一旦钻杆被拉断和扭断，断口不齐，会造成打捞工具套入困难，同时下部钻柱断口会被钻屑和井壁落物堵塞，给打捞作业造成极大困难。
③切忌将钻杆螺纹扭得过紧。
联接螺纹紧扣后，将会给倒扣作业造成困难，更可能使打捞工具损坏，延长处理时间。
2.1.3卡钻事故处理程序
不同性质的卡钻事故，有不同的处理程序。
总结起来，多数卡钻事故的处理方法，总是遵循以下6个处理程序：
一通，保持水眼畅通，恢复钻井液循环；
二动，活动钻具，上下提拉或扭转，以提拉为主；
三泡，注入解卡剂，对卡钻部位进行浸泡；
四震，使用震击器震击（单独震击或泡后震击）；
五倒，套铣、倒扣；
六侧钻，在鱼顶以上进行侧钻。
图2-1与图2-2为8种卡钻事故处理程序图
表2-1卡钻事故发生的原因、预防与处理
序
号
卡钻
类型
主要特征
主要原因
预防措施
处理方法
1
粘吸
卡钻
1、循环正常、泵压无变化
2、发生在钻具静止时间较长时
3、被卡部位主要在钻铤
4、随时间推移，卡点上移，粘卡井段增长，卡得越牢
1、井壁存在疏松的厚泥饼
2、滤饼存在强负电力场
3、钻井液柱压力与地层孔压差值较大
4、钻柱与井径直径差值小
5、井斜角较大
1、使用中性钻井液或阳离子钻井液
2、钻井液中加入润滑剂
3、减少钻具在井内静止时间
4、降低钻井液密度实现近平衡压力钻井
5、使用优质加重剂
6、在钻柱中加入螺扶和加重钻杆，减少大直径钻铤，并加入随钻震击器
7、提高井身质量，减少井斜角
1、上下活动钻具
2、使用震击器解卡
3、浸泡与震击
4、套铣、倒扣
5、侧钻
2
坍塌
卡钻
1、钻进中扭矩增大，泵压升高
2、钻具上提遇卡，下放遇阻
3、起下钻时阻卡严重，循环后阻卡减轻或清除
4、划眼时井口返出大量岩屑，呈块状或片状
1、地质方面的原因，如断层面、构造褶皱带、地层倾角大、胶结差、破碎带、压力异常带等
2、物理方面原因，如泥页岩水化膨胀
3、钻井工艺方面原因，如钻井液密度低、流变性差、起下钻压力激动与抽吸等
1、优化井身结构设计，封固易坍塌层和高压层等
2、使用防塌钻井液，防止地层水化膨胀
3、保持井筒有足够的液柱压力，并减少压力激动
4、调整钻井液流变性
1、钻井液回流，应停止下一步作业，开泵循环、划眼，使井筒畅通
2、注入高粘钻井液带砂，不让坍塌岩屑堆积
3、不能恢复循环时，进行套铣、倒扣
3
砂桥
卡钻
1、起下钻时有阻卡，开泵循环、活动钻具可解除
2、阻卡井段基本固定
3、正常钻进时，扭矩略有波动
1、松软地层钻速快，井筒岩屑浓度高，停止循环后，钻屑迅速沉积在小井眼处
2钻井液切力低，携岩性能差
3、脆性泥页岩剥落后，岩屑堆积在小井眼井段
1、用低失水的钻井液钻疏松地层
2、在易剥落地层中钻进时提高钻井液的携岩性能，并控制钻速
3、优化钻井参数，选择适当排量
4、减少裸眼井段长度
1、恢复循环，排量从小到大，小距离活动钻具，不转或慢转钻具
2、一旦卡死，在卡点处倒开，套铣倒扣
4
缩径
卡钻
1、单向遇阻，阻卡点深度固定
2、钻进泵压正常，钻头或稳定器通过时遇阻、泵压升高，有时造成蹩泵。
钻进时扭矩略有增加
1、渗透性较大地层形成较厚滤饼
2、盐岩层、石膏层地层蠕变
3、钻头直径磨小，新钻头下入小井眼
1、认真测量入井工具尺寸，通过小井眼井段时控制速度和限制遇阻吨位
2、改变钻具结构时遇阻划眼
3、提高钻井液密度，选择适应地层的钻井液
1、上提遇卡，可倒划眼
2、使用震击器，上提遇卡下击，遇阻上击
3、注入油类或润滑剂后再震击
4、一旦卡死进行套铣倒扣
5
键槽
卡钻
1、只发生在起下钻过程中，阻卡井段固定或少有移动
2、可循环钻井液，泵压无变化
3、阻卡时转动随拉力增大而困难
由井眼狗腿角较大形成较深的沟槽，大钻具或钻头通过时造成阻卡
1、定向井控制降斜速度
2、直井钻进中控制井斜与方位变化
3、使用键槽破坏器划眼，扩大键槽的通道
1、上提遇卡，大力下压，或边循环边下压，或用震击器下击解卡，倒划眼等
2、已卡死，倒扣、套铣
6
泥包
卡钻
1、钻进时扭矩渐增，钻速降低，间有蹩跳
2、上提阻力与泵压随泥包严重程度而变化
3、起钻时阻力随井径而变化，井口钻井液时有外溢
1、地层松软水化成泥团附在钻头和稳定器上
2、钻井液性能差，滤饼松软
3、钻井液排量小，岩屑重复破碎成泥团
4钻具短路，钻屑带不上来、
1、钻软地层时用较大的排量
2、钻井液性能适合所钻地层
3、软地层中钻进时控制钻速
4、发现泥包起钻清除
1、钻头在井底被卡，增大排量，上提或向上震击
2、中途遇卡，下压或向下震击
3、在钻井液中加入润滑剂
4、已卡死，倒扣、套铣
7
落物
卡钻
1、钻进蹩，上提卡。
阻卡位置固定，阻卡程度与落物大小形状有关
2、起下钻时落物不随钻具上移或下移，转动困难
3、可循环钻井液
1、手工具、钳头、钳销、接头、螺丝等由井口掉入井内
2、大块岩石或原已附在井壁上的牙轮、刮刀片、铁块等物再次掉入环空
1、井口操作时仔细检查各种工具，并妥善使用保管，远距井口
2、保护好井口，严防落物
3、减少套管鞋下的口袋长度，防止水泥掉块
4、井底落物应打捞或磨掉，不应挤入井壁，留下隐患
1、钻进时阻卡，慢转上提，将落物挤碎（岩块）或挤入井壁（大井径段），使其落入井底后磨碎
2、起钻遇卡，下压或下击，慢转下击
3、已卡死，倒扣、套铣
8
钻头
干钻
卡死
1、泵压逐渐下降，扭矩逐渐增大
2、钻速下降，甚至无进尺
3、既不能转动，又不能上提
1、钻井泵及地面循环系统发生故障，供给排量不足
2、井内钻具刺坏，短路循环
1、检查泵压表，校核排量
2、钻速下降时停止钻进，分析原因，检查设备
3、起钻检查
1、倒出钻头以上的钻具，将钻头磨掉
2、倒扣后钻头上留有较多钻具，无法套铣时侧钻
2.2.钻具断落事故
钻具断落事故是钻井作业中常见的事故之一。
若井况正常，处理也容易，成功率较高。
若井筒条件差，井况复杂，可伴随卡钻事故发生，处理不慎，也会造成复杂事故。
钻井作业中常见的钻柱事故与处理方法见表2-2。
2.3.井下落物事故
井下落物是指碎小的不规则或没有打捞部位或无法与打捞工具连接的落物，如牙轮、刮刀片、手工具等。
这些落物掉到井底，给钻头正常钻进造成困难，蹩坏牙齿或刀片。
掉到钻头或钻具稳定器上可直接造成阻力，起下钻挂卡。
当嵌入井壁后，起下钻随时掉入井底或钻头上部，成为隐患。
钻井中常见的井内落物事故与处理方法见表2-3。
2.4.下套管作业中的复杂与事故
套管事故是指在下套管作业过程中或套管串部件满足不了正常工艺要求以及注水泥后套管本体失效等影响油井寿命和正常工作的缺陷。
下套管作业中最常见的复杂与事故是卡套管，循环梗阻、循环失效、套管挤毁、套管断裂和套管泄露等6方面问题。
这些复杂与事故产生的原因、预防与处理方法见表2-4。
2.5.注水泥作业中的复杂与事故
注水泥作业是建井过程中最后也是最主要的一道工序。
它关系到一口井的质量与寿命。
钻井技术工作者对注水泥作业应给予极大的关注，不容许有任何疏漏。
但由于地层因素、管材、器材质量以及技术因素等造成注水泥作业产生漏失、蹩泵、不碰压、窜槽和漏封等复杂和事故发生。
这些复杂与事故的主要原因与采取的措施见表2-5。
表2-2钻井作业中常见的钻柱事故
序号
类型
发生部位
主要特征
主要原因
预防措施
主要处理方法
1
钻杆
折断
靠近内螺纹端本体
1、悬重突降
2、泵压下降
3、扭矩减少
4、无进尺
1、扭矩与拉力超过钻杆屈服极限；
2、本体有伤痕（卡瓦牙刻痕）蚀坑或制造缺陷（裂纹）；
3、过度磨损、疲劳破坏。
1、处理事故时拉力与扭矩应在安全范围内；
2、严格检验入井钻具，不符合要求的钻具严禁使用；
3、编组倒换。
1、断口整齐采用母锥；
2、断口不整齐采用卡瓦打捞筒。
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