塔里木油田典型小井眼卡鉆事故處理與分析

范忠平

中國石油塔里木油田分公司 工程監督中心 （新疆 庫爾勒 841000）

塔里木油田典型小井眼卡鉆事故處理與分析

范忠平

中國石油塔里木油田分公司 工程監督中心 （新疆 庫爾勒 841000）

塔里木油田小井眼卡鉆事故在鉆井和井下試油作業過程中時有發生，處理難度很大。介紹了小井眼卡鉆處理程序與技術難點，描述YTK5-1井、HD18-1H井事故處理過程，分析小井眼卡鉆事故發生原因，并提出相應的建議。

小井眼 卡鉆 塔里木油田

塔里木油田在鉆井作業中常見到的井身結構是330.2mm、228.6mm、127mm（13″、9″、5″）：采用 444.5 mm（172?″）鉆頭鉆表層，下入 339.7mm(138″)套管固井；采用 311.15mm(124?″)鉆頭二開,下入 244.5mm(98″)套管，采用 215.9mm(82?″)鉆頭鉆完設計井深，下入139.7mm(52?")套管注水泥封固井完井。一些特殊地區，因地質構造復雜，易垮、易漏、易噴還需增加一層技術套管，因此便出現了330.2mm、228.6mm、177.8mm、127mm(13″、9″、7″、5″)的井身結構，三開鉆達設計井深后下入177.8mm(7″)技術套管固井，四開鉆用149.2mm(58″)鉆頭鉆完設計井深，下入127mm(5″)或 114.3mm(42?″)套管。 通常把四開這一段井眼稱為小井眼，因為在鉆井行業中普遍采用215.9mm（82?″）鉆頭鉆完設計井深，而因地質構造復雜和設備載荷能力有限時，選用小于215.9mm(82?″)的鉆頭打出來的進尺均稱為小井眼；同時也把下入127mm(5″)或 114.3mm(42?″) 套管油井的固井、測井、試油等工作，稱為小井眼作業。

小井眼鉆井和井下試油作業都是在套管內部進行的，其套管直徑一般為177.8mm(7″)、139.7mm(5 2?″)、127mm(5″)和 114.3mm(42?″)，套管內徑的大小隨其尺寸和壁厚的變化而變化，而且下入深度并不連續，大小井眼普遍存在。由于大小井眼的存在給鉆井和試油作業帶來一定的難度，較一種尺寸的套管難度要大。其特點表現在3個方面：一是鉆柱和作業管柱復雜，需采用復合型鉆柱和作業管柱；二是洗井排量不好控制，大井眼內存在泥漿上返速度低的問題，破碎的鉆屑、鐵屑和固相顆粒難以返出井筒；三是在停泵狀態下鉆屑、鐵屑和固相顆粒沉淀，造成起鉆遇卡、下鉆遇阻和堵塞工具水眼的復雜情況發生；嚴重情況下會發生卡鉆，這種卡鉆稱之為小井眼卡鉆。

小井眼和小井眼井身結構是根據地質構造、油層深度和設備載荷能力而設計的。地質構造越復雜、油層埋藏越深、套管層次就會越多；層次越多井眼孔徑就會越來越小，鉆井和井下試油作業的難度就越大、卡鉆幾率就越多；一旦忽略某個生產環節便會發生卡鉆事故。

1 小井眼卡鉆處理程序與技術難點

1.1 小井眼卡鉆處理程序

①對卡點井深不明確的井必須測卡；②采用爆炸松扣、鎂粉切割，以及原鉆具倒扣技術，起出卡點以上鉆具；③下工具通井調整洗井液性能；④有條件的井可進行套銑；⑤打撈、震擊；⑥倒扣；⑦鉆磨；⑧回填側鉆；⑨報廢重鉆。

1.2 小井眼卡鉆處理的技術難點

1.2.1 深井超深井，數量多、井眼深、卡鉆幾率高

塔里木盆地石油勘探開發的目的層大多為奧陶系和寒武系碳酸鹽巖儲層。位于奧陶系碳酸鹽巖儲層的油氣井，平均完鉆井深6 415m；位于寒武系碳酸鹽巖儲層的油氣探井,完鉆井深大多超過7 000m。塔里木盆地油氣井普遍都是深井超深井，不管是三開井，四開井，還是五開井，普遍都存在小井眼作業。加上小井眼作業三大特點的影響，井下復雜，嚴重時便會發生卡鉆。小井眼卡鉆事故在鉆井作業和井下試油作業過程中時有發生，尤其是在完井作業井下試油作業過程中，發生小井眼卡鉆事故屢見不鮮，卡鉆處理情況見表1。

1.2.2 鉆具小，工具小，井下事故處理手段少、難度大

小井眼事故處理起來非常棘手，處理效果大多不太理想，因為沒合適的工具，多口井被迫填井側鉆。因為小井眼卡鉆后涉及的不利因素很多，如入井管柱尺寸復雜、外徑大、內徑小，外受井眼環空限制、內受打撈工具尺寸限制，導致打撈工具不匹配只能采用常規的爆炸松扣技術、鉆具倒扣技術；而這些技術不能達到徹底解除事故的效果。

表1 典型的小井眼卡鉆處理統計

1.2.3 泵壓高，增加井下復雜

塔里木山前構造井以及氣源井，超深、高密度、多套復合鹽層、鹽膏層，鉆井作業相當困難。山前構造井秋南1井從3 989m鉆遇入復合鹽層至井深6 900m鉆遇多套復合鹽層、鹽膏層，井眼蠕變縮徑現象嚴重，鉆進時扭矩變化大，往往正常鉆進時突然增大而蹩停頂驅，上提遇卡噸位高達900～1 000kN，井下情況復雜。主要措施是工程抑制、工藝處理相結合的手段處理鹽層縮徑問題，工程抑制主要是適當提高泥漿密度至2.25～2.28g/cm3，增大井底壓力抑制鹽巖縮徑，減小鹽層蠕變速度，從而出現高溫高壓高密度小井眼高泵壓。

1.2.4 花費時間長，費用高，風險大，成功率低

由于受到井深、井眼內環空間隙、落魚本身強度以及打撈管柱和工具強度的限制和影響，深井小井眼事故處理難度和風險都很大，稍有不慎，可能造成事故復雜，甚至可能導致該井報廢。有一些事故井處理時間和費用比重打一口井的花費時間要長、費用要高，因此就有一些事故井放棄下部處理、采取回填側鉆，也有的直接采取報廢重來的處理方法。

1.3 典型小井眼卡鉆事故處理

1.3.1 YTK5-1井

YTK5-1井是一口長裸眼穿1/2開發實驗井，設計井深5 400m。該井一開444.5mm(172?″)鉆頭鉆至井深 55m，339.7mm(138″)套管下深 55.22m。 二開311.15mm(124?″)鉆頭鉆至井深 1 607m,244.78mm(98″)套管下深 1 607m。 三開 215.9mm(82?″)鉆頭鉆至井深 5 255m，177.8mm(7″)套管下深 5 252m。 用149.2mm(58″)鉆頭鉆 177.8mm(7″)套管內水泥塞及附件至井深5 253 m發生卡鉆；歷經185d處理，三次套管開窗失敗，最終導致報廢。

1.3.2 HD18-1H井

HD18-1H井為一口水平開發井，完鉆井深5 674m，油層套管下深5 670m，井身結構見圖1。該井在鉆139mm套管水泥塞時發生卡鉆事故。鉆塞至5 604m，鉆時變慢，鉆至5 606 m，鉆時變快，承托環鉆穿，鉆承托環共用時4.5h。在5 604m位置上下來回活動3次，無任何掛卡現象；鉆塞至5 657m，鉆塞完，循環2.5h，振動篩返砂量明顯減少，開始起鉆。起鉆至5 608m遇卡。從5 608m一直采取倒劃眼措施,扭矩一直偏大，倒劃眼無效，卡點上移至5 607m。在倒劃眼過程中，鉆具只能在5 607～5 616m上下活動，上提遇卡和下放遇阻。

該井處理事故共計6個月，其間經過95次起下鉆，在后期處理至5 179m時，采取下高效磨鞋、銑錐工具，但均在該位置遇阻，事故處理無進展。該井在處理事故過程中從井下返出大量鋼鐵殘片，其中含有套管螺紋殘片。事故處理結果表明，在5 180m附近，鉆具遇阻難以通過。銑鞋和磨鞋失效形態特征和井下返出的殘片形態特征表明，5 180m處魚頂為套管螺紋。該井最終打水泥塞（392～605m），工程報廢。

1.4 小井眼卡鉆事故分析

1.4.1 鉆井作業過程中小井眼卡鉆原因

①鉆井液密度高、黏度高、失水量大和切力大，造成壓差卡鉆；②鉆井液密度偏小，地層應力釋放造成縮徑卡鉆；③井漏、井垮發生沉沙卡鉆；④鹽層蠕變和鹽屑結晶發生鹽巖卡鉆；⑤上部大井眼內泥漿上返速度低，破碎的鉆屑、鐵屑和固相顆粒難以返出井筒，在停泵時鉆屑、鐵屑和固相顆粒沉淀，造成起鉆遇卡；⑥井口落物造成卡鉆等。

1.4.2 井下試油作業過程中小井眼卡鉆原因

①作業管柱及磨銑工具匹配不合理，如鉆水泥塞時采用的鉆磨工具直徑偏小而鉆鋌直徑偏大導致水泥環厚度大、環形間隙小、泥漿流動通道狹窄留下事故隱患；②泵入排量小，泥漿上返速度低，破碎的鉆屑、鐵屑不能返出井筒，滯留在大小井徑處留下事故隱患；③刮壁、通徑程序不到位，簡化施工步驟，在刮壁通徑作業過程中卡鉆；④井漏、鉆井液失返，鉆屑、鐵屑沉淀卡鉆；⑤測試作業時封隔器不解封卡鉆；⑥井口落物造成卡鉆等；⑦鹽膏層巖性蠕變引起套管變形；⑧套管脫扣導致固井事故。

1.4.3 小井眼卡鉆預防

①根據鉆井和試油工程設計，合理配備鉆具組合并配制足夠數量鉆井液或洗井液；②起下作業注意防止阻卡，起鉆遇卡往下壓、下鉆遇阻向上拔，開泵循環倒劃眼、控制扭矩反復劃；③鉆井作業若鉆遇大段鹽層或試油作業鉆大段水泥塞，均應執行相關措施，加強劃眼預防卡鉆；④鉆遇漏層時應立即把鉆柱提離井底并起到安全井段配制堵漏漿注入堵漏，漏速小時也可采取隨鉆堵漏措施預防卡鉆；⑤測試作業前應作好井眼準備，并嚴格檢查測試工具、搞好摸擬通井工作，防止封隔器不解封造成卡鉆。

2 結論與探討

（1）防止套管內事故，應從2個方面做起：其一，防止井下落物，杜絕落物卡鉆；其二，鉆水泥塞要嚴防卡鉆。

（2）小井眼、長裸眼、小排量、高泵壓井，施工難度很大，鉆具、工具在使用上確保鉆具和井下安全，施工中盡量簡化鉆具組合，定期進行鉆具倒換和探傷。

（3）鉆塞和鉆磨時應優選合理的鉆具組合、鉆磨參數、洗井液性能，保證攜砂能力滿足井下安全要求。

（4）磨銑產生的鐵屑和鐵片比較多，絕大部分吸附在鉆具和套管上，下鉆時它們隨泥漿進入鉆具內，堵塞水眼；需考慮消除這些鐵屑和鐵片對處理事故的不利影響。

（5）用小鉆桿處理井下事故，鉆臺上反應不太明顯，地面判斷比較困難；倒換鉆具放入誤差比較大，計算放入時應考慮鉆具伸長的影響。

（6）超深井打撈對生產組織、裝備、工具、鉆井液性能等要求極為苛刻，在處理工藝上要嚴謹和科學，否則極易造成事故進一步復雜。

[1]萬仁溥,羅英俊.采油技術手冊 第五分冊[M].北京:石油化學工業出版社，1977：78.

[2]聶海光,王新河.油氣田井下作業修井工程[M].北京:石油工業出版社，2002：227.

[3]郭偉，孫樹強，楊偉.井下作業[M].北京:石油工業出版社，2006:36.

The pipe-stuck accidents in slim holes frequently occurred in the drilling and oil-testing process,and it is very difficult to treat the accidents.The treatment program and technical difficulties are proposed.The pipe-stuck treatment process of YTK5-1,HD18-1H wells is presented.The causes leading to the pipe-stuck accidents in slim holes are analyzed,and some prevention measures are proposed.

slim hole;pipe stuck;Tarim Oilfiel

范忠平(1964-),男，鉆井工程師，石油工程鉆井監督，長期從事鉆井現場工作，先后在塔里木油田中原鉆井公司技術項目部、塔河油田工程監督中心、塔里木油田工程監督中心工作。

尉立崗

2012-09-10▌