談鉆井卡鉆故障的處理與預防

【摘要】鉆井是一項高風險隱蔽的地下工程，存在著大量的模糊性、隨機性和不確定性。鉆井卡鉆故障時有發生，及發展有其主觀和客觀原因，主要表現在對深埋在地殼內的巖石認識不清、技術因素以及作業者決策的失誤等。本文主要論述西南石油工程公司盤鉆井分公司鉆井作業中出現鉆井卡鉆故障發生的原因、預防和處理。

【關鍵詞】粘吸卡鉆；井塌卡鉆；砂橋卡鉆；縮徑卡鉆

1、卡鉆故障

卡鉆是指鉆具在井眼中失去了自由活動，既不能轉動，也不能上下活動，這是鉆井過程中常見的井下故障。由于造成卡鉆的原因不同，卡鉆按其性質分為粘吸卡鉆、坍塌卡鉆、砂橋卡鉆、縮徑卡鉆、鍵槽卡鉆、泥包卡鉆、落物卡鉆、干鉆卡鉆、水泥卡鉆等。其中干鉆卡鉆就是鉆頭部位失去鉆井液循環，鉆頭對巖石作功所產生的熱量散發不出去，切削的巖屑攜帶不上來，積累的熱量達到一定程度，足以使鋼鐵軟化甚至熔化，鉆頭甚至鉆鋌下部在外力作用下產生變形，和巖屑熔合在一起，這就造成了干鉆卡鉆；水泥卡鉆是指鉆具被凝固在水泥中，平常形象的說法叫做“插旗桿”。2010年以西南局發生數十次卡鉆事故。

2、粘吸卡鉆

2.1 粘吸卡鉆的原因。使用的鉆井液性能不好，主要是失水大、含砂量高，在井壁上形成松軟而厚的粗糙泥餅，造成潤滑性差，摩擦阻力大。如果鉆具在井內靜止時間較長，加上鉆井液靜液柱壓力大于地層孔隙壓力，而產生橫向力把鉆具推向井壁，使鉆具陷入粗糙的泥餅中，兩者壓差愈大愈可能發生粘卡。在斜井中，有時重力作用使鉆具貼在井壁低邊的泥餅中也會發生粘卡。有時井眼軌跡不光滑，可能產生巖屑床而發生粘卡。

2.2 粘吸卡鉆的預防。使用中性鉆井液，如油基鉆井液、油包水鉆井液；或者使用陽離子體系鉆井液，最好是高價陽離子聚合物體系的鉆井液，可以預防粘吸卡鉆。水基鉆井液隨著井斜的增加或鉆井液密度的提高，粘吸卡鉆的可能性越來越大。依據各井的井下情況和鉆井液性能的不同，要掌握允許鉆柱靜止時間的長短，一般要求鉆柱靜止時間不超過3min。陰離子體系的鉆井液要有較好的潤滑性、較小的濾失量、適當的粘度和切力，必要時要加入適當的潤滑劑、活性劑、塑料球等以減少濾餅的摩阻系數。預防粘吸卡鉆還需要搞好固控工作，把無用的固相盡量清除干凈，只要沒有高壓層、坍塌層存在，沒有特殊需要，使用該井段最低的鉆井液密度，做到近平衡壓力鉆進。鉆井液加重時，均勻加入優質的加重材料。

3、井塌卡鉆

3.1 井塌的原因。以川東北為例，地層膠結不好，疏松易塌如流沙層、礫石層等，在鉆井作業中會出現井塌卡鉆。水敏性泥巖、頁巖，經鉆井液浸泡和鉆井液失水滲入地層一定時間后，逐漸水化膨脹而坍塌。鉆井液密度小于地層坍塌壓力當量密度時會引起井塌。起鉆時未灌滿鉆井液，或者井漏液面下降，以及下噴上漏引起地層坍塌及卡鉆。

3.2 井壁坍塌的預防。首先要根據地質資料來設計合理的井身結構。盡量減少套管鞋以下的口袋長度，一般要求以1～2m為宜。其次要調整鉆井液性能使其適應鉆進地層。保持鉆井液液柱壓力。減少壓力激動，控制起鉆速度，特別是在鉆頭或穩定器泥包的情況下，上起鉆柱時，井口液面不降或外溢，應停止起鉆，循環鉆井液，消除泥包。對于結構薄弱或有裂縫的地層，鉆進時限制循環壓力，以免壓漏地層；起下鉆通過該層時要嚴格控制速度，減少激動壓力。

4、砂橋卡鉆

4.1 砂橋形成的原因。軟地層中用清水鉆進時極易形成砂橋，因為軟地層鉆時快，鉆屑多，而清水的懸浮能力差，巖屑下沉快。表層套管下入較少，松軟地層暴露太多，套管鞋下部極易形成大井眼，并積存大量巖屑，當井內壓力有波動時，這些巖屑失去了支持力下滑形成砂橋。鉆井液中加入絮凝劑過量，細碎的砂粒和混入鉆井液中的粘土絮凝成團，如果停止循環3～5min就易形成網狀結構搭成砂橋。施工排量小，鉆井液中的巖屑濃度過大，一部分巖屑附于井壁，一旦停泵，巖屑下滑堆積形成砂橋。有時改變井內原有的鉆井液體系，或大幅地改變鉆井液性能時，井內原有的平衡關系遭到破壞，就導致井壁濾餅的剝落和井壁粘附的巖屑滑移形成砂橋。

4.2 砂橋卡鉆的預防。鉆井時最好不用清水鉆進，優化鉆井液設計，鉆井液體系及性能不僅要滿足高壓噴射鉆井的需要，還要滿足鞏固井壁、攜帶巖屑的需要。鉆進時，要根據地層特性選用適當的泵量，既要能保持井眼清潔，又不能沖蝕井壁。起鉆前要充分循環，清洗井眼，地層膠結不好的井段應避免劃眼。當起下鉆、循環鉆井液時，若鉆頭或穩定器處于該井段時盡量不要轉動鉆具，以保護已經形成的濾餅。下鉆時，發現井口不返鉆井液或者鉆桿水眼內反噴；起鉆時，發現環空液面不降或者鉆桿水眼內反噴，都應停止起下鉆作業，立即開泵循環，先小排量頂通，然后逐漸增加排量，待環形空間暢通，鉆柱內外壓力平衡后，方可繼續進行起下鉆作業。

5、縮徑卡鉆

5.1 縮徑卡鉆的原因。在砂巖、礫巖和砂礫混層，若膠結不好或甚至沒有膠結物，由于其濾失量大，井壁上會形成一層厚的濾餅，從而縮小了原已形成的井眼。泥頁巖的縮徑。泥頁巖井段一般表現為井徑擴大，但有些泥頁巖吸水后膨脹，也可使井徑縮小。鹽膏層的縮徑，鹽巖和石膏組成的巖層，不僅有鹽溶擴徑和蠕變縮徑，而且還容易造成井壁坍塌。深部沉積的石膏層縮頸，鉆開時石膏吸水膨脹，減弱強度，縮小井徑。原已存在的小井眼，鉆頭使用后期，外徑磨小，形成一段小井眼，有些取心鉆頭，其外徑小于正常鉆進的鉆頭，或者在使用后期外徑磨小，也會形成一段小井眼，如下鉆不注意，或擴、劃眼過程中發生溜鉆，也會造成卡鉆。

5.2 縮徑卡鉆的預防。我們在下入鉆頭、穩定器或其它直徑較大的工具時，應仔細丈量其外徑，不能把大于已鉆井眼的鉆頭或工具下入井內。特別是使用打撈工具時，其外徑應比井眼小10～25mm。起出的舊鉆頭和穩定器，應檢查其磨損程度，如發現外徑磨小，下入新鉆頭時應提前劃眼，不能一次下鉆到底。注意牙輪鉆頭鉆進的井段，下入金剛石、PDC及足尺寸的取心鉆頭時遇阻不許超過50kN。取心井段必須用常規鉆頭擴眼或劃眼。改變下部鉆具結構，增加了鉆具的剛性，如增加穩定器數量或加大鉆鋌外徑，以及下入外徑較大的套銑工具和打撈工具時應控制速度慢下，可以有效的避免縮徑卡鉆。