鉆井過程中預防卡鉆事故措施研究

李其帥

摘要：鉆井過程中，由于各種原因造成的鉆具陷在井內(nèi)不能自由活動的現(xiàn)象，稱為卡鉆。地層構造情況、鉆井液性能不良、操作不當?shù)榷伎赡茉斐煽ㄣ@，必須針對具體情況進行分析，以便有效的解卡。定向鉆井作為一種新的鉆進技術得到了迅速發(fā)展。但是，在實際定向井施工中，由于井下情況的復雜性以及定向井技術還欠完善，卡鉆事故經(jīng)常發(fā)生。處理卡鉆事故需要很長時間，鉆井周期將被延誤，嚴重時可能使該井報廢。預防卡鉆首要工作是必須維持鉆井液循環(huán)暢通；保持鉆柱完整；不能把鉆具連接螺紋扭得過緊。在現(xiàn)場施工中，應清楚各工藝流程及參數(shù)，以預防為主，遵循安全、快速、靈活、經(jīng)濟等原則，事故發(fā)生后處理措施要得當，分解施工段清晰等技術要領。

關鍵詞：鉆井；卡鉆類型；壓差卡鉆；影響因素；事故處理

本文總結了定向井鉆井中容易發(fā)生卡鉆典型類型，分別是鍵槽卡鉆、壓差卡鉆、沉屑卡鉆、坍塌卡鉆、落物卡鉆。并對卡鉆原因進行了分析，提出了相應預防方法和處理措施，為定向井施工提供借鑒。

1 鍵槽卡鉆

在定向鉆進中，鉆具會對接觸到的井壁產(chǎn)生劇烈摩擦。特別是在井斜曲率和井斜較大的井段，這種磨蝕作用就更加突出。鉆具在這段井眼承受一個垂直于鉆桿中心線的彎曲應力，使起下鉆受阻，同時鉆具轉(zhuǎn)動力矩也增大。經(jīng)多次起下鉆，井眼就會拉出鍵槽，鉆具嵌入鍵槽就會導致卡鉆。定向井造斜曲率越大，鉆具與井壁摩擦越劇烈，鍵槽越容易形成。

1.1 特征：a）通常發(fā)生在井身質(zhì)量差，全角變化率大的井段。b）只發(fā)生在起鉆過程，且卡點固定。c）鉆桿接頭偏磨嚴重。d）開泵循環(huán)正常。e）啟動轉(zhuǎn)盤困難，但只要下放鉆柱脫離鍵槽則轉(zhuǎn)動自如。

1.2 預防措施 a）定向井鉆進時，盡量簡化井身軌跡，多增斜，少減斜，保持井眼軌跡平滑。b）用套管封易產(chǎn)生鍵槽井段。c）起鉆遇阻，絕不能強提，應反復上下活動，轉(zhuǎn)動方向；活動無效，應倒劃眼。d）接隨鉆震擊器。

1.3 處理措施：a）大力下壓，或在全壓的情況下，用泵壓產(chǎn)生脈動，使鉆具產(chǎn)生抖動以解卡。b）用下?lián)羝飨聯(lián)艋虿捎锰足娊饪ā）如果鍵槽處地層為石灰?guī)r、白云巖地層，可用抑制性鹽酸解卡。

2 壓差卡鉆

壓差卡鉆也稱為粘附卡鉆。在定向鉆井中，鉆具由于受到壓力差的作用，會貼靠井壁一側并粘附于井壁上，使鉆具運動困難而發(fā)生壓差卡鉆。

2.1 發(fā)生條件

如果井身增斜率不大（3。/ 100 m 左右），方位角的變化率也不大，則井筒將近似于直井筒。在滲透性地層，此時彎曲段鉆具主要受到 3 種作用力，即重力在垂直于鉆具方向分力 P1，泥漿液柱壓力 P2 和地層壓力 P3。當重力分力 P 1 與泥漿液柱壓力 P2 之和大于地層壓力 P3 時，就有一個在單位面積上的壓差

在這個壓差作用下，鉆具緊緊壓向井壁，當鉆具上下運動或旋轉(zhuǎn)時，在壓差作用下，就會有一個和運動方向相反的摩擦阻力 F。鉆具上提時，若摩阻力 F 和鉆具重力之和大于鉆機提升力Q，則鉆具上提遇卡；鉆具下放時，若F大于鉆具自重力G，則鉆具下放受阻；若轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)盤扭矩M 小于鉆具與井壁摩阻力F，則鉆具不能轉(zhuǎn)動，此時鉆具完全卡死。

2.2 特點：a）鉆具在井內(nèi)一旦靜止，即有可能發(fā)生卡鉆。b）鉆具既不能轉(zhuǎn)動也不能上提下放，活動范圍較小或根本不能活動。c）雖然發(fā)生卡鉆，但泥漿循環(huán)通暢，泵壓也不升高。

2.3 影響壓差卡鉆的因素

a）鉆具與井壁接觸面積 A 越大，則鉆具與井壁的摩擦力越大，對鉆具的擠壓力越大，鉆具越易發(fā)生卡鉆。對于定向井，接觸面積的大小與井身形狀，井徑大小，鉆具外徑和泥餅厚度有關。泥餅越厚，則鉆具嵌入越深，接觸面積越大。特別是在修設備、接單根等長時間不活動鉆具的過程中，由于鉆具與井壁的接觸面積增大，此時發(fā)生卡鉆的可能性也增大。b）泥漿密度越高，泥漿液柱壓力越高，壓差越大，則卡鉆越易發(fā)生。在使用高密度泥漿的深井或超深井，壓差作用明顯，應通過優(yōu)化加重泥漿的密度來降低壓差。c）泥餅摩擦因數(shù)越大，則鉆具與井壁間的擠壓力越大，鉆具發(fā)生卡鉆的可能性越大。故應保證泥漿的清潔凈化，泥餅應薄而致密，另外應提高泥漿和泥餅的潤滑性能。d）井身的垂向深度越大，井身彎曲段井斜角越大，則越容易發(fā)生卡鉆。

3 沉屑卡鉆

在定向井鉆進中一旦鉆具靜止，孔內(nèi)大量的巖屑就會沉積于孔底，將鉆具嵌埋住而卡鉆。通常，鉆進速度越快，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的鉆屑也越多；若動力鉆具排量受限，泥漿粘度較小，懸浮鉆屑效果較差，則會導致鉆屑返排困難；此時若鉆具發(fā)生靜止，例如進行測斜作業(yè)或接單根等，靜止時間一長，大量鉆屑由于缺乏機械擾動作用而逐漸沉積形成巖屑床，下部鉆具即被埋住而發(fā)生卡鉆。預防方法是使用固相控制工藝來凈化泥漿，以減少泥漿中的固相成份；另外鉆進中應選擇合適的排量，避免巖屑床的形成。常用的解卡方法是：將解卡液注入井內(nèi)浸泡一段時間，再起拔鉆具進行解卡。常用的解卡劑有柴油、快 T 等。

4 坍塌卡鉆

定向井井壁失穩(wěn)發(fā)生坍塌掉塊，塊狀物或顆粒物會在造斜點或井底堆積，在造斜點會發(fā)生類似于架橋方式卡鉆，在井底則會發(fā)生類似于沉屑方式卡鉆。井壁失穩(wěn)坍塌原因。a）地質(zhì)方面的原因。地應力聚集一旦超過巖石本身的破裂強度，井身巖石則會發(fā)生破裂掉塊；井壁地層是有孔隙的，里面存在著高壓的油氣水等，若泥漿液柱壓力小于地層孔隙壓力，孔隙壓力則要釋放，隨之發(fā)生井壁坍塌。b）井身巖體物理化學方面的原因。蒙脫石含量高的泥頁巖易發(fā)生吸水膨脹，綠泥石含量高的泥頁巖易吸水裂解剝落。井眼形成后，地應力重新分配，泥頁巖吸水后強度下降較快。c）鉆井工藝方面的原因。泥漿液柱壓力小于地層壓力易導致孔壁坍塌；起下鉆過快所導致的壓力激動也是地層坍塌的一個重要原因。預防方法是選取恰當?shù)哪酀{，密度合適，足以平衡地層壓力；高粘高切低濾失量，便于保護井壁，攜帶巖屑。另外起下鉆合適，避免壓力激動；泥漿循環(huán)排量不可過大。若發(fā)生坍塌，可加大泥漿排量和返速，將坍塌塊帶出。

5 落物卡鉆

地面物體從井口落入井內(nèi)，在鉆桿與井壁之間的環(huán)隙上卡住，則會形成落物卡鉆。在造斜段下部，鉆具受控而偏向于井壁一側，在另一側則形成較大的環(huán)空間隙，且越接近于鉆頭，環(huán)空間隙越小。落物下降直至進入環(huán)空尺寸與落物本身尺寸大小處即發(fā)生卡鉆。為避免落物進入井中，鉆探施工中孔口處應有相應的防護設施。一旦落物進入井內(nèi)，可用邊震動邊強力起拔的方法提鉆，另外還有相應的打撈裝置對落物進行打撈。

參考文獻：

[1]吳翔，楊凱華，蔣國盛. 定向鉆進原理與應用[M].武漢：中國地質(zhì)大學出版社，2015