定向井預防卡鉆事故措施探討

王金龍

摘要：卡鉆是定向井作業過程中的常見事故之一，可直接影響到定向井運行效率，導致作業人員人身安全受到一定危險。造成卡鉆事故的原因多樣，為從根本上降低卡鉆事故發生幾率，制定出切實可行的卡鉆預防管理機制，相關管理部門應細致分析造成卡鉆問題的原因，通過優化定向井鉆具，提升作業人員操作水平，保障定向性作業順利開展。針對此，本文就定向井施工過程中，出現的鍵槽卡鉆、壓差卡鉆、沉屑卡鉆、坍塌卡鉆以及落物卡鉆等原因進行分析，提出此些定向井卡鉆事故的處理以及預防對策，以期為相關工作人員提供理論參考。

關鍵詞：定向井;卡鉆事故;預防對策

前言

在定向井施工作業中，卡鉆事故可導致作業進度下降，作業人員面對較大安全隱患。因此在發生卡鉆事故后，應當及時采取有效的處理對策，解除卡鉆狀態，恢復正常作業。為從根本上降低定向井卡鉆事故發生幾率，相關部門還需細致分析他的事故成因，通過優化定向井各施工環節，在保障施工效率的同時，提升施工作業的穩定性，為推動定向井作業有序開展奠定堅實基礎。

1概述定向井鉆井工藝

定向井具有井斜角，是一種常見的鉆井形態。在開展鉆井作業期間，應當嚴格遵照經協調以及方位的變化，因此對鉆井精準度以及管理水平提出的更高要求[1]。為明確定向井的井斜要求，符合設計井眼軌跡，應選擇更加適宜的平井與造井手段，要求井筒始終保持符合規范的欠平衡狀態，從根本上提升狀態，工作質量與效率。

同時，定向井作業過程中，還需明確井深方向，控制井眼軌跡，融入先進的自動化與智能化管控技術，為從根本上提升定向井作業水平奠定堅實基礎。

2定向井鍵槽卡鉆事故分析

在定向井鉆進施工過程中，鉆具會與井壁產生巨大的摩擦力，在井斜曲率以及井斜曲線較大的情況下，摩擦并導致井壁與鉆具磨蝕的作用更加顯著。定向井的鉆具需在實際作業過程中承受垂直的彎曲應力，導致下鉆時受到較大阻力[2]。不僅如此，隨著鉆具轉動速度以及轉動頻率不斷擴大，在多次下鉆作業時，井眼會被拉出鍵槽，導致鍵槽卡鉆問題出現。

2.1鍵槽卡鉆事故特征

經過實踐經驗總結發現，在發生鍵槽卡鉆事故時，井深質量通暢較差，全角變化率較大。鍵槽卡鉆事故通常發生在起鉆過程中，卡點較為固定。鉆桿接頭在發生卡鉆問題后，磨損較為嚴重、循環泵運行不正常，導致定向井作業質量與效率受到嚴重不利影響。不僅如此，定向井啟動鉆盤難度較大，在下方鉆柱后，轉盤才會轉動自如。

2.2鍵槽卡鉆事故處理

為確保定向井作業期間，鍵槽卡鉆事故能夠得到及時處理，相關作業人員應當立即采取以下措施：

第一，加大鉆具下壓力度，利用泵壓產生脈動，使鉆具能夠產生抖動，并且消除阻力[3];第二，使用下擊裝置下擊解除控制事故;第三，如果鍵槽卡鉆事故發生在石灰巖，白云巖等地質結構中，也可采用鹽酸等化學溶劑解除卡鉆問題。

2.3鍵槽卡鉆事故預防對策

在定向井鉆進過程中，需要對井深運行軌跡進行簡化，增加井壁斜角度，從根本上保障井眼軌跡平滑，在定向井中使用套管產生鍵槽井段。在出現起鉆受到阻力的情況下，不可強硬上提，而是需靈活改變轉動方向，在確保阻力消失后，才可提起鉆具。要求在定向井鉆具中增設震擊裝置，確保鍵槽卡鉆問題能夠得到及時處理。

3定向井壓差卡鉆事故

定向井壓差卡鉆事故又被稱之為粘附控制事故，在定向井作業過程中，由于鉆頭以及其他設備受到壓力差的作用影響，導致鉆具與井壁一側年后粘附或緊貼在一起，導致定向井作業過程中出現壓差卡鉆問題，嚴重影響到定向井作業質量與效率。

3.1電力事故成因

在定向井作業期間，如果井深斜率小于100米或者方位角變化率不大，使得定向井呈現出直井筒特征。在鉆機等機械設備重力的影響下，此些設備將始終停留在井眼的下半部分，導致鉆機等設備與井壁保留較大的接觸面[4]。在滲透型地層鉆進過程中，鉆具在作業時通常會受到重力作用、地層壓力等作用影響，在壓力差較大的情況下，鉆具將于井壁貼合在一起。由于定向井作業時，鉆具需做出上下或旋轉運動，在壓力差較大的情況下，鉆機也會產生與運動方向相反的摩擦阻力，如果該摩擦阻力大于鉆機上提作用力，則會導致鉆具在上提時發生卡頓情況。在鉆具下放過程中，如果鉆機自重力小于摩擦力，也會導致壓差卡鉆事故出現。

3.2電力事故特征

在電力事故發生后，鉆具會在井內停止運動，出現控制情況。同時，該種控制事故較為嚴重，鉆具在井內不可轉動或者上下運動，活動范圍受限，應當立即進行處理。在電力事故發生后，泥漿循環不會受到影響， 泵壓也不會出現明顯升高情況。

3.3壓差卡鉆事故影響因素

定向井壓差卡鉆事故發生時，可以使用標準公式計算出鉆具與井壁之間的摩擦力，通過提取壓差卡鉆參數，制定出更加符合壓差卡鉆事故解決方案。具體來說，壓差卡鉆事故影響因素主要表現在以下幾個方面：

在鉆具與井壁接觸面積增大的情況下，摩擦力也會顯著增大，對鉆具的擠壓效果更加顯著，極容易發生壓差卡鉆事故[5]。壓差卡鉆事故與鉆具外徑、泥餅厚度密切相關，在鉆具嵌入越深的情況下，接觸面積將會越大。由于在定向井作業期間，也經常會出現維修設備的情況，鉆具在井筒內滯留事件增加，導致卡鉆問題發生可能性進一步增長;

在定向井作業期間，泥漿密度越高，泥漿柱壓力也會隨之增大，壓差卡鉆事故更加容易發生。因此為降低電力事故發生幾率，應當做好泥漿清潔凈化工作，控制泥餅厚度，增強泥餅的潤滑性能;在定向井垂直深度增大的情況下，井斜角度越大，致使壓差卡鉆事故經常發生，因此需相關部門細致分析定向井作業特征以及作業要求，制定出更加切實可行的壓差卡鉆事故預防方案，保障定向井作業有序開展。

4定向井沉屑卡鉆事故預防

4.1沉屑卡鉆事故分析

在定向井施工過程中，也會發生沉屑卡鉆事故。具體來說，受到不良因素影響，定向井鉆井期間會出現鉆具停止運動的情況，孔內兩側巖削會沉積到孔地，將機具掩埋，導致沉屑卡鉆事故問題出現[6]。通過對沉屑卡鉆事故成因的研究發現，在鉆具運動速度增快的情況下，產生的鉆屑數量會隨之增加，導致鉆具排量受到不利影響，泥漿粘度減小，轉具的懸浮效果明顯變差。如果證據停止運行，大量碎屑將會因缺乏機械動力而沉入到井底，出現巖屑床結構，導致鉆具被掩埋，并發生控制問題。

不僅如此，由于鉆具在運行過程中會與井壁之間產生劇烈摩擦，導致該區域井筒直徑增大。在井筒角度超過60的情況下，攜巖能力將會明顯下降，出現緩沖區淤積而卡住鉆具的情況，嚴重影響到定向井作業質量與效率。

4.2沉屑卡鉆事故預防

為有效預防沉屑卡鉆事故發生，從根本上提升沉屑卡鉆定向井作業水平，應當采用固相控制工藝，對定向井內泥漿進行凈化處理，減少泥漿內固相成分，保障鉆進速率。不僅如此，在鉆井過程中應該選擇適宜的排量，防止出現巖屑層。在解決此類沉屑卡鉆事故時，主要采用柴油等增加井壁潤滑度。

5定向井坍塌卡鉆事故

在定向井作業過程中，如果出現井壁坍塌或者失去穩定性的問題，許多塊狀石或者，顆粒物將會造成井底堆積情況，導致鉆具在運行過程中出現坍塌卡鉆問題。

5.1坍塌卡鉆事故成因

造成坍塌卡鉆問題的原因多種多樣，具體來說，地質條件不佳，地應力聚集在巖層某一處，導致巖層曾出現嚴重裂縫問題。由于井壁地層留有大量孔隙，空隙內存在壓力較高的油氣水物質，在釋放孔隙壓力時，會導致墻壁坍塌問題出現，嚴重影響到鉆進速率，出現坍塌卡鉆事故還與物理化學因素有關，由于定向井施工作業期間，泥頁巖內部含有較高的蒙脫石，吸水膨脹系數較大，在雨季作業過程中，泥頁層經常會因吸水導致破裂破裂，引發坍塌卡鉆事故。

不僅如此，定向井坍塌卡鉆事故還與鉆井工藝選擇不當存在密切關聯。在定向井施工過程中，泥漿液柱壓力小于地層壓力，導致孔壁坍塌問題出現。在鉆具下鉆速度過快時，也會使得壓力波動較大，出現嚴重的地層坍塌情況。

5.2坍塌卡鉆事故預防對策

為增強定向井作業管控水平，切實降低坍塌卡鉆事故發生幾率，保障定向井作業期間的經濟效益，用首先選擇配置合理的泥漿，確保泥漿密度符合作業要求。同時，控制鉆機下降速度，防止出現底層壓力波動較大的問題，結合定向井作業要求，計算出更加適宜的泥漿循環排量。

在發生坍塌卡鉆事故后，可以通過加大泥漿排量以及泥漿反速等方式，將坍塌的塊石帶出，盡快恢復定向井作業。

由于定向井卡鉆事故往往不是由單一原因引發，因此在處理卡鉆事故過程中，應當結合豐富的實踐經驗，對卡鉆問題癥結所在進行充分分析，應用綜合處理方式，保障卡鉆事故快速解決。要求運用科學的手段維持鉆井液循環通暢，制定出以預防為主的定向性作業管理機制。

6總結

總而言之，定向井施工卡鉆事故具有多發性特征，一旦沒有做好前期預防工作，則會導致定向井作業效率受損，作業人員面臨重大安全隱患。因此為從根本上增強定向井施工質量與施工效率，相關管理人員需細致分析卡鉆事故癥結所在，結合定向井作業要求及作業特征，制定出更加符合實際情況的作業安全管理方案。

參考文獻：

[1]毛志新，楊峰，鮮保安.保德區塊煤層氣定向井黏附卡鉆的分析與預防[J]. 石油鉆采工藝，2011，33（03）：91-93.

[2]杜丙國.修井卡鉆液壓解除理論分析與工藝技術研究[D].中國石油大學（華東），2013.

[3]尹邦勇，劉剛，陳紅.5種定向井卡鉆及預防措施[J].石油礦場機械，2010，39（11）：68-71.

[4]李星星，隆世明，李景彬.連續油管拖動分段壓裂工具的研制與應用[A].西安石油大學、陜西省石油學會.2019油氣田勘探與開發國際會議論文集[C].西安石油大學、陜西省石油學會：，2019：10.

[5]趙強.鴨西區塊長裸眼定向井鉆井液技術研究與應用[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（19）：211-212.

[6]林楓.大斜度長裸眼定向井鉆井液技術研究[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（19）：223-224.

（作者單位：中海油田服務股份有限公司（天津分公司））