固井复杂情况与事故

固井复杂情况与事故中国石油大学(北京)岩石力学实验室刘爱萍2005年12月汇报提纲•套管事故•注水泥事故卡套管原因•钻井液性能不好，钻井液的密度越高，粘附卡套管的可能性越大•测井和井壁取心时间过长，通井时没有循环处理好外井液，井内的钻屑过多，井壁的稳定性不好•下套管时未按技术要求及时足量灌好钻井液，当回压阀挤毁时，产生强烈的倒流抽吸，环空液柱压力下降，造成井壁坍塌或钻屑集中，堵塞环空•钻进时发生的漏失层没有封堵好，下套管时由于下放速度过快，或开泵时压力上升过猛，激动压力过大，压漏低压层，由于井漏而引起井塌或钻屑集中•高压层没有压稳，在下套管过程或下套管以后发生溢流或井喷，导致井壁垮塌预防卡套管•循环调整钻井液性能，做到低粘低切低失水，确保井下不漏不喷；降低滤饼摩阻系数•校正井口，使天车、转盘、井口在一条垂直线上，这样，在对扣和上扣时不易错扣•要缩短套管上扣时间和下套管的时间•按技术要求及时足量灌满钻井液，以防挤毁回压阀或套管本体•用人工灌浆时持续活动套管柱，上下活动范围不少于2m。当发现井下有遇阻显示时，应停止灌浆，立即大距离活动套管，待井下情况正常后再灌浆预防卡套管•井口套管多次错扣，静止时间较长，先活动井下套管，再另换一根套管对扣•下套管过程井漏、井塌，起出套管，下钻处理如套管已下到设计深度，根据漏失层位决定•深井下套管进行分段循环，防止产生压力激动，蹩漏地层•控制套管下放速度。通过已知漏层时，每一单根应控制在1.5～2min•下完套管后，灌满钻井液再开泵循环刚性扶正器•外径8.25in，高7.5in；•六条支撑翼片：高0.75in，宽1.5in螺旋(左)角度30°设计考虑因素：(1)、翼片螺旋角度与扶正器高度综合考虑，确保与井壁的任何一个接触面上有足够的接触面积，防止支撑翼片嵌入软地层；(2)、翼片两端的倒角，保证不会造成扶正器卡在硬地层上；(3)、当下套管遇阻时，由支撑翼片分解出的周向力使扶正器旋转，可以顺利通过轻微缩径井段。(4)、为减小扶正器旋转阻力，对扶正器两端和支撑翼片外部进行一定的处理，使其具有一定的光洁度。(5)、当流体流过扶正器时，支撑翼片使其产生螺旋紊流流动，其作用距离为3.5～7.0m。如果每根套管加一个扶正器，几乎所有加扶正器的井段均能保证水泥胶结优。(6)、左螺旋避免摩擦阻力造成套管螺纹松扣。卡套管处理•保护套管串不被破坏是管遇卡后的首先任务•提断套管将面临报废部分或全井的结局–粘卡：在能循环钻井液的情况下，和处理粘附卡钻的方法一样，注入解卡剂解卡卡套管处理•塌卡或砂卡：–井内已形成砂桥，但尚有部分钻井液返出:坚持小排量低泵压循环，提高钻井液粘度、切力，逐渐打开通路–套管已下到井底，发生塌卡或砂卡，循环时发生漏失:大多数情况下，发生坍塌和漏失的地层是上部松软地层，泵压不高，此时可立即组织水泥固井，把水泥浆挤入，会得到满意的效果–套管未下到井底，但距目的层不远:先固井，然后钻通水泥塞和套管鞋，通井循环到底，挂尾管办法把油气层封固好。虽然井眼小了一级，但比用其他办法处理要经济的多套管下完后循环不通——回压阀堵死•原因:–套管内落入内径规、棉纱、手套、螺纹脂刷子等物体，开泵后压力只升不降•预防：–不在井口使用容易落入套管的东西，通径、清洗螺纹应在场地进行，涂螺纹脂应在井口外进行，如果必须进行这些工作，也要采取切实的防掉措施；–下入套管时有专人逐根检查套管，套管内不能有任何物件•处理办法：–下射孔枪在阻流环附近射孔，恢复循环，然后固井。固井碰压可采用长木塞加胶塞的办法，木塞的长方尖高于射孔位置套管下完后循环不通——井塌或砂堵•复杂特征：–井塌或砂堵后，开泵泵压升高，钻井液只进不返•预防措施：–循环时调整处理钻井液，清除积砂，返速达到固井设计要求–掌握地层坍塌规律，下套管工作选在地层稳定期内–最后一次起钻作好灌钻井液的工作–起钻完到下套管开始的时间越短越好–合理设计使用扶正器的数量，并慎用刮泥器套管下完后循环不通——井塌或砂堵•处理方法：–漏层在上部松软地层，泵压不太高，有较大的吸收量，可以直接注水泥–漏层在中硬地层，也有一定的吸收量，只是泵压较高，也可以挤入水泥浆，但水泥浆的稠化时间和初凝时间要适当的延长–漏层就是生产层或者地层的吸收量很小，只能把井口固定好，在坍塌层段以下生产层以上的适当位置两处射孔，用小钻杆或油管带封隔器下入套管，将封隔器坐封于射孔位置之下，循环畅通之后，再注入水泥浆封好生产层套管下完后循环不通——井漏•处理：–已知油气层压力不高，漏层油气层以上，而且有可靠的井控设备，可以固井，注水泥碰压后，关防喷器井并从环空间断地泵入钻井液，维持环空压力；–不知到漏层位置，而且油气层压力较高，有发生井下井喷的危险，或者漏层就是油气层，应先堵漏后固井。将堵漏浆液替入环空，分段挤注，待井下恢复循环后，再关井挤进一部分堵漏浆液，静止一段时间后，再挤进一部分堵漏浆液，待地层承压能力符合固井要求时，循环好钻井液再固井套管下完后循环不通——井漏•预防：–通井循环以固井设计返速进行–严格控制下套管速度，避免激动压力压漏地层–下套管过程保持环空钻井液流动，下至设计井深后，逐步开泵至正常排量(不大于通井时的循环排量)–在钻进过程中就发生过漏失的地层，在下套管以前对这些地层进行一次堵漏工作–合理使用扶正器，避免泥饼积存在小井眼井段套管或回压阀挤毁•原因：–回压阀挤毁：主要是灌钻井液不足–套管挤毁的原因：灌钻井液不足，内外压差太大；抗挤强度低的套管混入强度高的套管串中；套管壁厚不匀、椭圆度太大、钢材性能达不到标准–固井以后的作业超过套管设计强度发生挤毁：设计强度太低，例如有盐岩井段未按盐岩蠕变压力设计套管抗挤强度，盐岩蠕变压力过大而挤毁；试油作业时，掏空深度太大，超过了套管的抗挤极限；为了补救固井质量，在挤水泥在过程中，井下座封的封隔器过于靠近射孔段引起套管挤毁套管或回压阀挤毁•预防：–以套管抗挤强度的一半控制掏空深度，按设计要求定时足量灌入钻井液，灌浆量应用规矩容器计量，或以见到管内液面为准–在盐岩等蠕变性地层中固井，应按蠕变层的蠕变应力设计套管的抗挤强度，如没有高抗挤强度的套管，或者高抗挤强度套管的内径太小影响下一阶段作业，可以在相应层段下入双层套管。如φ244.5mm套管外可以套装φ273mm套管，φ139.7mm套管外可以套装φ168.3mm套管，两层套管之间用水泥浆或液体充满套管或回压阀挤毁•预防：–提高固井质量。在蠕变层段的套管周围必须均匀地填满水泥石，不能有窜槽的现象发生。如有沟槽，挤毁将首先从那里发生–试油作作业时的掏空深度，严格限制在套管抗挤强度允许范围以内，不得超越–为了补救固井质量上的缺陷，需要下封隔器挤水泥时，封隔器要离开射孔井段至少35m，避免给套管造成大的反挤压力套管断裂•与钻井有关的原因：–螺纹连接不好，特别是大直径套管很容易错扣，错扣后用大钳硬上，入井后很容易滑脱。或者在错扣后用电焊焊接，在焊接处造成了一个拐点，在以后的钻具撞击中也容易脱落–钻井液中有硫化氢气体，对高等级钢材有氢脆破坏作用，温度越低氢脆破坏作用越显著，在这种条件下，套管很容易从上部断裂–套管遇卡后，上下活动套管时施加的拉力过大，把套管从接箍中提脱套管断裂•与钻井有关的原因：–表层套管或技术套管底部水泥固结不良，甚至替空，在以后的钻进和起下钻过程中，由于钻柱的撞击，使底部套管脱落–技术套管中钻进不采取防护措施，钻杆接头将套管磨穿–卸联顶节时将下部未固结的套管卸松或卸开–钻定向井时或在同井场钻替补井时，新井井眼轨迹控制不好将老井套管钻穿套管断裂•预防：–含有硫化氢的产层必须压稳，并充分循环处理钻井液，清除混入钻井液中的硫化氢气体后，才能下套管。为了考虑以后的生产需要，含硫油气井应采用防硫套管和井口装置–连接套管时不许错扣，更不允许在错扣后用电焊焊接（圆螺纹错扣后很难处理）–套管遇卡后可以全压，但不允许多提，上提拉力不得超过套管串中最薄弱套管抗拉强度或螺纹抗滑脱强度的80%–表层或技术套管下部3～6根用螺纹粘接剂粘接，螺纹必须清洗干净，不得有油污。低强度套管虽然可以电焊，但电焊时应沿周边进行段焊，不可全焊套管断裂•预防：–表层或技术套管鞋要座在不易垮塌的地层中–表层套管水泥要返至地面，技术套管的水泥返高视情况而定，最好是返至地面或返至上层套管以内–采用双胶塞注水泥，或者在管内多留一些水泥塞。对于大直径套管采用内管注水泥，确保套管尾部的封固质量–已下套管的井中用转盘钻进，要限制转盘转速。钻铤未出套管以前，转速不得大于60r/min，钻铤出套管以后，也不要超过150r/min。施工期较长的井，对技术套管要采取防护措施，如在钻杆上加胶皮护箍套管断裂•预防：–适当地延长候凝时间，待水泥石有足够强度时再钻水泥塞–卸水泥头及联顶节时，一定要把下部的套管固定好，不允许套管倒转–钻水泥塞时，不得使用刮刀钻头，加压要均匀–热采井采用优质钢材，在固井时提拉预应力套管断裂•处理：–上部套管从接箍中滑脱而接箍螺纹仍然完好，可以下入新套管对扣–表层套管或技术套管从下部断落，可下入锥形引鞋扶正，并注水泥固定–下部断落套管很短，或只是一只套管鞋，用锥形引鞋也无法扶正，只好下磨鞋磨铣–表层套管或技术套管从中间断开而且断口错位，如能下小一级的钻头，则下入小一级的钻头钻进；如小一级的钻头也无法下入，则下入铣锥修整下部断口，直至上下通行无阻，再下入一层套管，将断口隔开；如果连铣锥也无法下入，那只好用磨鞋磨出一条通路，进行侧钻了套管泄漏•原因：–入井套管未进行水力试压，把有裂纹的套管下入井内–未按规定扭矩紧扣–固井水泥凝固后，卸套管联顶节时把上部套管卸松，甚至把套管卸开–胶塞失灵，或未装胶塞，或者是碰压压力过高，把阻流环压碎，或把阻流环以下的套管顶脱，造成套管下替空，失去了封堵作用套管泄漏•原因：–内压过高，将套管胀裂。如碰压时压力过高、试压时压力过高、关井时压力过高都足以把套管从最薄弱处胀裂–在已下套管的井中继续加深钻进，钻具接头在上下运行和放置过程中不断地磨损套管内壁，尤其在井斜较大或方位变化较大的井段，磨损极为严重，如不加防护措施，一个月大概可以磨损1mm左右，如作业时间较长，足以把上层套管磨穿套管泄漏•预防：–下井套管应逐根进行水力试压，并进行探伤检查–使用优质螺纹密封脂或螺纹粘合剂–螺纹一定要按规定扭矩上紧–采气井套管要用气密型螺纹连接–采气井各层套管水泥浆均应返至地面套管泄漏•预防：–提高固井质量。在蠕变层段的套管周围必须均匀地填满水泥石，不能有窜槽的现象发生。如有沟槽，挤毁将首先从那里发生–试油作作业时的掏空深度，严格限制在套管抗挤强度允许范围以内，不得超越–为了补救固井质量上的缺陷，需要下封隔器挤水泥时，封隔器要离开射孔井段至少35m，避免给套管造成大的反挤压力套管泄漏•预防：–关井试压或井控作业时，关井压力不能超过最薄弱套管抗挤强度的80%–在技术套管内如用转盘旋转钻进，应在每个钻杆公接头上加胶皮护箍，以便保护套管。依据作业环境的状况，护箍应用耐油耐温的橡胶制成套管泄漏•处理：–对于表层或技术套管如工艺上没有特殊要求，可以不做处理–如井控工作有严格要求则必须处理，处理的办法是找准泄漏位置，用超细水泥挤堵套漏。超细水泥为精磨水泥，平均粒度为6μm，最大粒度为15μm，为标准水泥粒度的1/5～1/7。由于粒度很小，很适合挤堵作业，尤其适合于渗入狭小缝隙，封堵套管接箍的漏失。用于挤注作业的超细水泥组分为20%～30%的精磨水泥和70%～80%的水硬矿碴，水硬矿碴为胶结物，具有高温条件下的稳定性汇报提纲•套管事故•注水泥事故注水泥过程中发生漏失•原因：–水泥浆上返过程中可能发生漏失，其原因是在水泥封固段有低压层存在，当水泥浆、前置液、钻井液三段液柱压力之和大于地层压力时有可能发生漏失。水泥漏失后，水泥面返不到预计深度，不能按设计要求封隔地层，造成产层和水层互窜。或者漏层就是产层，水泥浆漏入产层，会对产层造成极大的损害注水泥过程中发生漏失•预防：–了解地层孔隙压力和破裂压力，以此作为固井设计的依据，进行水泥浆设计并进行注水泥过程的流变学设计，