第十章 钻井事故的预防及处理

第十章钻井事故的预防及处理卡钻就是钻具失去了活动的自由，既不能转动又不能上下活动，这是钻井过程中常见的井下事故.卡钻可以由各种原因造成，如粘吸卡钻、坍塌卡钻、砂桥卡钻、缩径卡钻、键槽卡钻、泥包卡钻、干钻卡钻、落物卡钻、水泥固结卡钻等.各种卡钻产生的机理不同，处理的方法也各异.所以当卡钻事故发生后，首先要弄清卡钻的性质，要像医生看病一样，通过各种现象及可获得的各种信息查出病因，才能对症下药.卡钻总是发生在钻进、起钻、下钻三个不同的过程中.为了叙述方便起见，我们把各个工序中发生的各类卡钻事故的诊断方法以简明的表格形式列举出来，如表1-1.表1-2.表1.3所示.它可以帮助现场工作人员准确地判明卡钻的性质，同时也可以据此制成计算机软件，进行辅助判断.表1-1钻进时发生卡钻事故的诊断判据运行状态卡钻类型粘吸坍塌砂桥缩径泥包干钻落物卡钻前各种显示钻进中显示跳钻A1憋钻A1A1A1A2扭矩增大BBA2A2A2A3钻具上下活动时显示上提有阻短距离内阻力消失A上提一直有阻阻力忽大忽小AAA上提一直有阻阻力越来越大AA下放有较大阻力BB下放有较小阻力B泵压显示泵压正常BBB泵压逐渐上升A1A1AA1A1泵压逐渐下降A2A2泵压波动忽大忽小A2A2钻井液井口返出量显示进出口流量平衡BBBBB井口返出量减少A1A1井口不返钻井液A2A2机械钻速变化机械钻速急剧下降AA机械钻速缓慢下降A钻屑显示返出量增多且有大量坍塌物BB销屑返出量减少BBB卡前钻具运行状态钻具静止时间较长遇卡A钻具在上下活动中遇卡AAA1钻具转动中遇卡ABAA2初始卡点位置在钻头附近AAAA在钻铤和钻杆上AAA泵压显示泵压正常AAA泵压上升AA泵压下降AA井内循环状可以正常循环BBBB可以小排量循环A1A1A1井口不返失去循环A2A2A2注：1．A项为充分条件，据此可为卡钻事故定性.2．B项为必要条件，可以帮助判断.3．角码1，2表示两项可同时存在，也可能只有一项存在.表1-2起钻时发生卡钻事故的诊断判据运行状态卡钻类型粘吸坍塌砂桥缩径键槽泥包落物卡钻前各种显示钻具运行显示钻柱静止时间较长A钻柱上行突然遇阻AAA钻柱在一定阻力下可以上行A1A1A上起遇阻而下放不遇阻AAA上起遇阻下放也遇阻A2A2B循环活动正常停泵就有阻力A2A2无阻力时转动正常BBB无阻力时转动不正常BBA井口显示钻柱上行环空液面不下降BBB1钻井液随时钻柱上行返出井口B2钻柱内孔反喷钻井液A卡钻后各种显示初始卡点在钻头附近AAA在钻铤顶部A在钻铤或钻杆部位AAA循环时泵压显示泵压正常AAAA泵压下降B泵压上升A1A1B憋泵A2A2井口显示钻井液进出口流量平衡AAABA井口返出液量减少A1A1井口不返出钻井液A2A2注：1．A项为充分条件，据此可以判定卡钻类型.2．B项为必要条件，可以帮助判断.3．角码1，2表示两项可同时存在，也可能只有一项存在.表1-3下钻时发生卡钻事故的诊断判据运行状态卡钻类型粘吸坍塌砂桥缩径落物卡钻前各种显示钻柱运行显示钻柱静时间较长A下行突然遇阻A下行不遇阻上行遇阻A下行遇阻上行也遇阻A1A1下行遇阻阻力越来越大A2A2下行遇阻阻力点相对固定B下行遇阻阻力点不固定BB循环时可下行停泵有阻力A3A3无阻力时转动正常B无阻力时转动不正常BBA井口显示下钻柱时井口不返钻井液A1A钻柱内孔反喷钻井液A1B卡钻后各种显示初始卡点位置在钻头附近AA在钻铤或钻杆上AAA循环泵压变化泵压正常BBB泵压上升AA钻井液井口返出情况钻井液进出口流量平衡AAA钻井液出口流量减少A1A1井口不返钻井液A2A2注：1.A项为充分条件，据此可以判定卡钻类型.2．．B项为必要条件，可以帮助判断.3．角码1，2，3表示其中一项存在即可作为主要判据，也可能有其中两项同时存在的情况.在卡钻事故中，粘吸卡钻算是最简单的一种.但在一种卡钻事故发生之后，往往又会诱发另一种卡钻.如在缩径卡钻、键槽卡钻、落物卡钻发生之后，由于钻柱失去了自由活动的能力，又会发生粘吸卡钻.粘吸卡钻发生之后，由于处理不当，又会诱发坍塌卡钻.所以在一种卡钻发生之后，要采取适当的措施防止另一种卡钻的发生，致使其形成复合式卡钻，这样处理起来就增加了难度.当卡钻事故发生之后，首先要考虑的问题是为顺利解除事故创造条件.（1）必须维持钻井液循环畅通要防止钻头水眼或环空堵塞.因为一旦循环失灵，就失去了注解卡剂的可能，也很容易诱发井塌和砂桥的形成，而且如想从钻杆水眼内下爆炸松扣工具也很难下到预定位置.（2）要保持钻柱完整因为如把钻柱提断或扭断，断点以下的钻柱便失去钻井液循环，由于钻屑和井壁塌落物的下沉，有可能堵塞钻头和钻柱水眼，或者在环空形成砂桥.同时如果鱼顶正好处于大井径位置，打捞钻具时，寻找鱼头也非常困难.（１）不能把钻具连接螺纹扭得过紧任何卡钻事故的发生，都有可能走到套铣倒扣的那一步，如果扭力过大，一则可能使母螺纹胀大损坏，使钻具从中间脱开.二则扭力过大，造成了倒扣的困难，必然要迫使你去做许多无效的工作，甚至使事故无法继续处理下去.计算限制扭转圈数的公式如下：N=22152221)/(10532.13/)(100100FqHDHGSDHGSDH（圈）（1-1）式中N----限制扭转圈数H----卡点深度，即卡点以上钻柱长度，m；D----卡点以上钻柱外径，cm；G-----剪切系数，8*104MPa；---限制剪切力，=3/21）（，aMP；1----钢材屈服强度，aMP；2----钻柱危险断面处所受的实际拉应力，FqH/2,aMP；q------钻柱在钻井液中的重量.N/m；F----管体切面积，cm2；S---安全系数，取1.5现将常用的API标准钻杆限制转数列于表1-4，国产钻杆的限制扭转圈数列于表1-5，供现场工作人员使用参考.表1-4API钻杆限制扭转圈数钢级外径mm自由钻柱长度，m100020003004000500060007000S13560．321．042．062．080．097．011112173．017．034．051．066．079．591．099．788．914．028．041．854．065．074．881．810212．524．736．647．057．065．571．511411．022．032．542．050．858．063．512710．019．729．038．045．752．357．31409．0017．926．533．741．547．652．01687．5014．922．028．034．539．543．2G10560.316．432．347．059．870．076．377．273.013．526．538．649．257．562．763．488.911．121．831．740．547．251．552．01029．7019．027．935．441．545．145．51148．6016．924．831．536．940．040．51277．8015．222．328．333．236．036．51407．0014．020．025．730．232．733．51685．8011．616．721．325．127．227．5X9560．314．828．941．752．760．063．359．273．012．223．934．543．549．752．348．888．910．119．628．335．740．842．940．11028．8017．224．830．935．737．535．11147．9015．222．027．531．733．431．21277．1013．719．824．528．630．028．01406．4012．518．022．526．027．325．51685．3010．415．018．721．622．721．2E60．311．622．431．538．039．231．773．09．6018．526．031．432．426．088．97．9015．221．425．726．621．51026．9013．318．722．523．318．81146．1011．816．620．020．716．71275．5010．615．018．018．615．01405．109．7013．616．316．913．71684．208．0011．313．614．011．3D60．38．4015．720．520．573．07．0013．016．917．088．95．7010．713．914．01025．009．3012．112．21144．508．3010．810．91274．007．509．709．801403．606．808．808．9016830．.5．607．307．40使用时要注意：①本表所列数据为一级钻杆的限制扭转圈数，如使用的是二级钻杆、三级钻杆，情况就比较复杂，由使用者作适当的调整.②当大钩悬重等于自由钻具在钻井液中的重量时，式（1-1）有效.③当大钩悬重小于自由钻具在钻井液中的重量时，式（1-1）可以应用，但受压部分钻具的限制扭转圈数要适当减少，因为受压部分钻具与井壁摩擦，扭矩不容易传下去.④当大钩悬重大于自由钻具在钻井液中的重量时，不能应用式（1-1），而应将式（1-1）改写为：2215)/10(105314.1FWDHN（1-2）式中W为大钩悬重（kN），其他符号与式（1-1）同，此时不能应用表1-4、表1-5所列数据，而应按式（1-2）进行计算.⑤有些钻井手册，把式（1-1）简化为N=KH，称K为扭转系数.我们知道，式（1-1）是一个曲线方程，而N=KH是一个直线方程，简化后，将会导致很大的错误.从表1-4、表1-5中我们也可以发现，井越深，负荷越大，这种误差也越大.表1-5国产钻杆限制扭转圈数钢级外径mm自由钻柱长度，m1000200030004000500060007000D7560．016．732．847．863．671．578．380．073．013．727．039．352．358．864．465．788．911．222．132．242．948．252．853．91029．8019．328．137．442．046．147．01148．8017．325．133．537．641．242．11277．9015．522．630．033．837．037．8D6560．014．428．340．651．158．060．154．473．011．923．233．442．047．749．544．788．99．7019．027．434．539．140．536．71028．5016．623．930．034．035．432．01147．6014．821．426．930．531．728．61276．8013．319．224．127．428．425．7D5560．012．023．633．340．643．138．173．010．019．427．433．435．431．388．98．2015．922．527．429．025．71027．0013．919．623．925．322．41146．4012．417．521．422．720．01275．7011．115．719．220．418．0第一节粘吸卡钻粘吸卡钻，有人也叫压差卡钻，是钻井过程中最常见的卡钻事故（图1-1）.最容易卡住的是钻铤，由于钻具失去了活动的自由，卡点可以逐渐上移，直至套管鞋附近.一．粘吸卡钻的原因井壁上有滤饼的存在是造成粘吸卡钻的内在原因，因为大多数钻井液是固、液两相流体，或者是固、液、气三相流体，其中的固相颗粒附着在井壁上就形成了滤饼.有人认为滤饼是由于钻井液的滤失造成的，没有滤失量就不会有滤饼，基于这种思维.他们总认为钻井液在砂岩中的滤失量大，才会形成滤饼，粘吸卡钻只能发生在砂岩发育井段.其实不然，在裸眼井段内，不但砂岩有滤饼，泥页岩也有滤饼，而且要比砂岩井段的滤饼厚得多.这是因为滤饼的形成有三种原因：第一是吸附，钻井液中的固相颗粒吸附在岩表面，无论砂岩、泥岩都有这种特性.第二是沉积，钻井液在流动过程中，靠近井壁的流速几科等于零，