钻井中主要复杂与工程事故处理(1).pps

中油股份勘探与生产工程监督中心,2007年12月,钻井监督培训教材,钻井中主要复杂与工程事故处理,1,2,3,4,发生井下复杂与事故的因素诊断及处理原则,钻井中的复杂,事故的种类、发生原因、预防及处理,处理井下复杂与事故中的主要技术工具,处理井下复杂与事故中的主要工艺技术,5,6,典型钻井工程事故处理实例,钻井是一项隐蔽的地下工程，存在着大量的模糊性、随机性和不确定性，是一项真正的高风险的作业。对象是地层岩石，目标是找油找气。在钻井作业中，由于对深埋在地壳内的岩石的认识不清（客观因素）或技术因素（工程因素）以及作业者决策的失误（人为因素），往往会产生许多井下复杂情况，甚至造成严重的井下事故，轻者耗费大量人力、财力和时间，严重者将导致油气资源的浪费和油气井的废弃。,据近年来的钻井资料分析，在钻井过程中，处理井下复杂情况和钻井事故的时间，根据2004年中国石油天然气集团公司石油工程技术承包商协会钻井分会年报、开发井非生产时间为9.3，其中事故与复杂占5.14；探井非生产时间为10.68，其中事故与复杂占6.87。正确处理因地质因素产生的井下复杂情况，避免或减少因决策失误、处理不当而造成的井下事故是提高钻井速度，降低钻井成本的重要途径，也是钻井工程技术人员（包括现场钻井监督）的主要任务和基本功。,1、发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则,1.1造成井下复杂与事故的因素,地质因素工程因素,钻进中产生复杂与事故的主要地质因素,影响井下复杂与事故的主要工程因素,1.2复杂与事故的诊断,1、发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则,1.1造成井下复杂与事故的因素,井下复杂情况诊断井下事故诊断,井下复杂情况诊断,井下事故诊断,1.2复杂与事故的诊断,1、发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则,1.1造成井下复杂与事故的因素,1.3井下复杂与事故的处理原则,安全原则快捷原则科学诊断原则经济原则,井下复杂与事故多种多样，井下情况千变万化，处理方法、处理工具多种多样。“魔高一尺、道高一丈”。但总的原则是将“安全第一”的思想，贯彻到事故处理全过程中。从制订处理方案、处理技术措施、处理工具的选择以及人员组织等均应有周密的策划。重大事故还应制订应急方案，如井喷、着火等。在处理井下复杂过程中，尤为小心，稍有不慎，就可能造成事故。而在处理事故过程中的失误又可能使事故更加恶化。安全原则体现在对事故性质、井下情况准确分析和判断的基础上。在处理中应使事故的严重程度逐渐减轻，不致恶化。因此，入井工具能下得去，起得出，用得上。器材、药品，严格质量检验，操作人员应熟知入井打捞工具的结构和正确使用方法。处理方案中还应包括人员设备的防护和环境保护等措施。,安全原则,快捷原则,复杂与事故随着时间的推移而恶化，尤其是卡钻事故与井喷事故，要求在短期内进行处理，不能延误时间。快捷原则体现在迅速决策制订处理方案，甚至制订几套处理方案。迅速组织处理工具与器材，加快处理作业进度，协调工序衔接，减少组织停工。同时有几套处理方案时应优选其中最有把握、最省时、风险最小的方案。实施第一方案时，同时准备第二方案。要做到心中有数，要有预见性，不能看一步，走一步，时间就是效益。旷日持久、劳师无功，必然会影响信心，降低士气，精力分散，更容易出问题。要做到处理一次，有一次收获，增加一份信心，提高一份士气。,科学诊断原则,科学诊断原则就是还原复杂与事故的本来面貌。这一原则应贯穿在处理复杂与事故的全过程中。要认真收集现场（井下）第一手资料，特别是操作者提供的直接信息。科学的分析，去伪存真，准确地描绘井下情况，切忌主观臆断，或仅凭以往的经验，武断做出结论。在处理过程中还应对井下情况进行必要的计算和草图绘制，以及时纠正或补充处理方案，使处理方案尽可能切合实际，做到“事半功倍”，少犯错误，加快处理进度，减少经济损失。,根据事故性质、地质条件、工具、器材供应状况、技术手段等，全面分析、评估事故处理的时间与费用。根据处理方案对比，经济合算，则继续处理下去，若处理时间长，费用太高，则停止处理，另想其它办法，如条件许可，移井位重钻或原井眼填井侧钻等。事故处理费用包括①预计事故处理时间的钻机日费；②处理事故时井下工具、钻具的租赁费；③处理事故消耗的材料费；④技术服务费或其它费用。移井位费用预算①搬迁费；②钻前工程费；③钻达事故井深的进尺费。填井侧钻费用预算①技术服务费（打水泥塞费、测井费、侧钻工具与人工费等）；②材料费；③钻达事故井深的时间费用。,经济原则,2、钻井中的复杂,井壁岩石剥落与掉块我们统称井塌，井塌本身就是井壁不稳定的反映。钻井中井径扩大的本质是反映井壁不稳定问题。一般情况下，不影响正常钻进（起下钻不阻卡，或轻微阻卡，井筒畅通，扭矩正常）虽然存在少量井壁岩石剥落，我们不认为是井塌。只有严重阻碍钻具在井筒内的运动，频繁、反复划眼，阻碍正常钻进时，我们定义为井塌。井塌主要发生泥岩、页岩以及胶结不良的砾岩、流砂和埋藏较深的岩盐。井塌影响了钻井速度和井眼质量，甚至不能钻达设计井深，影响地质目的的实现。从总体上讲，井壁稳定问题是钻井中极普遍性的难题，迄今为止，还没有得到有效的解决。,2.1井塌,2.1井塌,2、钻井中的复杂,⑷钻进中蹩钻严重，接单根下不到井底，起钻遇卡。,⑴井口返出岩屑增多，岩样混杂，有上部地层的岩石，呈片状或块状。,⑵下钻遇阻，不能下到井底，中途频繁阻卡，划眼速度慢，划眼中有蹩钻，打倒车现象，甚至越划越浅。,⑶钻井液粘度、切力、密度、含砂量增高，泵压不稳，有时蹩泵。,2.1.1井塌的判断,2.1井塌,2、钻井中的复杂,⑷影响地质录井及测井资料的准确性。,⑴不能顺利的正常钻进，频繁地、反复地划眼通井。,⑵严重时造成卡钻，甚至报废井。,⑶井眼不规则，影响固井质量。,2.1.2井塌的危害,2、钻井中的复杂,造成井塌的原因主要有地质方面的原因（力学不稳定），物理方面的原因（水化效应）以及钻井工艺的原因。具体到一口井，可能其中某一个因素是主要的，也可能是综合作用而造成井壁的失稳。应根据区域地质构造、沉积环境、岩性变化、钻井液性能以及钻井工艺条件综合分析判断确定，然后采取相应的对策和处理措施。井壁失稳的机理与处理措施见表。,2.1井塌,2.1.3井塌的原因、预防和处理,2.1井塌,井壁失稳的机理与处理措施,压力泥页岩,应力泥页岩,P液＜P孔,P孔砂＞P孔泥岩,2.1井塌,井壁失稳的机理与处理措施,内应力释放剥落,吸水膨胀掉块,裂缝性泥页岩,应力泥页岩,2.1井塌,井壁失稳的机理与处理措施,2.2井漏,2、钻井中的复杂,井漏是在钻井过程中钻井液或水泥浆漏入地层的现象。井漏可发生在任何地层，任何深度以及各种岩石中。井漏是钻井工程中最常见，经济损失最大、最难处理的一种井下复杂问题。发生井漏必须具有二个基本条件一是井筒液柱压力大于漏层压力；二是漏层的孔隙（包括裂缝）大于钻井液中最大固体颗粒直径。前者是外因，后者是内因（客观存在）。,⑴井漏后延误钻井时间，延长钻井周期。⑵井漏会造成直接的巨大的物质损失。⑶井漏干扰了地质录井作业。⑷井漏会对油气层造成污染。⑸井漏会引发井下复杂情况。,井漏的严重后果,井漏的预防,⑴使用三低钻井液。⑵减少井筒内压力激动，避免造成人为裂缝漏失。⑶防止环空堵塞缩径。⑷控制钻速，防止钻头、钻具泥包。。⑸搞好地层压力预测，确定合理的井身结构。,井漏的分类与主要堵漏方法,漏层按其漏失方向可分为水平与垂直二大类型，水平漏层井筒的接触呈圆环状，具有一定的厚度，堵漏物质与水平面内与井壁结成滤饼。垂直漏层与井筒接触呈线状，视裂缝深度而确定。堵漏物质将进入垂直平面，但不能形成滤饼，而可沉积和阻滞其内，不能堵死裂缝。,⑴水平漏层。多孔的砂砾岩地层，天然水平裂缝属于水平漏层，多孔的砂砾层漏失一般为渗漏，采用桥堵剂比较有效，堵剂的颗粒可在砂砾孔隙中积存，表面形成滤饼，阻止钻井液通过。天然水平裂缝若缝宽小于6mm，使用桥堵混合剂可有效的堵住此裂缝。若缝宽在625mm范围内，可采用高粘切的软硬堵塞（钻井液柴油搬土或柴油搬土水泥）或采用注水泥方法。若缝宽超过25mm，最有效的方法是采用充气钻井液或下套管封隔。（或下波纹管堵漏）,⑵垂直漏层。多数属于诱导性裂缝（天然垂直裂缝在钻开时不会发生井漏）其漏失量大小与施加于它的压力大小有关。采用软堵塞剂或在水泥浆中加入1020目的压裂砂比较有效。,封堵剂的种类及堵漏工艺,根据漏速大小，井内液面高度、漏层位置和岩性等综合分析确定漏失的性质和特点，然后采取相应的封堵剂和堵漏工艺。常用封堵剂,桥塞剂混合稠浆水泥浆软硬堵塞剪切稠化堵塞重晶石堵塞。,渗透性漏失,溶洞漏失,诱导裂缝性漏失,天然裂缝性漏失,堵漏剂类型与堵漏工艺,堵漏剂类型与堵漏工艺,封堵剂的种类及堵漏工艺,3、事故的种类、发生的原因、预防与处理,3.1卡钻事故,钻柱在井内某井段被卡，致使整个钻柱失去自由（不能上下活动和转动）叫做卡钻。卡钻按其性质分为,粘吸卡钻坍塌卡钻砂桥卡钻缩径卡钻键槽卡钻泥包卡钻落物卡钻钻头干钻卡钻,3.1.1卡钻事故发生的原因、预防与处理,3.1.1卡钻事故发生的原因、预防与处理,缩径卡钻,键槽卡钻,泥包卡钻,3.1.1卡钻事故发生的原因、预防与处理,3.1.2处理卡钻事故注意事项,1,2,3,,,,尽可能维持钻井液循环，保持井筒畅通。,保持钻柱的完整性。,切忌将钻杆螺纹扭得过紧。,3.1.3卡钻事故处理程序,3.2钻具断落事故,3.3井内落物事故,3.4下套管作业中的复杂与事故,3.5注水泥作业中的复杂与事故,4.1震击解卡工具,4、处理事故中的主要技术工具,震击解卡工具主要用于钻柱被卡后提供撞击力，使被卡钻柱松动而解卡。与上提下放活动钻具的区别在于震击器提供了强大的动能，并将这种动能在极短的时间内转换成撞击力施加给卡点。,震击解卡工具是结构较为复杂的事故处理工具，根据作用原理不同基本上可分为液压和机械两种。以其提供作用力的方向不同又可分为上击器与下击器。根据用途不同分为解卡震击器与随钻震击器，根据加放位置不同分为地面震击器与井下震击器。,震击解卡工具的工作原理与使用方法,4.1.1震击器的工作原理,⑴液压上击器的工作原理,上提钻具时，上击器的液缸内活塞运动受阻尼，将上部钻柱伸长，将钻具变形能储存在液缸内（相当于阻尼弹簧）当活塞运移到一定距离后，解除阻尼，储存在液体内的能量被释放上部钻柱迅速收缩将弹性能转变成动能，向上撞击被卡钻具。,随钻液压上击器工作原理示意图,液压解卡上击器工作原理示意图,a、复位活塞下行（钻具下放）下液腔的液体通过活塞旁通孔流至上液腔，此动作为无阻流动。,b、拉伸向上提拉钻柱，活塞下滑，上液腔液体通过活塞下部的阻尼孔，缓慢流入下液腔，活塞缓慢上行，钻具被拉变形伸长，上液腔压力增高。,c、释放活塞上行至压力释放腔后，阻尼解除，被拉伸变形的钻柱迅速收缩，活塞加速向上运动。,d、震击钻柱收缩释放储存的弹性能，迫使震击垫撞击承击体，产生强有力的上击作用，并将此动载传递给下部钻具的卡点。,⑵机械下击器的工作原理,机械下击器是利用摩擦卡瓦副的变形储存能量，当卡瓦副释放时，将变形能转变成下击时的动能，传递给卡点。地面下击器和随钻下击器属于机械下击器。,4.1.1震击器的工作原理,摩擦卡瓦副工作原理示意图,4.1.2震击器的操作技术,⑴随钻震击器,a、联结在钻柱中和点以上，使上击器处于拉伸状态，下击器处于拉开状态，并在上击器以上至少联接3根钻铤。b、直井眼中钻进，上下震击器可直接连接在一起，上震击器在下震击器之上，在定向井和弯曲井眼中，在上下震击器之间应联接1-3根加重钻杆，以减小刚度。c、震击器以上的钻铤和工具接头的外径不应大于震击器的外径，震击器的外径应不大于下部钻铤的外径，以防止震击器以上的钻柱被卡。d、正常钻进中，上下震击器均应处在被拉状态，送钻必须均匀，防止溜钻与顿钻，否则会损坏工具。,e、需上击时，下放钻柱，活塞下行回位（应计算好震击器以上钻具重量，下放量在井口做好标记）。然后上提钻柱至设计吨位，刹车等候震击，震击后下放钻柱，使活塞回位，在开始第二次震击操作。f、需下震时，先提钻柱使其复位，然后下放钻具，使其震击，震击后再上提钻柱复位，再开始第二次下震。g、震击器起出地面时，呈拉开状态，应清洗干净，装好心轴卡箍。,a、解卡液压上击器，应尽可能靠近卡点安装，震击器下连接安全接头，震击器上部连接钻铤36根后连接液压加速器，上部再连接钻铤和加重钻杆。b、震击器操作过程同随钻上击器。,4.1.2震击器的操作技术,⑵解卡液压上击器,4.1.2震击器的操作技术,⑶机械上击器与地面下击器,机械上击器与地面下击器都是利用摩擦卡瓦副的挠性变形，提供钻柱的变形能，对卡点产生撞击力。不同的是地面震击器不需要倒出井内钻具在井口转盘以上卸掉方钻杆加入地面下击器即可上提钻具，在卡瓦滑脱后利用下部钻具的重量进行下击，工具本身没有震击偶。而机械上击器是利用上部钻柱的弹性能进行上击，在卡瓦滑脱后，上部钻柱迅速回缩，撞击震击垫，给卡点强有力的上击力。再就是地面震击器的震击力可在地面进行调节，而机械上击器调节震击力在井口转动钻具（每次1/3圈，考虑钻柱与井壁的摩擦力每千米转动一圈）。,4.1.2震击器的操作技术,⑶机械上击器与地面下击器,a、地面下击器调节震击吨位时，不能超过卡点以上的钻柱重量，当下部钻柱重量超过震击器允许震击吨位时，拉力不能超过震击器允许的吨位。b、自由段钻柱上提后的伸长量，不得超过工具的工作行程c、地面震击器在浅井中使用效果较差，在操作中防止大绳跳槽，或大钩、吊环震脱。d、使用机械上击器与地面下击器，均不能给工具施加扭矩,4.1.2震击器的操作技术,闭式下击器的震击垫等活动部件是由密封在缸体内液压油进行润滑的，他的工作行程一般不超过500mm，比开式下击器短，但工作可靠（液压油仅起润滑作用）。闭式下击器的震击垫仅起限位作用，不是震击偶，上提钻具时，震击垫（活塞）上行至限位位置为拉开行程。再继续上提，钻具产生弹性变形伸长，然后猛然下放，下放距离大于上提距离，螺母垫高速撞击在缸体上端面给卡点产生向下的巨大震击力。,⑷闭式下击器,4.1.2震击器的操作技术,⑸开式下击器,开式下击器的震击垫等活动部件，在缸体内是由钻井液润滑的（缸体下部有4个孔允许钻井液进入），它的工作行程较大，在9001600mm范围。开式下击器的震击偶是缸套下接头的下端面做撞击体，以心轴接头的上台肩做承击体，震击垫（活塞）只起扶正与密封作用。上提钻柱时，缸套随钻柱上行，心轴联接下部被卡钻柱，当缸套下接头的内端面与活塞下端面接触时，下击器全部打开完成一个工作行程，继续上提钻柱，则钻柱开始弹性变形被伸长，积蓄弹性能。当急速下放钻柱时，钻柱由于自重和弹性能释放而迅速下击。,4.2倒扣、切割工具,4、处理事故中的主要技术工具,常用倒扣工具的工作原理与使用方法,4.2倒扣、切割工具,4、处理事故中的主要技术工具,常用切割工具的工作原理与使用方法,,,,,,4.3套铣工具,4、处理事故中的主要技术工具,常用套铣工具的结构特点与使用方法,,,4.4打捞井内钻具断落工具,4、处理事故中的主要技术工具,4.4打捞井内钻具断落工具,4、处理事故中的主要技术工具,公锥,母锥,图4-25篮式卡瓦打捞筒1篮卡控制图；2引鞋；3上接头；4外筒；5篮卡瓦6R形密封圈；7“O”型密封圈,图4-26螺旋卡瓦打捞筒1A形密封圈；2螺旋卡瓦；3螺卡控制图,,LM卡瓦打捞矛,AJ型安全接头,H型安全接头,KJ可变弯接头,分瓣捞矛,图4-31弹簧式安全接头1接头；2弹簧；3上体；4滑键；5下体6密封垫圈；7密封函；8密封压帽,图4-33铅模（a）平底铅模；（b）锥形铅模,4.5井底落物打捞工具,4、处理事故中的主要技术工具,4.5井底落物打捞工具,4、处理事故中的主要技术工具,一把抓,G形H形打捞杯,图4-40磁铁打捞器1接头；2体部；3上磁极；4衬筒；5磁芯；6下磁极；7引鞋,,,,,投入式反循环打捞篮,喷射式反循环打捞篮,卡板式打捞筒,卡簧式打捞筒,反循环强磁打捞器,DLQ型多功能打捞器,,,,取心式打捞筒,平底磨鞋,5.1活动钻具,5、处理井下复杂与事故中的主要工艺技术,活动钻具是钻柱在井筒内运动受阻后采取的最直接和便捷的处理方法。活动钻具是指钻柱被卡后上提下放或转动钻柱，并尽可能在循环条件下活动钻柱。轻微阻卡，活动钻具便可解除。,5.1.1活动钻具前的检查与准备工作,开始作业前，应做好以下检查与准备工作,,,1,认真校对指重表，要求准确、灵敏，并检查传感器内液体充满程度，必要时补液。,,,2,检查滚筒钢丝绳磨损与断丝是否超标，以及两端绳头固定是否可靠。,,,3,检查绞车刹车、转盘离合器以及动力传动系统的可靠性。,,,5,卸去吊环，钻台工具远距井口。,,,6,按预计提拉吨位或下放吨位确定上提下放距离，在方钻杆或钻杆上作记号。,,,7,使用吊卡活动钻具时，吊卡耳销及保险销应用固定可靠，防止脱开。,5.1.1活动钻具前的检查与准备工作,5.1.2活动钻具的应用条件及方法,活动钻具是处理粘吸卡钻或浸泡后最常用的解卡的方法。卡钻时钻头在井底只允许向上提拉。起钻时被卡，向下压为主，下钻时遇阻被卡，向上提拉为主。上提拉力应考虑井架、悬吊系统以及钻柱的安全负荷。特别是应充分考虑钻柱的磨损程度。下压时根据井筒条件（裸眼段的长度）可以将自由钻柱重量的一半甚至全部重量压上去，使钻柱在裸眼井段中钻柱弯曲，减少钻柱与井壁的接触长度。上提时，上提拉力应超过井内自由钻柱重量的150200kN。多次活动无效时，在安全条件下可增加拉力吨位，每次以增加100kN为限。,在活动钻具时可适当进行转动，但扭转圈数不能超过钻杆许可的强度。转动时应在上提自由段钻柱重量的条件下进行。高强度扭转钻柱，会给后续处理带来困难，应尽可能少用转动方法。暂停活动钻具时（刹带发热或等候处理措施），应将钻柱重量全部下压，防止钻柱紧贴井壁，增加粘卡井段长度。,5.2卡点位置的确定,5、处理井下复杂与事故中的主要工艺技术,当活动钻具无效需进行下一步解卡作业时（倒扣、浸泡或震击解卡），应确定卡点位置，最准确的办法是利用测卡仪测量（爆炸松扣前）。进行浸泡时，现场利用钻柱的弹性变形，可根据虎克定律确定卡点位置（准确性较差）。,5.2卡点位置的确定,5.2.1卡点测试仪测卡点的原理,测卡仪器分地面仪器和井下仪器两部分。地面仪器是一台电磁振荡仪，有磁性定位放大显示装置以及点火装置。井下仪器包括加重杆、伸缩杆、振荡器、上下弓形弹簧锚和传感器等。,磁性定位用来寻找钻杆接头和校正仪器下入深度。伸缩杆可调整电缆头的深度，使上下弓形弹簧不受拉力或压力，自由锚定在钻具内壁。,5.2卡点位置的确定,5.2.1卡点测试仪测卡点的原理,测卡仪由上、下弓形弹簧与其连接在一起的传感器和振荡器组成。弓形弹簧的作用是将传感器的两端与钻具内壁相对固定，传感器中部的管腔内装有上下相对的两只叉形管，且分别与上下弓形弹簧连接。上叉形管中有电阻为47的线圈，线圈的两端连接振荡器。,,开始测卡点时，给线圈通110V交流电，两只叉形管的坡口尖脚是吻合的（无间隙），形成了稳定的闭合磁路,5.2卡点位置的确定,5.2.1卡点测试仪测卡点的原理,提拉或扭转钻柱时，在卡点以下的钻具是不会变形的，上下两弓形弹簧锚不会产生相对位移，传感器中的磁场强度不会发生变化，振荡器没有差额输出，耳机内也不会产生音响，地面读数表为零。若所测点在卡点以上，由于管柱伸长或扭转变形时，上下弓形弹簧锚能准确的将变形传递给叉形管，使其相对的尖脚脱离，产生间隙，从而改变了磁场强度，使上叉形管线圈中产生瞬时感应电流，导致井下振荡器的振荡频率也产生变化，并输出差额，经地面接受后在读数表显示，并由耳机发出音响。感应电流的大小与叉形管尖脚的间隙大小成正比，越接近卡点，感应电流越小，卡点以下为零。,5.2.1根据虎克定律求自由段钻柱的伸长量（变形）确定卡点,钻柱的伸长量与拉力及钻柱长度成正比，与钻柱的横截面积及钢材的弹性系数成反比。即或（5-1）对确定尺寸的钻柱，横截面积F与钢材弹性系数E也是确定的，令kEF，代入5-1得m（5-2）式中井内自由钻柱在拉力P作用下的伸长量，cm；P自由钻柱在超过其自身悬重时的拉力，kN；K计算系数，kEF,E2.06108kN/m2，F钻杆或钻铤横截面积m2。,,,,,考虑以下三种情况⑴若实测值（计算值），则卡点在第一段钻具上，可直接用公式（5-2）求出卡点。⑵若实测值，则卡点在第二段钻具上，卡点位置用公式（5-3）计算m（5-3）⑶若实测值，则卡点在第三段钻具上，其卡点位置用公式（5-4）计算m（5-4）,,,,,,5.2.1根据虎克定律求自由段钻柱的伸长量（变形）确定卡点,例1某井在8“井眼内4650m处发生粘吸卡钻，井眼内钻具结构为6”钻铤180m5“加重钻杆190m5”钻杆4275m方入4.85m（钻头高度0.15m）。活动钻具无效，准备注解卡液。用提拉法确定卡点深度，（井，方入4.18m，上提终了悬重1800kN，方入2.93m（重复3次），提拉吨位P1800-1600200kN，钻柱总伸长量，求卡点深度,解⑴求在拉力P作用下井内钻具分别伸长量（变形量）5“钻杆5“加重钻杆6“钻铤⑵实际伸长量证实6“钻铤全部被卡。,,,,,,5.3浸泡解卡作业,5.3.1浸泡作业的条件,5.3浸泡解卡作业,5.3.2浸泡解卡的机理,滤饼粘附卡钻时钻具摩阻力（粘卡程度）的近似计算公式见（5-5）F（Pm-Pd）bhkN（5-5）式中Pm钻井液柱静压力，MPa；Pd地层孔隙压力，MPa；滤饼摩擦系数，与钻井液类型有关，一般在0.050.25之间；b钻具与井壁滤饼接触宽度，mm；H钻具与井壁滤饼接触长度，m。,,钻具与井壁的接触面积，Abh越大，卡钻程度越严重，若钻具不与井壁接触，或接触时间很短，A0，那么粘吸卡钻就不可能发生。减少钻具在井内静止时间或不断活动（上提下放或转动钻具）也可减少卡钻几率。从减少接触面积A考虑，在相同尺寸井眼内，大钻具直径越大，钻具越长，井斜越大，接触井壁的可能性越多，越易造成卡钻。当然，接触面积也与滤饼的厚度有关。,由公式（4-5）我们可以分析影响钻具摩阻力（粘卡程度）F的主要因素。,,5.3.3解卡剂的种类,解卡剂,水基解卡剂,油基解卡剂,,石灰岩地层,,低浓度盐酸,土酸溶液,在盐岩层地层中使用饱和盐水，也有很好的效果。,柴油,原油,两者混配,,5.3.4浸泡作业中的计算,QQ1Q2Q37.85410-7H[KDH2-DP2Di2]Q3式中K井径扩大系数；Q1粘卡井段环空容积，m3；Q2粘卡井段管内容积,m3；Q3预留顶替量，一般2.0-4.5m3；H粘卡井段长度，m；k井眼扩大系数；DH钻头直径，mm；DP浸泡段钻具外径，mm；Di浸泡段钻具内径，mm。,⑴浸泡液量计算,5.3.4浸泡作业中的计算,⑵注入浸泡液的最高泵压计算（浸泡液在钻具内返出钻头前）PmaxP1P2P10.0098（m-c）h式中P1循环泵压，MPa（可参考钻进条件下的泵压）；P2钻井液柱与浸泡液柱的压差，MPa；m钻井液密度，g/cm3；c浸泡液密度，g/cm3；H浸泡液在钻具内占有长度，m。,5.3.4浸泡作业中的计算,例2在例1中若将卡点以下钻具全部浸泡柴油（c0.78g/cm3）已知井径扩大系数k1.08，滤饼摩擦系数0.15。6“钻铤与井壁滤饼接触宽度35mm，求粘吸卡钻时的摩阻力F以及浸泡时液量Q以及注入浸泡液时的最高压力Pmax，若浸泡后滤饼摩擦系数0.06，需上提多少吨位才能解卡,解⑴根据公式（4-5）求粘吸卡钻时的摩阻力F,假设该井使用ZJ-50D钻机，额定载荷为3150kN，井内钻具悬重1490kN，再加卡钻时摩阻力2532.6kN，共计4022.6kN，已超过钻机额定载荷872.6kN，因此用提拉法不能解卡。,计算地层孔隙压力为,计算粘卡井段地层中部液柱静压力为,,,卡钻时摩阻力F,,注浸泡液时最高泵压Pmax21.53.324.8（MPa）,,,,,,,⑵浸泡液量计算（设Q34.0）,⑶注入浸泡液时的最高泵压Pmax,P121.5MPa（正常钻进时，排量30l/s时的泵压）,6“钻铤内容积,5“加重钻杆内容积,5“钻杆内占有长度,浸泡液占有长度h,井内钻具悬重14910kN，再加粘卡摩阻力524kN，上提总拉力2014kN，即可解卡（未超过钻机的额定负荷）。,,⑷注入浸泡液后，滤饼摩擦系数降至0.06，求此时钻具粘卡时的摩阻力。,浸泡时钻杆内预留的4m3液体隔时顶替至环空，直至管内外液体平衡，其占有环空长度,环空浸泡液占有总长度h180190102472m,利用公式（4-5）计算浸泡后的摩阻力F,,,5.3.5浸泡解卡作业技术措施,粘吸卡钻采取浸泡解卡的成功率比较大，但在施工作业过程中应严格遵守各项技术规程，否则会使事故复杂化。,⑴注低密度解卡剂前，必须在方钻杆或钻杆上接回压阀或旋塞，防止液体倒流造成井塌或堵塞钻头水眼。⑵根据地层压力确定一次浸泡的注入量，为防止井涌，发生井喷，可采取分段浸泡，先浸泡被卡钻具下部，然后在逐渐将解卡剂顶到卡点位置。,⑶为防止井壁滤饼剥落，井内积砂下沉（浸泡结果）在浸泡期间，应定时定量将钻具内预留浸泡液顶替至环空，使环空浸泡液向上流动，增加浸泡效果，同时可检查钻头水眼和环空是否畅通。,⑷在浸泡的同时活动钻具，一般将钻柱重量全部下压为主，也可使用震击器与浸泡联合作用，增加解卡效果。⑸解卡剂在井内浸泡时间随地层特性和钻井液性能而异，但至少应浸泡2小时以上，多则10余小时。如果一次浸泡不能解卡，可以浸泡2-3次或换解卡剂类型。,⑹解卡后，小排量开泵，逐渐提高排量循环，在解卡剂未全部返出井口之前，不允许停泵，返出井口的解卡剂，应排放在预定的容器内。⑺使用油基解卡剂时应注意防火和防止对环境的污染，使用有磨蚀性的解卡剂时，应有防护措施。,5.4震击解卡作业,震击解卡是利用震击器给卡点提供的瞬时动载，进行解卡。震击解卡是在活动钻具无效或浸泡作业后进行的一种解卡作业。震击解卡作业的效果与卡钻类型、卡钻深度、震击工具的结构以及震击工具安放位置、提拉或下击吨位有关。各种解卡震击器的规格、结构、技术参数在钻井工具手册中均可查阅，在使用前，应详细了解、阅读使用说明书。,5.4震击解卡作业,上击器动载近似计算,下击器动载近似计算,5.4.1上击器动载近似计算,式中C1震击器以上钻柱刚度系数，kN/m；C2震击器至卡点段钻柱刚度系数，kN/m；K系数；ΔL1震击器以上钻柱的变形伸长量，m；h震击器有效打击行程，m；E钢材弹性模量，2.06kN/m2；F1、L1震击器以上钻柱的横截面积和长度，单位分别为m2和m；F2、L2震击器至卡点段钻柱的横截面积和长度，单位分别为m2和m；,,,,,,,5.4.2下击器动载近似计算,,,,,,将下击器上部钻柱自由下落的动能变为被卡钻柱的变形能，求震击时下击动载可得出以下公式。,式中K1、K2、K3为计算系数W1震击器以上钻柱重量，kN；W2震击器至卡点的钻柱重量，kN；h下击点工作行程，m；,5.5处理钻具断落与井底落物主要关注的问题,正常钻进中，钻具折断落井，及时发现打捞比较容易，但起钻过程中或接单根时钻具折断落井处理比较困难，因为钻头可能顿坏（掉牙轮、巴掌开裂），下部钻具顿弯，二次断裂或卡死等复杂情况随下落距离和断落钻具的数量的增加而加大。正确判断落井钻具在井内的状态，是成功、快速处理钻具落井事故的关键。,5.5.1探鱼顶,钻具折断后，根据起出地面的钻具长度计算鱼顶深度，并采取原钻具打捞，往往在计算鱼顶深度处，探不到鱼顶，可能会得出错误的结论，延误事故处理时机。引起鱼顶下移的主要原因是井内钻具由受拉状态（变形伸长）变成部分钻柱重量丢失，成受压状态并弯曲，在断点处，上部钻具卸载收缩上移，下部钻具受压和弯曲下移。井越深，断点越靠近井口，鱼顶下移量越大，断点靠近钻头，鱼顶下移量最小。另外当鱼顶处于较大的裸眼井段时，鱼顶偏离井眼轴线，靠井壁，打捞工具也不易碰到鱼顶应采用弯接头。,⑴当井斜较小时，钻柱在井筒内视为垂直状态，单一钻铤组合的钻柱在井内钻杆折断后，不考虑落鱼在井筒内的弯曲，鱼顶下移量S计算公式为,,5.5.1探鱼顶,当钻杆在井口折断时，LD0，鱼顶下移量S为最大值。,当钻杆与钻铤连接处折断，LDLP,GDGP鱼顶下移量为最小值。,,5.5.1探鱼顶,当钻铤与钻头连接处折断时，LTDLTGTDGT，代入上式得S0，即钻铤在与钻头连接处折断时，鱼顶无位移。,⑵在直井中单一钻铤组合，钻铤折断后，鱼顶下移量不是很大，但在大井眼中，钻铤柱重量较大时，鱼顶下移量需进行计算，给打捞作业提供可靠依据。,钻铤折断后，鱼顶下移量S计算公式为,5.5.2处理井内落物（打捞）过程中的安全问题,无论是钻具断落或井底落物，断落部分都不能直观的确定其井内状态，只能根据起出地面后的钻具断口状态进行分析判断，确定打捞方案和打捞工具。在确定打捞工具和处理方案时，对井下安全一定要周密考虑，不能使事故进一步复杂化。,⑵打捞工具选定后绘制草图，确定外形尺寸和打捞尺寸，特别是关键零部件，应单独绘制草图。,⑴入井打捞工具在地面要进行严格检查，审查产品的合格证和详细阅读使用说明，尤其是工具的打捞部件是否适合被打捞工具的尺寸，必要时在地面进行演示后入井。,①打捞工具必须连接在安全接头之下；②打捞钻柱中，不能加入稳定器，特别是复杂井和深井；③尽可能少加入大钻具（钻铤），大钻具数量确定原则是保证打捞时（造扣或磨铣）有足够的压力即可；④打捞钻柱中任意组件的强度，均不应低于被打捞落物的强度。,5.5.2处理井内落物（打捞）过程中的安全问题,⑶设计打捞钻具结构时，应遵守“下得去、能起出、用得上”的三原则，因此确定打捞钻具时，应考虑以下4点,⑷打捞钻柱下钻时，螺丝连接必须紧固，落物打捞后起钻，不能用转盘卸扣。⑸处理事故前应严格检查绞车、滚筒、钢丝绳、刹车系统、传动系统、指重表与扭矩表等记录仪表是否准确可靠。⑹使用震击器应严格遵守操作规程，根据井内钻具质量，确定提拉或下放吨位，以保证井内安全。⑺起钻时，应有专人观察井口，尤其是在油气层已钻开的裸眼井中处理事故时，以防止井涌或井喷。,5.5.2处理井内落物（打捞）过程中的安全问题,①不使用吊卡和吊环时，应及时卸掉；②使用吊卡时，吊卡与吊环应固定可靠；③活动钻具时，检查防碰天车装置与挡绳器工作状态是否可靠，不允许使用卡瓦坐卡钻杆扭转钻柱；④钻台除操作人员外，其余人员应远离钻台，或站在安全区域；⑤井口卸落物和打捞工具时应有周密措施，防止再次落井；⑥及时盖好井口，严防误操作或钻台工具落井。,5.5.2处理井内落物（打捞）过程中的安全问题,⑻在处理井下事故中，须注意井口操作安全，应做到,5.5.3处理井下落物事故中常用的钻柱结构,5.6套铣倒扣作业,在浸泡震击解卡无效后，而又不可能放弃原井眼，只有采取套铣倒扣分段解卡的方法以解除卡钻事故。在进行套铣倒扣作业之前最好采取爆炸松扣方法，将卡点以上自由段钻柱尽可能全部倒出。然后下铣鞋与铣管铣出被卡钻具环空的堵塞物后，倒开或切割已被套铣段的钻具，直至卡钻事故全部解除。,5.6.1爆炸倒扣,为了安全地利用转盘方补心给被卡钻具施加反扭矩，必须使方钻杆上接头在最大上提拉力时保持在转盘面3m以上。否则需将井口套管内的钻具倒开，然后利用不同长短的钻杆组合井口钻具，然后再对扣以达到要求。,爆炸倒扣是在给卡点以上自由段被卡钻具施加反扭矩的情况下，利用炸药爆炸时的瞬间高压使卡点处的钻具连接螺纹的钢体瞬间膨胀迫使螺纹迅即退扣。爆炸倒扣由专业技术人员利用测卡车进行作业。爆炸倒扣施工按以下步骤进行。,⑴井口钻具选配,5.6.1爆炸倒扣,,爆炸倒扣工具由引锥（下接头），爆炸杆、上接头、导线接头、磁性定位、加重杆、过渡短节、电缆接头等组成.,图5-5爆炸松扣工具组装图,爆炸松扣时使用黑索金药用量经验公式为,⑵组装爆炸杆,5.6.1爆炸倒扣,爆炸松扣时里索金基础用量,将所需导爆索和爆炸杆捆绑在一起，用白纱带自下而上缠紧扎牢。两只雷管用并联法将一极与缆芯线相接为火线，另一极与爆炸杆相接为地线。一只雷管插入导爆索端部，另一只雷管紧贴导爆索。接触处用砂纸除锈，用防水绝缘胶布扎好。入井爆炸工具各接头直径应小于钻具最小内径15mm，防止阻卡。,为防止在施加反扭矩时将钻具倒开，需使钻柱各连接部位受力均匀，并有足够的紧固程度。紧扣扭矩最大值不能大于井内最弱钻柱抗扭强度的70。紧扣方法有3种方式,5.6.1爆炸倒扣,⑶井内钻具分段紧扣,①自上而下或自下而上每次提拉300m为一段的钻柱重量，施加扭矩、重复3次；,②使用滚子方补心时，可一次加足扭矩，锁紧转盘，上下活动钻具，使扭矩传递给每个接头，当井斜较大时，上提拉力可超过钻具悬重15，下放拉力可为悬重10。,③一次提到卡点以上悬重，给钻柱施加扭矩，锁紧转盘，逐步下放钻具，对接头逐个进行紧扣，重复2-3次。,5.6.1爆炸倒扣,⑸施加反扭矩后锁住转盘，若井壁摩阻较大，可上下活动钻具，使扭矩向下传递（向上活动拉力不超过自由段钻柱悬重的20）。若施加反扭矩时，有倒扣现象，需重新进行紧扣。,⑷将爆炸松扣装置下至预定倒扣位置。,钻杆紧扣与松扣时扭转圈数参考表,⑹磁性定位探测接头位置，爆炸杆中心对准接头中心，接通电源引爆。⑺确定已倒扣（电流断路）上提仪器，防止阻卡，并用磁性定位器检查已倒开的钻具根数。⑻起钻前，校对悬重，循环钻井液，并探鱼顶深度，测定方入，起钻时不允许用转盘卸扣。,5.6.1爆炸倒扣,5.6.2使用反扣钻杆联接倒扣工具进行倒扣,卡点以下钻具被套铣后，用反扣钻杆接倒扣工具对正扣钻具进行倒扣。常用倒扣工具有,反扣钻杆使用公母锥倒扣使用倒扣接头、倒扣捞矛或倒扣打捞筒,5.7测井仪器被卡或落井打捞,测井仪器由于通过已下套管的管鞋坡口被卡，或通过裸眼井段的台阶，或疏松地层坍塌，或钻井液性能欠佳井筒不畅（砂桥）或电缆遇阻操作失误等原因造成测井仪器被卡，或电缆被拉断测井仪器落井等事故。测井仪器被卡后，由于电缆的强度有限，用提拉方法解卡的可能性很小，甚至会将电缆拉断使事故恶化。,5.7测井仪器被卡或落井打捞,5.7.1测井仪器被卡的打捞方法,测井仪器被卡，可采用钻杆穿心解卡法和旁开式测井仪器打捞筒两种方法。钻杆穿心解卡法需在井口切断电缆，解卡后需要拉断电缆。但优点是解卡的成功率高。旁开式测井仪器打捞筒不需切拉断电缆，可保持电缆的完整性，但电缆在钻杆的外面容易被钻杆缠绕在一起，或被钻杆挤压，且钻井液循环时由于打捞筒窗口距仪器较远，冲洗力太小，不容易破坏砂桥，降低了解卡可靠性。,5.7测井仪器被卡或落井打捞,5.7.1测井仪器被卡的打捞方法,钻杆穿心解卡法,旁开式测井仪器打捞筒,钻杆穿心解卡法打捞工艺,旁开式测井仪器打捞筒主要由导向筒、滚轮、螺旋卡瓦、卡瓦锁环与侧板等组成。,旁开式测井仪器打捞筒,5.7.2测井电缆断落打捞,测井电缆拉断后，电缆在井筒内确切位置无法准确判断，只能估计电缆压缩在一起缠住打捞工具，造成卡钻。打捞电缆落井的打捞工具有内钩捞绳器与外钩捞绳器两种工具。,根据起出电缆长度，估算电缆落井深度，由于电缆断落后下落一段距离，一般为50m左右，因此下钻至估计深度后，转动3-5圈后上提，如无显示，再继续下钻，一个立柱转动后再上提，一般多下100150m，无显示，应起钻。按此方法第二次下钻再打捞，直至将电缆打捞着为止（由于电缆轻，在井内造成的阻力小，在仪表上显示不明显）。,5.7.2测井电缆断落打捞,使用内捞矛时，其外径与套管内径或井眼直径的间隙应小于电缆直径。使用外捞矛时，挡绳帽外径应比钻头直径小810mm。,打捞方法,工具选择,6.典型钻井工程事故处理