石油课堂| 常见的卡钻事故及处理

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卡钻的概念

钻井过程中，由于各种原因造成的钻具陷在井内不能自由活动的现象，称为卡钻。主要有键槽卡钻、沉砂卡钻、井塌卡钻、压差卡钻、缩径卡钻、落物卡钻、砂桥卡钻、泥包卡钻及钻具脱落下顿卡钻等。地层构造情况、钻井液性能不良、操作不当等都可能造成卡钻，必须针对具体情况进行分析，以便有效的解卡。

卡钻的类型及预防措施

1）键槽卡钻

键槽卡钻多发生在硬地层中，井斜或方位变化大，形成了狗腿的地方。钻进时，钻柱紧靠狗腿段旋转，起下钻时钻柱在狗腿井段上下拉刮，在井壁上磨出一条键槽，起钻时钻头拉入键槽底部被卡住。键槽卡钻特征是下钻不遇阻，钻进正常，泵压也正常，但起钻到狗腿处常遇卡。随着井深的增加而愈加严重；能下放但不能上提，严重时可能卡死。
预防键槽卡钻的发生，首先得确保井眼质量，避免出现大斜度狗腿段；起钻时或再次下钻时应在键槽井段反复划眼，及时破坏键槽，并在起钻到键槽井段时要低速慢起，平稳操作，严禁使用高速起钻。
2）沉砂卡钻

在使用粘度小、切力小的钻井液钻进时，由于其悬浮携带岩屑的能力差，稍一停泵岩屑就会沉下来，停泵时间越长，沉砂就越多，严重时可能造成下沉的岩砂堵死环空，埋住钻头与部分钻柱，形成卡钻。此时若开泵过猛还会憋漏地层，或卡的更紧。沉砂卡钻的表现是：重新开泵循环，泵压很高或憋泵；上提遇卡，下放遇阻且钻具的上提下放越来越困难，转动时阻力很大甚至不能转动。其表现是接单根或起钻卸开立柱后，钻井液喷势很大。

为了预防沉砂卡钻，应确保钻井液的性能满足清岩和悬浮岩屑的要求，随时做好设备和循环系统的检查维护，在因故停止钻进时，避免停止井内循环；缩短接单根时间，在发现泵压升高及岩屑返出量较小时要控制钻速，加大排量洗井，停泵前要将钻具提离井底并随时活动钻具。
3）井塌卡钻

在吸水膨胀的泥、页岩，胶结不好的砾岩砂岩等地层，在钻进或划眼过程中发生较多。主要原因是由于钻井液的失水量较大，浸泡地层的时间较长；钻井液密度小，或起钻未及时灌钻井液以及抽吸作用使井壁产生坍塌而造成卡钻。一般在严重井塌之前，先有大块泥饼和小块地层脱落，换钻头后下钻不能到底；有时在钻井液中携带出大块未切削的上部岩石；在钻进中突然发生憋钻，上提遇阻泵压上升，憋泵甚至钻具不能转动等现象，都说明可能是井塌卡钻。
预防井塌卡钻的主要措施有：使用低失水，高矿化度和适当粘度的防塌钻井液，在破碎易塌地层适当增大钻井液密度，随时保证钻井液柱的高度；避免钻头泥包和抽吸作用引起的井壁坍塌。

4）压差卡钻（粘附卡钻）：

      水平井钻井中井下钻具由重力作用靠近下井壁，在井下压差作用下，钻柱的一些部位会贴于井壁，钻柱与井壁泥饼粘合在一起，静止时间越长则钻具与泥饼的接触面积就越大，由此而产生的卡钻，称为压差卡钻。
      产生压差卡钻的原因主要是钻井液性能不好，密度过高造成井内压差太大；失水量大，泥饼厚，粘附系数大，一旦停止循环，不活动钻具，钻具就会与井壁泥饼接触，时间增加则会使接触面积和深度加大，泥饼对钻具的粘附力增加，导致钻具无法上下活动和转动，但能够开泵循环，且泵压正常稳定。
     压差卡钻的预防措施主要是调节好钻井液性能，尽可能的降低钻井液的密度，提高钻井液的润滑性能，降低泥饼的粘附系数；并要加强活动钻具或采用加扶正器的方法使钻具居中。在钻井过程使用欠平衡钻井可以避免井漏，有效防止粘附卡钻。
5）缩径卡钻

缩径卡钻常发生在膨胀性地层和渗透性孔隙度良好的井段。由于钻井液性能不好，失水量大，在井壁易形成胶状疏松的泥饼，当泵排量小，钻井液上返速度低时，易在泥饼上面沉淀较多的粘土颗粒岩屑及加重剂，致使井径缩小。
缩径卡钻的主要表现是：遇阻的位置固定，循环时泵压增大，上提困难，下放容易，起出的钻杆接头的上部经常有松软的泥饼。采用低密度低固相低失水的优质钻井液，或混油其中，并在下钻遇阻井段划眼以扩大缩径处的直径，常活动钻具则可有效的预防缩径卡钻。在塑性蠕变地层包括盐层、膏层或含膏岩层、塑性泥岩地层在一定的应力和温度作用下，具有明显的塑性蠕变能力。钻井中如钻井液形成的液柱压力不足以抵抗其塑性变形时，容易迅速产生严重的缩径卡钻。
6）落物卡钻

由于操作不小心，将油抹布、卡瓦牙、吊钳牙或其他小工具掉落井内，卡在井壁与钻具或套管与钻具之间而造成落物卡钻。这种卡钻是显而易见的，只要严格执行操作规程，加强责任心就可避免的。
7）砂桥卡钻

由于在地层或井筒内砂粒的堆积而形成的砂拱或砂塞卡住钻柱的现象称为砂桥卡钻。预防的措施是及时清除“大肚子”井段，对“大肚子”井段加强循环。此外，还有泥包卡钻、钻具脱落卜顿卡钻等类型，由此可以看出卡钻的原因很多，因此，除积极预防卡钻发生外，还要在一旦发生卡钻时进行正确的判断分析，找出卡钻的真正的原因，正确地采取有效措施及时解卡，避免事故进一步恶化。

卡钻事故的处理方法

     卡钻事故发生后，首先要根据上提，下放，转动，开泵循环情况，以及了解到的井眼情况和卡钻前的各种现象进行分析，准确判断出卡钻的原因，再采取相应的措施。但不管哪种性质的卡钻，都要设法调整钻井液的性能，及时清除岩屑，清洗井眼，一般常用以下几种方法进行解卡。
1）浴井解卡
    对于压差卡钻、泥包卡钻、缩径卡钻、沉砂卡钻等情况可以采用浴井解卡。这种方法即是向井内泡油，泡盐水或采用清水循环等方式，泡松粘稠的泥饼，降低粘附系数，减少与钻具的接触面积，减少压差，从而活动钻具解卡。
   在浴井之前，首先要计算出卡点的深度，根据虎克定律，在弹性极限内，钻杆的绝对伸长量与轴向伸长和拉力成正比,而与横截面积成反比，   知道卡点深度后，计算出所需要的泡油量，将其注入到卡钻井段，使粘附等卡钻解除。一般要求注入的原油量要返至卡点以上100m左右，卡点以下钻具全部泡上原油，并使钻杆内的油面高于管外油面。
2）上击、下击解卡
   在钻进中遇到垮塌、粘性、膨胀性等易卡地层，可在钻杆与钻挺之间或在钻挺之间接上震击器，一旦遇卡，便立即上击或下击解卡。起钻中遇卡，如缩径、键槽等引起的卡钻经活动不能解除时，可以在卡点处倒开钻具，再接上震击器，对扣后，下击解卡，然后循环洗井，慢慢上提钻柱，如还不能解卡，可以转动钻具倒划眼轻轻上提。下钻过程中遇阻，未能及时发现而导致卡钻，或较轻的泥饼粘附卡钻时，均可以用上击器向上震击解卡。
3）上提下放和转动钻具解卡
   在循环钻井液洗井的同时配合活动钻具，若卡的很严重时可以得到解决，但活动钻具要针对不同类型的卡钻来进行，如果是沉砂卡钻或井塌卡钻则不能上提钻具，以免卡的更死，那么可以下放和旋转钻具，并设法建立循环，用倒划眼的方法慢慢上提解卡。起钻遇卡(键槽，缩径或泥包卡钻)时，可提到原悬重后猛放钻，切不可猛力上提，以免将钻头卡的更死。下钻遇阻，压得过大而卡钻时，则应用较大的力量上提解卡，对于压差卡钻，可以采取猛提猛放和旋转钻具的方法使粘附卡钻得以解卡。
4）倒扣套铣解卡

遇到严重的卡钻时用以上方法不能解除且不能循环时，现场常用倒扣、套铣的方法来取出井内全部或部分钻具。倒扣是使转盘倒转，将井内正扣钻杆倒出。每次能倒出的钻杆数量取决于井内被卡钻具丝扣松紧是否一致，通常希望从卡点处倒开。对卡点以下的钻具要下套铣筒将钻具外面的岩屑或落物碎屑等铣掉，然后再倒出钻具，这是一种比较复杂的处理方法，费时较长。
5）爆炸倒扣、套铣
这是处理卡钻的一种新倒扣方法。首先测出卡点位置，然后用电缆将导爆索从钻具内送到卡点以上第一个接头处，在导爆索中部对准接头的同时，将钻具卡点以上的重量全部提起，并给钻具施加一定的倒扣力矩，点燃爆炸索使其爆炸；导爆索爆炸时产生剧烈的冲击波及强大的震动力，足以使接头部分发生弹性变形，及时把扣倒开。

    同时，由于导爆索爆炸产生大量的热，使钻杆接头处受热，熔化其中的丝扣油，并产生塑性变形，也有助于卸开丝扣。这种方法具有安全、可靠、速度快、钻具一般不易破坏，不需要反扣钻具和打捞工具等优点，同时加快处理卡钻的速度，但要严格控制炸药量，并合理操作，倒扣后套铣、打捞。
6）爆炸、侧钻新井眼
    当用上述各种方法无效，或卡点很深，用倒扣方法处理很费时间，会使井眼严重恶化时，可将未卡部分钻具用炸药炸断起出，然后在留在井内的钻具顶上打水泥塞，进行侧钻。
    钻井过程中由于遇到特殊地层构造、钻井液的类型与性能选择不当、井身设计等原因都容易造成井下卡钻事故，在钻井中钻井液尤为重要，钻井液的好坏决定了整个钻井成功与否，钻井液中的固相对钻速有较大影响，设清水的钻速为100%，固相含量升高到7%时钻速降为50%。研究表明，固相含量每降1%，钻速至少可提高10%，固相含量越高越易造成井下卡钻事故。