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          探礦工程在線 > 正文

          坍塌卡鉆發生的原因及處理對策

          發布時間:2020年09月15日
          來源:石油人公眾號(2020-09-13)

          坍塌卡鉆是井壁失穩造成的,是卡鉆事故中性質最為惡劣的一種事故。因為處理這種事故的工序最復雜,耗費時間最多,處理風險最大,甚至有全井或部分井眼報廢的可能,所以在鉆井施工過程中應盡量避免這種事故的發生。

          地層坍塌的原因:

          1、地質方面的原因

          A、原始地層應力的存在。我們知道,地殼是在不斷運動的,在不同的部位形成不同的構造應力(擠壓、拉伸、剪切),當這些構造應力超過巖石本身的強度時,便產生斷裂而釋放能量。但當這些構造應力的聚集尚未達到足以使巖石破裂的強度時,它是以潛能的方式儲存在巖石之中,當遇到適當的條件時,就會表現出來。此時,地層中任何一點的巖石都受到來自各個方向的應力作用。當地層被鉆穿之后,鉆井液液柱壓力代替了被鉆掉的巖石所提供的原始應力,當鉆井液液柱壓力不能平衡地層的側向壓力時,裸露地層就向井眼內剝落或坍塌。

          B、地層的構造狀態。處于水平位置的地層其穩定性較好,但由于構造運動,發生局部的或區域的斷裂、褶皺、滑動和崩塌、上升或下降,使得本來水平的沉積巖變得錯綜復雜起來,大多數地層都保持一定的傾角,隨著傾角的增大,地層的穩定性變差,60度左右的傾角穩定性最差。

          C、巖石本身的性質。沉積巖中最常見的是泥頁巖、砂巖、礫巖、石灰巖等。由于沉積環境、礦物組分、埋藏時間、膠結程度、壓實程度不同而各具特性。鉆井過程中易坍塌的地層有:未膠結或膠結不好的砂巖、礫巖、砂礫巖;破碎的凝灰巖、玄武巖;節理發育的泥頁巖;斷層形成的破碎帶;未成巖的地層,如煤層、流砂層等。

          2、物理化學方面的原因:

          鉆井多是在沉積巖中進行的,而沉積巖中70%以上是泥頁巖。泥頁巖都是親水物質,不同的泥頁巖其水化程度及吸水后的表現有很大的不同,泥頁巖吸水后,強度直線下降,這是泥頁巖井段坍塌的主要原因。

          3、工藝方面的原因:

          地層的性質及應力的存在是客觀事實,不可改變。所以人們只能從工藝方面采取措施防止地層坍塌,如果對坍塌層的性質認識不清,工藝方面采取的措施不當,也會導致坍塌的發生。例如:鉆井液液柱壓力不能平衡地層壓力;井斜的影響;鉆具組合的影響;泥漿液面下降的影響等。

          井壁坍塌的征兆:

          A、在鉆進過程中發生坍塌:如果是輕微的坍塌,則使泥漿性能不穩定,密度、黏度、切力、特別是含砂量要升高,返出巖屑增多,可以發現許多棱角分明的片狀巖屑。如果坍塌層是正鉆地層,則鉆進困難,泵壓上升,轉盤扭矩增大,鉆頭提起后,泵壓正常,但鉆頭放不到井底。如果坍塌層在上邊,則泵壓升高,鉆頭提離井底后,泵壓不降,且上提下放都的阻力,甚至井口泥漿返出流減少或不返泥漿。

          B、起鉆時發生井塌:正常情況下,起鉆時是不會發生井塌的,但在發生井漏后,或在起鉆過程中未灌泥漿或少灌泥漿,則隨時有發生井塌的可能。井塌發生后,上提遇卡,下放遇阻,而且阻力越來越大,鉆具可以轉動,但扭矩增加,開泵泵壓上升,懸重下降,井口流量減少甚至不返泥漿,停泵后有回壓。起鉆時鉆桿內返噴泥漿。

          C、下鉆發生井塌:井塌發生后,由于泥漿的懸浮作用,塌落的巖屑沒有集中,下鉆時可能不遇阻,但井口不返鉆井液,或者鉆桿內返噴泥漿。如果塌落的巖屑集中,則下鉆遇阻,當鉆頭未進入塌層之前,開泵泵壓正常,當鉆頭進入塌層之后,則泵壓升高,懸重下降,井口反出量減少或不返泥漿,但鉆頭一提離塌層,則一切恢復正常。向下劃眼時,雖然阻力不大,但泵壓忽大忽小,有時會突然升高,懸重也隨之下降,井口返量也呈現忽大忽小的狀態,有時甚至不返泥漿。從返出的巖屑中可發現帶棱角的巖塊和經長期研磨而失去棱角的巖屑。

          D、劃眼情況不同:如果是縮徑造成的遇阻,經一次劃眼即恢復正常,如果是坍塌造成的則劃眼時經常蹩泵、別鉆,鉆頭提起后放不到原來的位置,甚至越劃越淺。搞得不好,還會劃出一個新眼。

          井壁坍塌的預防:

          A、采取適當的工藝措施:設計合理的井身結構。表層套管應封掉上部的松軟地層,因為這些地層容易坍塌,對鉆井液液柱壓力的反應最敏感;要用套管封隔已知的漏層。因為鉆遇這些地層,往往是鉆井液有進無出,必然引起上部地層的大段坍塌;在同一裸眼井段內不能讓噴、漏層并存。因為在這種情況下,防噴則漏,防漏則噴,無論噴、漏,都會引起地層坍塌。

          B、要盡量減少套管鞋下口袋長度,因為較長的口袋是下部巖屑的儲藏所,同時也容易引起水泥環脫落。

          C、調整泥漿性能使其適應所鉆地層:對于未膠結的礫石層、砂層,應使鉆井液有適當的密度和較高的黏度和切力;對于不穩定的裂縫發育的泥頁巖、煤層、泥煤混層,應使鉆井液有較高的密度和適當的黏度、切力和較小的失水量,這樣,一方面減少或防止地層的坍塌,另一方面也可以把坍塌的巖塊攜帶到地面,防止巖屑沉淀堆集成砂橋;要控制鉆井液的PH值在9左右,可以減弱高堿性對泥頁巖的強水化作用;采用鉆井液內混油的辦法,如混入原油、柴油、白油等,因為泥頁巖都是親水的,而非親油的,混入油類后會降低黏土的吸附力,因而可以抑制泥頁巖因親水而膨脹;適當提高鉆井液的礦化度,使之與泥頁巖中的水礦化度相當或稍高,減少滲透壓,降低井壁處泥頁巖的含水量和孔隙壓力,使泥頁巖強度增加;促進有得于泥頁巖穩定的離子交換作用,泥頁巖中的Na離子是引起黏土水化的主要根源,如果在鉆井液中加入鉀、Ca等離子,與泥頁巖中的Na離子進行交換,就可以有效的降低泥頁巖的膨脹壓。

          D、保持鉆井液液柱壓力:起鉆時連續灌漿,保持井內液面不降;停式或測井時應有專人觀察井口,即時往井內灌泥漿;鉆柱或套管柱下部裝有回壓閥時要定時向管柱內灌漿,防止回壓閥擠壞,而使泥漿倒流,把井壁抽塌;如果管柱內外壓力不平衡,停泵后立管有回壓,不能放回水,也不能接方鉆桿接單根,因為這樣會使環空泥漿倒流,致使環空液柱壓力降低。

          E、減少壓力激動:控制起鉆速度,特別是鉆頭泥泡或扶正器泥泡的情況下,上提鉆柱時,井口液面不降或外溢,通俗叫法拔活塞,這是很危險的,應立即停止起鉆,接方鉆桿開泵循環鉆井液,消除泥泡,如果消除不了,應該邊循環邊起,待起出小井徑段后,再正常起鉆;下鉆后或鉆方鉆桿后不宜開泵過猛,排量應由小到大,待泵壓正常后,再進行下步動作,復雜井、深井等應分段循環。

          F、要有意識地保護薄弱地層:對于結構薄弱或有裂縫的地層,鉆進時要控制循環壓力,起下鉆通過這些地層時要嚴格控制速度,減少對地層的外力干擾。

          G、不可長期停止循環:如因故停鉆,泥漿在井內靜止的時間不可過長。

          H、負壓鉆進時,尤其要注意液柱壓力,液柱壓力不能小于裸眼井段某些地層的坍塌壓力,否則,應將這些地層用套管封隔。

          坍塌卡鉆的處理:

          坍塌卡鉆以后可能有兩種情況,一種是可以小排量循環,一種是根本建立不起循環。往往有這種情況,在發生嚴重井塌之后,不能循環但能轉動,上下也有一定的活動距離,但活動距離越來越小,轉動扭矩越來越大,說明砂子越擠越死,最終非卡死不可。此時就不應以轉動來求解脫,要嚴格控制扭矩,為倒扣留一條后路。此時應分析坍塌的是鉆具上部還是下部,如果塌的是鉆具下部,最好把鉆具提卡,立即倒扣,如果倒得好,可以把卡點以上的鉆具全部倒出。要知道,坍塌發生后的初期階段掩埋的鉆具并不多,且砂子比較疏松,但隨著時間的延長,砂子越集越多,越集越實,卡點會迅速上移,而且上部鉆具粘卡我危險性越來越大,因此,只要確定是鉆具下部坍塌,就應及早倒扣。倒扣的時間越旱,可能倒出的鉆具越多,給下步處理留下的困難越小。

          但是坍塌卡鉆的部位往往是上部松軟地層,下部鉆具并未埋死,可是鉆具失去活動以后,就有粘卡的可能,形成上部坍塌卡下部粘卡的復式卡鉆,此時就不應盲目倒扣,因為你倒出的鉆具不可能很多,如果鉆頭水眼被堵死,可能形成一卡到底的局面,而且下部粘卡井段,你要套銑的不是塌塊,而是地層,井越深,地層越硬,套銑越困難,最后不得不被迫放棄。此時就應該為下部容易處理假造條件,首先下炸彈把鉆頭炸掉或把鉆鋌炸裂,為以后恢復循環假造條件,當上部井眼套通之后只要能恢復循環,就可以按粘吸卡鉆處理了,如果不事先進行爆炸,在套銑過程中,鉆頭水眼肯定會被堵死,以后要想循環是不可能的。也有人提出不爆炸而進行射孔是否能行?實踐證明,鉆鋌上是射不開孔的,即使能射開,射孔的孔眼也很容易堵死,沒有一點實用價值。也有人設計了通開水眼的工具和辦法,但那只能是局部通開,一向般100米左右,而且工序繁瑣,非常浪費,不如爆炸來得一勞永逸。

          下一步只能是套銑倒扣了,在松軟地層宜采用長筒套銑,目前為了加快處理速度都是采用反扣套銑筒內接反扣公錐或倒扣接頭,使套銑與倒扣一趟鉆完成。較硬地層,宜減少套銑筒長度,盡量減少套銑過程中的失誤。套銑至扶正器時,宜下震擊器震擊解卡,因為大量事實證明,扶正器以下很少有砂子堆積,沒有必要去做磨銑扶正器的工作。如果要套銑扶正器,也不能全面套銑,應套銑扶正條根部,因為扶正器上的硬質合金,鑲裝在扶正條的表面,其根部并無硬質合金,是比較容易套銑的。這就是“避實擊虛、避硬吃軟”的辦法。剝離的扶正條仍在井內,等鉆鋌倒出后,再磨銑打撈。

          [責任編輯:dc]

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