钻井工程事故的预防与处理

1、钻井工程事故的预防与处理,1 发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则 2 事故的种类、发生的原因及预防与处理 3 处理事故中的主要工具 4 处理钻井工程事故中应主要关注的问题,目 录,前言,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，钻井的对象是地层岩石，目标是找油找气。钻井作业中，由于对地壳内的岩层的认识局限（客观因素）或技术因素（工程因素）以及作业者的失误（人为因素），会发 生许多井下复杂情况和严重的井下事故，轻者耗费大量人力、财力和时间，重者将导致油气资源的浪费和全井的废弃。据统计，处理井下复杂情况和钻井事故的时间，约占钻井总时间的3%-8%。因此，避免或减少井下事

2、故是提高钻井速度，降低钻井成本的重要途径；预防和处理好井下事故是钻井工程技术人员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,造成井下复杂与事故的因素 地质因素 工程因素 复杂与事故的诊断 井下复杂情况诊断 井下事故诊断 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,1、发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则,造成井下复杂与事故的因素,地质因素,1、发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则,造成井下复杂与事故的因素,工程因素,1、发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则,复杂与事故的诊断,井下复杂情况诊断,1、发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原

3、则,复杂与事故的诊断,井下事故诊断,1、发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则,井下复杂与事故的处理原则,安全原则,井下复杂与事故多种多样，处理方法、处理工具多种多样。总的原则是“安全第一”，安全原则要贯穿于事故处理全过程。制订处理方案、技术措施、下井工具的选择应有周密的策划。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。要使事故在处理过程中逐渐减轻。使用的工具要下得去，用得上，能起出。技术人员应熟知各种工具的结构及使用方法,1、发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则,井下复杂与事故的处理原则,快捷原则,复杂与事故随着时间的推移而恶化，

4、尤其是卡钻事故与井喷事故，不能延误时间。快捷原则体现在尽快制订处理方案，迅速组织处理工具，加快处理进度，减少停工。有几套处理方案时应优选最有把握、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，必然会影响士气，更容易出问题。要做到处理一次，有一次收获,1、发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则,井下复杂与事故的处理原则,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。要认真收集现场第一手资料，特别是操作者提供的直接信息。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。要使处理方案切合实际，减

5、少经济损失,1、发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则,井下复杂与事故的处理原则,经济原则,要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，若处理时间过长，费用太高，应停止处理，另想其它办法，比如移井位或原井眼填井侧钻等。 事故处理费用包括：预计事故处理时间的钻机日费；处理事故需用的井下工具、钻具租赁费；处理事故消耗的材料费；技术服务费或其它费用。 移井位费用预算：搬迁费；钻前工程费；报废进尺费。 填井侧钻费用预算：技术服务费（打水泥塞费、测井费、侧钻工具与人工费等）；材料费；钻达事故井深的时间费用,卡钻事故 卡钻事故发生的原因、预防与处理 卡钻事故处理通则 卡钻事故

6、处理程序 钻具断落事故 井下落物事故 下套管作业中的复杂与事故 注水泥作业中的复杂与事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,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。由于造成卡钻的原因不同，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、落物卡钻和钻头干钻卡钻等,卡钻事故发生的原因、预防与处理,卡钻事故一般发生在钻进、接单根、循环钻井液和起下钻过程中。为了对比各种不同卡钻的主要特征、发生原因、预防措施和处理方法，将8种不同性质的卡钻列入下面的表中,卡钻事故,2、事故的种类、发生

7、的原因及预防与处理,卡钻事故发生的原因、预防与处理 （粘吸卡钻,卡钻事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,卡钻事故发生的原因、预防与处理 （坍塌卡钻,卡钻事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,卡钻事故发生的原因、预防与处理 （砂桥卡钻,卡钻事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,卡钻事故发生的原因、预防与处理 （缩颈卡钻,卡钻事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,卡钻事故发生的原因、预防与处理 （键槽卡钻,卡钻事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,卡钻事故发生的原因、预防与处理 （泥包卡钻,卡钻事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,卡钻事故发生的原

8、因、预防与处理 （落物卡钻,卡钻事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,卡钻事故发生的原因、预防与处理 （钻头干钻卡死,卡钻事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,卡钻事故处理通则,卡钻事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,卡钻事故发生后，应首先考虑为解除事故创造哪些条件？ 维持钻井液循环，保持井筒畅通。 卡钻后，一旦水眼或环空被堵，循环丧失，就加重了事故处理的难度。 保持钻柱的完整性。 卡钻后，在提拉、扭转钻柱时，不能超过钻杆的允许拉伸负荷和允许扭转圈数。一旦钻杆被拉断和扭断，会使卡钻事故恶化。 切忌将钻杆螺纹扭得过紧。 联接螺纹过紧，将会给倒扣作业造成困难，更可能使打捞

9、工具损坏，延长处理时间,卡钻事故处理程序,卡钻事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,不同性质的卡钻事故，一般遵循以下6个处理程序： 一通，保持水眼畅通，恢复钻井液循环； 二动，活动钻具，上下提拉或扭转，以提拉为主； 三泡，注入解卡剂，对卡钻部位进行浸泡； 四震，使用震击器震击（单独震击或泡后震击）； 五倒，套铣、倒扣； 六侧钻，在鱼顶以上进行侧钻,卡钻事故处理程序之一,卡钻事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,卡钻事故处理程序之二,卡钻事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,钻具断落事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,钻具断落事故是钻井作业中常见的事故之一。若井

10、况正常，处理也容易，成功率较高。若井筒条件差，井况复杂，可伴随卡钻事故发生，处理不慎，也会造成复杂事故。钻井作业中常见的钻柱事故与处理方法见下面的表,钻具断落事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,钻具断落事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,井下落物事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,井下落物是指碎小的不规则或没有打捞部位或无法与打捞工具连接的落物，如牙轮、刮刀片、手工具等。这些落物掉到井底，给钻头正常钻进造成困难，蹩坏牙齿或刀片。掉到钻头或钻具稳定器上可直接造成阻力，起下钻挂卡。当嵌入井壁后，起下钻随时掉入井底或钻头上部，成为隐患。钻井中常见的井内落物事故与处理方法

11、见下面的表,井下落物事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,井下落物事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,下套管作业中的复杂与事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,套管事故是指在下套管作业过程中或套管串部件满足不了正常工艺要求以及注水泥后套管本体失效等影响油井寿命和正常工作的缺陷。 下套管作业中最常见的复杂与事故是卡套管，循环梗阻、循环失效、套管挤毁、套管断裂和套管泄露等6方面问题。这些复杂与事故产生的原因、预防与处理方法见下面的表,下套管作业中的复杂与事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,下套管作业中的复杂与事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,注水泥作

12、业中的复杂与事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,注水泥作业是建井过程中最后也是最主要的一道工序。它关系到一口井的质量与寿命。钻井技术工作者对注水泥作业应给予极大的关注，不容许有任何疏漏。但由于地层因素、管材、器材质量以及技术因素等造成注水泥作业产生漏失、蹩泵、不碰压、窜槽和漏封等复杂和事故发生。这些复杂与事故的主要原因与采取的措施见下面的表,注水泥作业中的复杂与事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,注水泥作业中的复杂与事故,2、事故的种类、发生的原因及预防与处理,3、处理事故中的主要工具,震击解卡工具 震击器的结构特点 震击解卡工具的种类 震击器的工作原理 震击器的操作技术

13、倒扣、切割工具 套铣工具 打捞井内钻具断落工具 井底落物打捞工具,震击解卡工具,3、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,震击器的结构特点,3、处理事故中的主要工具,震击解卡工具的结构特点是： 能提供循环钻井液的通道，满足事故处理工艺要求； 能传递扭矩、心轴与外筒之间不能有周向运动； 必须有寿命可靠的密封，保

14、持持久的工作能力； 要有承受高压高温提供高速运动的储能机构； 要有强度极高的震击偶（撞击锤与震击垫）； 具有调节动载的调节机构； 工具两端具有与钻柱联接的螺纹,震击器解卡工具的种类,3、处理事故中的主要工具,震击解卡工具的种类，根据用途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，根据原理不同分为液压震击器与机械震击器，根据作用力方向不同分为上击器与下击器等。 常用的震击解卡工具的工作原理与使用方法见下面的表,震击器解卡工具的种类,3、处理事故中的主要工具,震击器解卡工具的种类,3、处理事故中的主要工具,震击器的工作原理,3、处理事故中的主要工具,液压上击器的工作原理

15、,目前现场使用的上击器利用液压式的居多，即利用液缸内活塞运动的阻尼将上部钻柱伸长，将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,震击器的工作原理,3、处理事故中的主要工具,液压上击器的工作原理,随钻液压上击器工作原理示意图,震击器的工作原理,3、处理事故中的主要工具,液压上击器的工作原理,液压解卡上击器工作原理示意图,震击器的工作原理,3、处理事故中的主要工具,液压上击器的工作原理,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。 拉伸向上提拉钻柱，活塞下滑，

16、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。 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。 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,震击器的工作原理,3、处理事故中的主要工具,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。机械下击器（摩擦卡瓦副）的工作原理见右图。 卡瓦接触受力，卡瓦心轴带动卡瓦移至限位点（可调节震击吨位）。 摩擦

17、卡瓦棱带接触，心轴继续移动，钻柱变形（拉伸或压缩）提供了摩擦卡瓦变形的摩擦力，储存能量迫使卡瓦棱带胀大。 变形能释放，当心轴的棱带通过卡瓦棱带后（滑脱）钻柱突然收缩，向下或向上撞击，将震击力传递给卡点,摩擦卡瓦副工作原理示意图,震击器的操作技术,3、处理事故中的主要工具,随钻震击器,联结在钻柱中和点以上，震击器以下钻铤在钻井液中的重量应大于设计钻压，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。 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。 震击器以上的钻铤和工具接头的外

18、径不应大于震击器的外径，震击器的外径应小于或等于下部钻铤的外径，以防止震击器以上的钻柱被卡。 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。 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。 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。 震击器起出地面时，呈拉开状态，应清洗干净，装好心轴卡箍,震击器的操作技术,3、处理事故中的主要工具,解卡液压上击器,解卡液压上击器，应尽可能靠近卡点

19、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。 震击器操作过程同随钻上击器,震击器的操作技术,3、处理事故中的主要工具,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。但是不同的是地面震击器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。另一个区别是地面震击器的调节震击力在地面执行，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

20、转动一圈,机械上击器,地面下击器,震击器的操作技术,3、处理事故中的主要工具,机械上击器与地面下击器,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。 自由段钻柱上提后的伸长量，不得超过工具的工作行程。 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。 使用机械上击器与地面下击器，均不能给工具施加扭矩,倒扣、切割工具,3、处理事故中的主要工具,倒扣或切割是在浸泡、震击之后仍不能解除卡钻的条件下进行的下一步处理事故程序。外切割和倒扣一般用于被卡的钻柱或钻铤，而内切割一般用于管径较大的被卡管柱，如套

21、管等。 自由段管柱的倒出一般采用原管柱转盘倒扣或测卡点后爆炸松扣。后一种方法能将卡点以上的自由段管柱尽可能多的倒出来。 对被卡管柱只能采用正扣钻杆套铣，使用反扣钻杆带反扣公锥倒扣。常用于倒扣与落鱼切割的井下打捞工具见下面的表。 倒扣工具有测卡仪、爆炸松扣、反扣钻杆、倒扣接头、倒扣捞矛与倒扣打捞筒等，其结构、原理、使用方法，详见参考书钻井事故与复杂问题第一章第十一节,倒扣、切割工具,3、处理事故中的主要工具,倒扣、切割工具,3、处理事故中的主要工具,套铣工具,3、处理事故中的主要工具,常见的套铣工具有铣鞋，铣管，防掉接头，套铣倒扣器和套铣防掉矛。其结构特点与使用方法见下面的表,套铣工具,3、处理

22、事故中的主要工具,套铣工具,3、处理事故中的主要工具,打捞井内钻具断落工具,3、处理事故中的主要工具,打捞井内钻具断落工具,3、处理事故中的主要工具,井底落物打捞工具,3、处理事故中的主要工具,井底落物打捞工具,3、处理事故中的主要工具,4、处理钻井工程事故中应主要关注的问题,探鱼顶 井内安全问题 处理事故中的有关计算 卡点位置计算 压差卡钻程度的计算 上击器震击动载计算 下击器震击动载计算 钻柱在井筒内自由降落时的速度与对井底冲击力计算 处理井下事故常用的钻柱结构,探鱼顶,4、处理钻井工程事故中应主要关注的问题,钻具折断或掉落井内，探鱼顶时，往往与计算鱼顶有很大误差，不仔细分析，可能会得出错

23、误结论，延误事故处理时机。 引起鱼顶误差主要原因有两方面： 一是打捞钻柱与原钻柱结构不同，自重变形量不一致。更主要的是折断后的钻柱在井内的受力状态变化。断落点以上的钻柱，由于下部钻柱重量卸载、变形量减少、钻柱收缩、断点上移。而下部落鱼自重失稳产生弯曲和压缩变形、断点下移。井越深断点越靠近井口，鱼顶误差越大，断点靠近钻头误差最小。具体情况应具体分析。不能误判,井内安全问题,4、处理钻井工程事故中应主要关注的问题,在制定事故处理方案时，对井下安全应考虑周全。 入井钻具要下得去，能起出，不能事故上再加事故。所有打捞工具均应连接在安全接头之下。 入井工具全部检查并绘图（外形尺寸与打捞尺寸）。 在打捞钻

24、柱中一律不许加入稳定器。 大钻具尽可能少用。 螺纹连接必须紧固，起钻时不能用转盘卸扣。 处理卡钻前（提拉、扭转）一定要严格检查绞车、滚筒、钢丝绳、刹车、传动系统、指重表、扭矩表等记录仪表。 保护好井口，起钻后盖好，高压井应有专人观察井口。 使用震击解卡工具，应严格遵守操作规程，根据井内钻具现有质量，确定提拉或下放吨位。及时调节工具的震击吨位。切忌强扭硬拉，一定要保证在钻柱的强度范围内,处理事故中的有关计算,4、处理钻井工程事故中应主要关注的问题,在处理事故中，钻井工程技术人员为了更准确判断井下情况，合理使用打捞工具，分析或估计打捞效果，须进行必要的计算，必须做到心中有数。在计算时这些公式或模式

25、都是理论上的或理想化的，只能做参考，因井下情况复杂，某些影响因素无法准确考虑。但计算是必要的，不能因存在误差而否定必要的计算,处理事故中的有关计算,4、处理钻井工程事故中应主要关注的问题,卡点位置计算,卡点深度（自由段钻柱长度,计算出来的卡点位置在现场有时存在较大误差，其原因是： 钻柱的横截面积A是不确定的，磨损后管的内外径都有变化，而且每根管壁厚度都不一样； 未考虑钻杆接头的影响，钻杆接头部分为加厚管，约占钻杆长度的0.81.0%，影响计算精度； 指重表误差，井壁摩擦力等影响拉力值的精确度。 实际上，现场将井内被卡钻柱认定为钻铤部位，即浸泡时注入量以大钻柱为目标,处理事故中的有关计算,4、处

26、理钻井工程事故中应主要关注的问题,压差卡钻程度的计算,滤饼性质影响卡钻程度，其影响主要表现在三方面：一是虑饼的摩阻系数，二是虑饼的厚度，影响钻柱的接触面积，三是虑饼的渗透性，影响压力传递； 接触面积A与井眼尺寸、钻柱外径有关，相同井眼尺寸内，钻柱外径越大，接触面积越多，井斜角大，钻柱与井壁接触几率也越大，卡钻也容易发生； 压差 ，压差越大，卡钻程度越严重，加重钻井液容易造成卡钻的原因是在压差的作用下容易将钻柱推向井壁，造成卡钻,处理事故中的有关计算,4、处理钻井工程事故中应主要关注的问题,压差卡钻程度的计算,按公式中的表述，当压差pm-pd=0时，不存在卡钻，因F=0。浸泡卡钻原理，除降低（滤饼的）摩阻系数外，也可降低压差减少卡钻程度。因此，此公式很有指导意义。但是在某些条件下，压差不大或负压时，也发生井壁卡钻，原因在哪里？ 将井壁卡钻的主因归结为压差，称为压差卡钻。将井壁卡钻的主因归结为虑饼性质，称为粘吸卡钻。所谓粘吸卡钻，就是由水基钻井液中负电分散体系（粘土以及处理剂的负电水化效应）与钻柱表面游离的铁离子正电荷的相互吸引而产生的粘吸卡钻。压差是条件，根本原因是粘吸，如改变钻井液体系，即使存在压差，井壁卡钻的几率也将大大减小。 公式中接触面积A，若A=0，则F=0，即钻柱不与井壁接触，虽然接触，不给