井下复杂情况与井下事故

1、井下复杂情况与井下事故一般情况下，只要处理得当，井下复杂情况会逐步好转并恢复正常。如处理不得当，则问题会更加复杂转化为井下事故。如井漏井塌卡钻一、钻井井下复杂问题（一）原因分析钻井工程存在着大量的隐蔽性、模糊性随机性和不确定性问题。由于对客观情况的 认识不清或主观意识的决策失误，往往会产生许多复杂情况甚至造成严重的事故， 轻者耗费大量人力、物力和时间，重者导致全井废弃。（二）处理原则安全原则快速原则灵活原则经济原则（三）分类井喷（涌）定义：地层流体（油、气和水）无控制连续不断的涌入井筒，喷出地面或侵入其他低压层位的现象原因：在钻头钻透地下高压油气层时，泥浆比重低，泥浆液柱压力低于油气层的自然压

2、 力。遇到漏失层，泥浆漏失。钻透油气层时，起钻速度过快，产生抽汲作用。钻透油气层后，起钻时未及时灌入泥浆，使井内泥浆液面下降，回压降低。没能有效清除泥浆中滞留的气体，继续循环使用，使泥浆气浸严重，降低回压。钻至油气层时，发生井下事故，如断钻具、卡钻等。设备故障，停钻修理。测井时，泥浆静止时间过长等等。发生井喷时如果不能及时平衡和控制地下油气 层的压力，在短时间内井场上就会布满原油和天然气，一遇明火或喷出砂石打在钢铁井架上 迸出的火星，即刻发生大火，严重威胁油田的安全井漏定义：井漏是在钻井、完井及其他井下作业过程中，各种工作液(包括钻井液、完井液、水泥 浆、修井液等)在压差的作用下，流尽地层的一

3、种井下复杂情况。原因：一是地层原因，即在地层沉积、地下水溶蚀或构造活动过程中形成了原始漏失通道， 钻开漏失通道后便会发生漏失。二是钻井施工钻井液当量循环压力大于地层抗破能力(即地层被压实、胶结等成的结 构强度)，或大于地层孔隙、裂缝、溶洞中流体的压力，且漏失通道的开口大于钻井液中固 相的粒径，把钻井液压入了漏失通道而发生漏失。三是施工过程中由于开泵过猛、下钻过快等人为因素造成新的漏失通道而发生漏失。人为漏失通道主要指的是诱导裂缝，大部分是垂直裂缝，其长度可达几十米至几百米，对井 漏产生重要影响。井塌定义：井壁不稳定主要表现为泥页岩的膨胀、剥落、坍塌，泥页岩中的粘土矿物水 化是造成井壁不稳定的因

4、素。原因：内在原因：1）泥页岩所合粘土矿物泥页岩中一般含有蒙脱石、伊利石、高岭石、绿呢石等粘土矿物此外还有石英、长石、 方解石、石灰石等。粘士矿物含量越多，发生地层坍塌的可能性愈大。蒙托石吸水膨胀率高 达90%-100%.而伊利石吸水膨胀率仅有2.5%，混层矿物吸水膨胀率按蒙脱石所占的比例 多少而定.比例大者吸水膨胀较大。粘土矿物膨胀能力的顺序为蒙脱石混层矿物伊利石 高岭石 多泥石。由于粘土矿物吸水膨胀产生的压力，若不加抑制，则会大大的超过岩石 的胶结强度极限而引起井塌。2）可溶性盐页岩中若含有两种可溶性盐类，可能会由于盐在钻井液中的溶解使页岩失掉支撑而塌 落井中3）地层水平应力作用在造山运动

5、中引起的地层隆起而造成的构造，随着地质年代的变迁，岩石矿物转化时常会产生水平应力，且常常由于此种应力未能得到释放集聚于岩石中，一旦钻穿此地层时，应力很 快的释放出来，造成页岩崩落井中。4）地层的构造状态由于构造运动，地层发生局部或区域的断裂、褶皱、滑动和崩塌，上升或下降，导致地层倾 角发生变化，若倾角增大，其稳定性变差。5）高压油气层砂岩油气层是高压的，井眼钻穿之后，在压差的作用下，地层的能量沿着阻力最小的砂岩与 泥页岩的层面释放出来，使交界面处的泥页岩坍塌。6）泥页岩孔隙压力异常泥页岩有孔隙，由于温度、压力的影响，使粘土表面的强结合水脱离形成自由水，在封闭境 内，多余的水排不出去，在孔隙内形

6、成高压。一些生油岩生成的油气运移不出去，也会在裂 隙和孔隙内形成高压。钻开时，由于负压低会引起坍塌。7）地层侧压力及温度地层侧压力等于地层的覆盖压力和泊松比的乘积当地层侧压力大于井壁岩石的屈服极限时， 岩石向井眼内部产生位移而发生井塌。另外，如果底层温度达到某一数值时，岩石中所含的 粘土矿物发生转化，一般情况在3000到5000m石，蒙脱石开始转化成伊蒙混层，再进一 步转化成伊利石。外在原因1）钻井液滤液的大量浸入当钻开易塌岩层时，岩层中所含的粘土矿物就会从钻井液中吸收水分或由于压差的作用 时滤液大量侵入，由于粘土矿物的亲水性，结果使岩层中所含的粘土矿物水化膨胀而坍 塌。2）侵入液的性质钻开易

7、塌地层后，除钻井液滤液的侵入数量产生影响外，滤液性质至关重要。其性质主 要是对页岩的抑制水化特性。在滤液中影响抑制的有:PH值、无机盐的种类与含量、各 种有机处理剂的品种和浓度。3）钻井液的造壁性与流变性4）钻具工程的影响钻具组合不合理:如钻铤直径太大，螺旋扶正器过多，钻具与井壁的间隙太小，起下钻 时易产生压力激动，导致井壁失稳。钻具碰击井壁，钻具刺穿等也会引起井塌:若在易塌井段起钻时，使用转盘卸或者钻进 时转盘转速过快都会产生对井壁剧烈碰击，从而加剧井塌;其次在采用喷射钻井时，钻头停 留在易塌地层循环钻井液时亦可产生较大的冲刷力而冲塌不稳定地层。井身质量：井身质量不好，全角变化率较大，那么在

8、钻井中易出现两种不利后果，其一 是地层应力易于集中，周向应力集合点可能就是页岩剥落的突点其二是在钻进中，旋转的 钻具碰击的几率和强度会大，结果必然会加剧井塌。压力激动过大：有几种情况可以引起井内压力波动，起下钻速度过快，起下钻拔活塞”造成 井内压力失衡，起下钻猛刹猛放，尤其是下钻完初次开泵，钻井液静时间较长，网状结构较 强，流动阻力很大。如果初次开泵过猛、排量过大造成压力激动，钻头泥包产生抽吸作用， 静切力过大和开泵过猛等，这些都不利于井壁稳定。钻井液液柱压力降低:钻井过程中由于起钻不及时灌钻井液或突发性井漏等可导致钻井 液液柱压力大幅度下降，使上部井段液柱压力减少，在地层侧压力的作用下，松散

9、的岩层向 井筒中下方向发生运移，其结果常会由此引起井壁失掉平衡而发生井塌。井斜和方位:钻井施工过程中（尤其是水平井、大斜度井），井斜和方位控制不合理，位于最大水平主应力方向的井眼容易失稳。井喷：井喷后，钻井液受到污染，使液柱压力降低；由于高速油气流的冲刷，破坏了井壁 泥饼，也破坏了周围薄弱的岩层，造成井壁不稳定。缩径定义：粘土质地层、页岩层遇水后分子联结力降低，产生体积膨胀或分散，加之钻井时，泥 浆密度小，造成井壁上径向应力大于井内液柱压力，产生井眼小于钻头直径的现象。缩径阻卡原因：砂砾岩的缩径：砂岩、砾岩、砂砾混层、如果胶结不好或甚至没有胶结物在井眼形 成之后，由于其滤失量大,在井壁上形成一

10、层厚的滤饼，而缩小了原已形成的井眼，如图所示。泥页岩缩径：泥页岩井段一般表现为井径扩大，但有些泥页岩吸水后膨胀，也可使井径 缩小。如表层泥页岩,主要成分为钠蒙脱石，具有较高的含水量，在钻进中易出现塑性变形。未固结的粘土，内摩擦角为零,一旦剪切应力大于胶结强度，便发生塑性变形。在压力异常带的泥页岩，因其含水量和孔隙压都远远超过正常值，也就容易发生塑性 变形。盐膏层缩径盐、骨、泥复合盐层往往是盐、骨、泥相间，互层多且薄，岩性变化大，并含盐膏软 泥岩、碎泥与盐结合物及以盐为胶结物的角砾岩等，往往由盐岩、盐骨、石骨、芒硝、泥岩、 含膏泥岩、灰质泥岩、泥页岩等多种岩性组成。其岩性复杂多变，泥岩层理发育，

11、软泥岩含 水量高，含盐量760%不等。而且，由于沉积环境的不同，产生了富含碳酸盐、硫酸盐的盐岩再加上周期性交互沉积分选差的砂泥岩，形成形形色色的复合盐岩，构成的盐膏岩性质 千差万别，蠕变特性差异很大。盐岩在一定的温度条件下,表现出延展性，而且随着温度的上升而迅速增加。盐岩层的 强度随深度的增加而减小。盐岩层在一定的温度和压力下会发生明显地变形称之谓蠕变，4）深部沉积的石骨层：一般认为在上覆岩层压力下把结晶水挤掉，成为无水石骨。 当钻开时，石骨又吸水膨胀，减弱强度，缩小井径。无水石骨密度为2.9g/cm,含水石骨密度为 2.3g/cm,即无水石膏变为含水石膏时体积要膨胀26%。其他盐类如芒硝、氧

12、化镁、氧化钙 等也具有类似性质。5）原已存在的小井眼：钻头使用后期，外径磨小，形成一段小井眼，舌U刀钻头尤为显著。 有些取心钻头，其外径小于正常钻进的钻头，或者在使用后期外径磨小，也会形成一段小井 眼。如下钻不注意，或扩、划眼过程中发生溜钻,也会造成卡钻。其性质和缩径卡钻一样。6）弯曲井眼:有些井由于下部钻具结构刚性不够,形成弯曲井眼。当下部钻具结构改变， 刚性增强，或者下入外径较大长度较长的套铣工具或打捞工具时，在弯曲井眼处容易卡住。7）地层错动,造成井眼横向位移。由于所钻地层有断层和节理存在,当钻井液滤液浸入断 层面或节理面后,引起孔隙压力的升高，产生了沿断层面或节理面的滑动，导致了井眼的横向 错动。如这一现象发生在下钻之前，则下钻时将会在错动处遇阻;如这一现象发生在下钻之后, 则在起钻至错动位置时会发生遇阻遇卡，其情形就和缩径差不多,但却不是缩径，严重的错动 将会立即把钻具卡住8）将大一级的钻头下入小一级的井眼中。9）钻井液性能发生了较大的变化:如钻遇石骨层、盐岩层、高压盐水层，滤失量增加, 粘度、切力增加，滤饼增厚。或者为了堵漏,大幅度地调整钻井液性能,都很容易形成假滤饼, 使某些井段的井径缩小。井斜定义：过井眼轴线上某点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线， 井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。原因：一是地质方面的因素。沉积地层由于