孫慶春，趙利鋒，劉 濤

(1．西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安710065;2．中石化華北石油工程有限公司五普鉆井分公司，河南 新鄉(xiāng)437000;3．中國人民解放軍68612部隊(duì)，寧夏銀川750021)

0 引言

鉆井工作是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的工作，需要面對(duì)復(fù)雜多變的地層和各種各樣的復(fù)雜情況，如何解決已經(jīng)發(fā)生的井下復(fù)雜情況，如何預(yù)防井下復(fù)雜情況的發(fā)生是鉆井工作者永遠(yuǎn)的難題。隨著大牛地氣田施工的水平井逐漸增多，在水平井施工中發(fā)生的井下復(fù)雜情況也有所增加。DPT－305井就是布置在鄂爾多斯盆地伊陜斜坡構(gòu)造東北部的一口水平生產(chǎn)井，設(shè)計(jì)井深4222.63 m，該井于2014年7月9日開鉆，9月2日完鉆，177.8 mm技術(shù)套管下深3002.00 m，完鉆井深4302.00 m，水平段長1300 m，完鉆層位太原組太2段，地層巖性為灰白色中砂巖。在完鉆通井過程中發(fā)生卡鉆，對(duì)施工周期與材料消耗影響巨大。本文通過本次卡鉆的處理來討論水平井卡鉆的處理及預(yù)防。

1 DPT－305井通井卡鉆事故情況

DPT－305井完鉆后組合雙螺旋單扶正器鉆具下鉆通井，扶正器結(jié)構(gòu)見圖1。通井鉆具結(jié)構(gòu):152.4 mm PDC鉆頭+88.9 mm加重鉆桿×1根+148.5 mm單扶+88.9 mm加重鉆桿×2根+88.9 mm鉆桿串。

圖1 扶正器結(jié)構(gòu)

鉆頭出套管后下鉆至3086.00 m遇阻，反復(fù)上提下放活動(dòng)后通過。下至3124.00 m遇阻，接方鉆桿開泵劃眼至井深3128.75 m后卸方鉆桿繼續(xù)下鉆，下鉆至井深3193.99 m遇阻，接方鉆桿開泵正常，上提遇卡，上提至1200 kN(由于鉆具老化故未繼續(xù)加大上提噸位，以防止事故復(fù)雜化)，下放至200 kN不能解卡(原懸重620 kN)，鉆具卡死。扶正器位置3181.92～3183.47 m。

卡鉆時(shí)鉆井液性能為:粘度45 s，密度1.23 g/cm3，失水量5 mL/30 min，泥皮厚度0.2 mm，含砂量0.3%，pH值9，10 s靜切力2 Pa，10 min靜切力 4 Pa，塑性粘度 24 mPa·s，動(dòng)切力 8 Pa，坂土含量42%，固相含量9%。

2 卡鉆原因分析

(1)卡鉆井段巖性為砂巖，砂巖致密、堅(jiān)硬，井徑擴(kuò)大率小，鉆井液中固相含量高、泥皮厚，形成小井眼。通井鉆具中扶正器含有雙螺旋扶正塊，組合剛性強(qiáng)，進(jìn)入小井眼段發(fā)生卡鉆，在卡鉆初期由于操作不當(dāng)，上提下放噸位大，導(dǎo)致卡點(diǎn)附近被壓實(shí)，后期處理困難。

(2)由于重力作用，水平井段巖屑出現(xiàn)向井壁徑向沉降的趨勢。由于偏心環(huán)空流速的不均勻，即寬間隙處阻力小，流速快;窄間隙處阻力大，流速小，使巖屑易沉向下井壁且不易清除，在水平段鉆進(jìn)中形成巖屑床［1］。使鉆具下部的扶正器產(chǎn)生相當(dāng)大的扭矩以及上提下放困難。隨著下鉆發(fā)生巖屑床的滑移、堆積最終導(dǎo)致卡鉆。

(3)在3032.00～3061.00和3076.00～3104.00 m兩段，地層巖性為灰黑色泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤層，鉆頭出套管后即出現(xiàn)了遇阻現(xiàn)象，但是沒有被重視，3086.00 m遇阻后進(jìn)行劃眼，劃過后沒有循環(huán)攜巖，加之循環(huán)的排量偏小，導(dǎo)致繼續(xù)下鉆時(shí)巖屑在鉆頭與扶正器之間堆積。

3 卡鉆事故處理經(jīng)過

發(fā)生卡鉆事故后，現(xiàn)場采取了以下不同的處理措施及方法。

(1)調(diào)整泥漿性能同時(shí)強(qiáng)力活動(dòng)鉆具。發(fā)生卡鉆后，通過提拉法，在計(jì)算中消除摩阻力影響測卡［2］的方法，計(jì)算出卡點(diǎn)在扶正器以前靠近扶正器位置，調(diào)整鉆井液性能并采用17.6 L/s的排量循環(huán)，同時(shí)上提最大1240 kN、下放至400 kN，并輔助扭轉(zhuǎn)25圈的辦法進(jìn)行活動(dòng)鉆具均無效果。調(diào)整后鉆井液性能為:粘度38 s，密度1.18 g/cm3，失水量5 mL/30 min，泥餅厚度0.2 mm，含砂量0.2%，pH值9，10 s靜切力2 Pa，10 min 靜切力4 Pa，塑性粘度20 mPa·s，動(dòng)切力7 Pa，坂土含量40%，固相含量9%。

(2)泡酸。鉆井液濾餅中含有碳酸鹽成分，通過鹽酸溶解濾餅中碳酸鹽，從而破壞被卡鉆具與井壁之間的填充物［3］。為了測試鹽酸與濾餅反應(yīng)程度，現(xiàn)場取濃度為6%、8%、10%的鹽酸進(jìn)行浸泡試驗(yàn)。通過試驗(yàn)，濃度越高，反應(yīng)越快越徹底，考慮到產(chǎn)生的CO2氣體和施工安全性，選定8%鹽酸，根據(jù)計(jì)算先后注入8%的鹽酸2次，每次1.8 m3，浸泡井段3134.00～3193.99 m，每2 h頂漿0.28 m3并上下活動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤。浸泡24 h后未能解卡，循環(huán)泥漿頂替出鹽酸，替出鹽酸渾濁，攜帶出大量泥皮。鹽酸pH值約為6，判斷鹽酸浸泡已經(jīng)清理了卡點(diǎn)附近泥皮，隨即大排量循環(huán)，并上下活動(dòng)鉆具、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤但無效果。

(3)浸泡解卡劑。泡解卡劑前現(xiàn)場做了解卡劑泡泥餅小型試驗(yàn)。浸泡針對(duì)鉆頭、扶正器及以上幾根鉆桿，解卡劑配方:柴油2.08 m3+解卡劑0.12 m3，浸泡井段3144.00～3193.99 m。浸泡期間采取上提、下放、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤等方式活動(dòng)鉆具，最高施加扭矩33.39 kN·m，24 h后循環(huán)替出解卡劑時(shí)，解卡劑與鉆井液混合不易區(qū)分，無效。

(4)降壓解卡+重力塞攜帶。泵入清掃液30 m3(密度1.03 g/cm3)+重漿5 m3(密度1.40 g/cm3)，至清掃液完全充盈鉆具內(nèi)環(huán)空之后靜止。降低內(nèi)外環(huán)空壓差，釋放因?yàn)閮?nèi)外環(huán)空壓差把鉆具壓到井壁上的力［4］。靜止結(jié)束后泵入重漿的同時(shí)排量提至19.8 L/s，由于輕重漿的密度差，提高清掃液的環(huán)空反速，從而提高清掃液在井底時(shí)的沖刷效果，同時(shí)上下活動(dòng)鉆具并轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，無效。

(5)對(duì)轉(zhuǎn)盤施加扭矩36.73 kN·m后用鋼絲繩固定轉(zhuǎn)盤與方補(bǔ)心，固定好之后在900～400 kN上下活動(dòng)鉆具，每次活動(dòng)距離在0.5～1.0 m之間。判斷由于鉆具貼合下井壁，扭矩很難傳遞到卡點(diǎn)位置，即便每次活動(dòng)鉆具都會(huì)使扭矩向下傳遞，但是防止方補(bǔ)心離開轉(zhuǎn)盤面造成危險(xiǎn)，一旦上提勢必先釋放扭矩。因此把方補(bǔ)心固定于轉(zhuǎn)盤之上，可以使扭矩逐步傳遞到卡點(diǎn)位置。在活動(dòng)鉆具的同時(shí)，往鉆桿內(nèi)替入密度1.03 g/cm3的輕漿，以降低鉆具內(nèi)液柱壓力，造成內(nèi)外環(huán)空壓差以圖解卡，2 h之后打開回水閘門，使清水反吐后循環(huán)沖洗井底兩周并上下活動(dòng)鉆具。施工24 h，無效。

(6)提高鹽酸濃度再次注酸。判斷前兩次注酸因?yàn)辂}酸進(jìn)入地層途中會(huì)消耗一部分，這樣鹽酸的量和濃度都會(huì)降低，所以現(xiàn)場希望同時(shí)提高鹽酸的用量和濃度來提高浸泡效果。通過現(xiàn)場小型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高濃度鹽酸對(duì)井內(nèi)鉆具有一定腐蝕作用，要小心使用。在注酸前后各注入4 m3稠塞，后泵入鹽酸(14%)3.6 m3，浸泡井段3098.00 ～3193.99 m，每3 h頂漿0.3 m3，并上下活動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤。24 h無效。

(7)注酸無效后，并未立即替出鹽酸，而是選擇反循環(huán)加壓處理，通過關(guān)閉防噴器向井眼環(huán)空注入鉆井液給環(huán)空加壓從而將已形成的堆積巖屑破壞，解除卡鉆［5］。施加扭矩38.95 kN·m關(guān)防噴器憋壓10 MPa，同時(shí)卡點(diǎn)以上鉆具重力全部下放以利砂橋疏通。既可以通過反循環(huán)清除沉沙，同時(shí)利用高壓使鹽酸溶液浸泡到泥餅與扶正器接觸位置，與之反應(yīng)使卡點(diǎn)松動(dòng)。靜止1 h后泄壓開防噴器，如此反復(fù)3次無效。

(8)倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤解卡。第一次倒扣840 kN懸重施加扭矩，反向施加扭矩33.94 kN·m釋放扭矩轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)5圈，判斷卡點(diǎn)有松動(dòng)，上提至1200 kN未解卡，再次倒扣，反向施加扭矩34.50 kN·m懸重下降至440 kN，說明扣已倒開，但懸重太少，推斷從1250.00 m處倒開，下探“魚頂”，在倒扣懸重位置未碰到“落魚”，說明鉆具解卡后下行，向下連續(xù)569.38 m碰到“魚頭”，對(duì)扣成功后循環(huán)調(diào)整鉆井液性能后起鉆，起鉆至遇阻井段3086.00～3194.00 m之間依然有遇卡顯示，通過上提下放活動(dòng)和接方鉆桿循環(huán)通過，鉆頭出井。

此次卡鉆共損失臺(tái)時(shí)208 h，折合8.67天。

4 卡鉆事故處理總結(jié)

(1)通過地面小型實(shí)驗(yàn)，鹽酸浸泡對(duì)泥餅的腐蝕效果非常明顯。浸泡完鹽酸之后，再次通過提拉法測卡點(diǎn)位置，發(fā)現(xiàn)卡點(diǎn)下移至扶正器位置。說明浸泡鹽酸對(duì)扶正器附近堆積的巖屑、泥皮有很好的破壞作用，但終不能全部浸泡徹底，因此也就不能夠解卡。通過廢鉆桿用8%的酸進(jìn)行浸泡腐蝕并不嚴(yán)重，產(chǎn)生的氣體不多。14%的酸對(duì)于鉆具的腐蝕特別嚴(yán)重，并產(chǎn)生較大量的H2、CO2氣體?？ㄣ@附近地層巖性為灰白色中砂巖，與鹽酸不反應(yīng)，導(dǎo)致泡酸效果不好。

(2)解卡劑與泥餅反應(yīng)弱于鹽酸，泡解卡劑不如泡酸效果好。且解卡劑在鉆井液中容易竄動(dòng)，在使用解卡劑的時(shí)候，在解卡劑前后都應(yīng)該用稠塞隔離。

(3)活動(dòng)鉆具時(shí)由于一直采取的是正轉(zhuǎn)強(qiáng)扭，鉆具會(huì)貼在二開套管內(nèi)壁或者井壁上，導(dǎo)致施加的扭矩不能完全傳達(dá)到卡點(diǎn)位置，即便傳到卡點(diǎn)位置最終也會(huì)使得卡點(diǎn)附近部分堆積的巖屑越扭越實(shí)。

(4)前期的強(qiáng)扭、泡酸、泡解卡劑等各種處理，已經(jīng)把卡點(diǎn)附近的堆積巖屑與泥皮清理的差不多了，因此為采取倒扣時(shí)解卡奠定了基礎(chǔ)。在上提的狀態(tài)下倒扣，由于鉆具振動(dòng)很大，開扣部位下部鉆具向下的彈性沖力加上自身重力，使得鉆具倒開的瞬間解卡。相當(dāng)于一次力量極大的向下震擊，將被卡鉆具震開。

5 教訓(xùn)及建議

此次卡鉆損失較大，教訓(xùn)是深刻的，說明現(xiàn)場人員沒有認(rèn)清通井的意義。通井第一是為了驗(yàn)證井眼是否通暢;第二是一旦發(fā)現(xiàn)有阻卡現(xiàn)象通過劃眼實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔目的，即使強(qiáng)行通過阻卡井段了，但并沒有達(dá)到通井順暢的目的。

(1)三開鉆進(jìn)時(shí)提高鉆井液粘度、密度［6］，保證足夠的泵排量［7］，提高鉆井液粘度可增加鉆井液對(duì)鉆屑的粘附力，減小鉆屑在流動(dòng)鉆井液中滑脫速度，加大泥漿密度可以增加鉆屑在泥漿中的浮力，保證足夠的環(huán)空返速，從而達(dá)到清洗井壁的效果，避免巖屑床的形成，或者通過劃眼、注推稠塞攜帶、短起下［8］等方式破壞已形成的巖屑床，

(2)使用水力振蕩器［9］，在鉆進(jìn)的過程中，水力振蕩器通過鉆井液水力的作用產(chǎn)生沿鉆具組合或者鉆桿軸線方向上的振動(dòng)，減少卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。

(3)通井時(shí)控制下鉆速度，無阻卡時(shí)下鉆速度40～50 s/根，不允許下鉆過快;若下鉆遇阻不允許強(qiáng)壓硬拉，通過遇阻位置之后反復(fù)提拉數(shù)次。若活動(dòng)超過3次而遇阻位置未發(fā)生變化，接方鉆桿劃眼，鉆壓＜10 kN，劃眼采用點(diǎn)劃方式，不允許大段連續(xù)劃眼。

(4)劃眼時(shí)注意泵壓、泵沖變化，以及柴油機(jī)負(fù)荷變化，發(fā)現(xiàn)異常立即停轉(zhuǎn)盤，釋放扭矩。劃眼超過遇阻井段之后，上下活動(dòng)通暢方可接單根。

6 安全風(fēng)險(xiǎn)提示

(1)泡酸前，一定要先做小型試驗(yàn)，包括泥餅破壞試驗(yàn)、鉆具腐蝕試驗(yàn)，確定酸的濃度，切不可盲目注酸。

(2)需要循環(huán)出井內(nèi)的酸時(shí)，先要計(jì)算返出時(shí)間，并注意觀察井口，快出井口時(shí)適當(dāng)降低排量，人員要遠(yuǎn)離井口或泥漿槽出口，以防止氣體聚集涌出灼傷員工。

(3)井內(nèi)返出的酸與泥漿混合液，對(duì)地面的泥漿破壞很大，應(yīng)提前做好排放。

(4)出井鉆具，特別是長時(shí)間浸泡酸的部位，要詳細(xì)檢查，遇有腐蝕嚴(yán)重的鉆具不可再入井。

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