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        使用油基解卡劑處理吸附卡鉆案例分析

        2016-11-22 06:19:41席杰
        中國(guó)設(shè)備工程 2016年15期
        關(guān)鍵詞:解卡卡鉆卡點(diǎn)

        席杰

        (河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì),河北 邯鄲 056201)

        Research and Exploration | 研究與探索·探討與創(chuàng)新

        使用油基解卡劑處理吸附卡鉆案例分析

        席杰

        (河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì),河北 邯鄲 056201)

        在峰峰集團(tuán)磁西一號(hào)回灌試驗(yàn)孔施工中,發(fā)生粘附卡鉆事故。在采用強(qiáng)力活動(dòng)鉆具后沒(méi)有解卡的情況下,決定采用油基解卡液浸泡卡點(diǎn),最后成功解卡。低成本高效率地解決了卡鉆,避免了事故擴(kuò)大化,取得了理想的效果。

        油基解卡液;粘附卡鉆;解卡

        1 概述

        背景資料:磁西一號(hào)礦高礦化度井水豐富,其相對(duì)獨(dú)立的深水循環(huán)水文地質(zhì)單元具備回灌、存貯高礦化度水的基本地質(zhì)構(gòu)造條件。通過(guò)井下一級(jí)澄清系統(tǒng)地面二級(jí)澄清回灌系統(tǒng),將高礦化度礦井水科學(xué)處理,回灌到地下奧灰層段,解決礦井水地面排放的環(huán)境污染問(wèn)題。而回灌孔就是礦井水回灌的通道。

        磁西一號(hào)回灌試驗(yàn)孔由河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì)302鉆機(jī)負(fù)責(zé)施工。施工設(shè)備選用GZ-2600型鉆機(jī),27m人字形鉆塔,TBW1200/7B型泥漿泵,JSN-1型除砂器一臺(tái)等。因?yàn)槭窃诮訂胃^(guò)程中發(fā)生卡鉆,卡鉆后雖接上方鉆桿卻無(wú)法旋轉(zhuǎn)鉆具,只能開著泵循環(huán)鉆井液,大幅度強(qiáng)力活動(dòng)。

        2 卡鉆原因及卡點(diǎn)情況分析

        2.1 事故發(fā)生時(shí)的鉆孔結(jié)構(gòu)及鉆具組合

        鉆孔結(jié)構(gòu):0~160m,φ444.5mm口徑,下φ377mm螺旋管160m,水泥固管;160m~999m,φ215.9mm口徑,為裸孔。

        鉆具組合:φ215.9mm鉆頭+φ165mm鉆鋌60m+φ127mm鉆桿930m。

        2.2 卡鉆原因

        (1)在720~760m孔段,孔身軌跡距離礦井井底巷道最近處僅40m,地層裂隙發(fā)育。孔內(nèi)多次發(fā)生孔漏,曾先后5次共使用了30t水泥進(jìn)行堵漏。這直接導(dǎo)致孔內(nèi)鉆井液鈣侵嚴(yán)重,鉆井液內(nèi)流體不均勻,鉆井液性能差。鉆井液性能為密度1.16g/ cm3、粘度41s、失水26ml、泥餅厚度4mm、含砂量0.5%,且鉆井液內(nèi)懸浮大量鋸末。

        生長(zhǎng)速度:從第2次刈割時(shí)起,每次刈割前隨機(jī)測(cè)定20株植株的高度,對(duì)其平均后除以上次刈割到本次刈割的時(shí)間,即為這段時(shí)間的生長(zhǎng)速度;

        (2)本孔地層鉆井液漏失量大,泥餅厚度較大,增大了鉆頭與孔壁的摩擦力,摩擦力和鉆頭自重超過(guò)了設(shè)備的提升力是此次卡鉆的主要原因。

        (3)在鉆井液中,粘土顆粒的分散依靠本身所帶的負(fù)電荷。這種鉆井液在井壁上所形成的濾餅有很強(qiáng)的負(fù)電力場(chǎng),而鉆柱的表面要游離一部分鐵離子,具有很強(qiáng)的正電荷。濾餅上的負(fù)電荷與鉆柱上的正電荷異性相吸,是導(dǎo)致粘附卡鉆發(fā)生的又一原因。

        (4)接單根時(shí)間共計(jì)13分鐘,遠(yuǎn)超過(guò)鉆探作業(yè)安全規(guī)范中建議的3~5分鐘,且在接單根過(guò)程未采取轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤等防粘附卡鉆措施。

        2.3 情況分析

        鉆桿活動(dòng)過(guò)程中,自由活動(dòng)量較大,泵壓及鉆井液返出量正常,判斷應(yīng)確實(shí)為粘附卡鉆,且卡點(diǎn)位置應(yīng)位于鉆鋌處。

        處理粘附卡鉆宜快不宜慢,在強(qiáng)力活動(dòng)無(wú)效的情況下,決定馬上從濮陽(yáng)購(gòu)買油基解卡液。經(jīng)計(jì)算,所需解卡液用量為1.22m3。

        3 所購(gòu)油基解卡液配方、性能及解卡原理

        (1)配方:25%~30%(解卡粉/柴油)+柴油+水(10%~30%水/柴油)+有機(jī)土+重晶石+快T。

        (2)性能:密度1.01g/cm3、粘度25s。

        (3)解卡原理:油基解卡液為中性鉆井液,區(qū)別于水基鉆井液的帶電性,切斷粘附卡鉆的發(fā)生及繼續(xù)卡點(diǎn)上移的途徑。在油基解卡液內(nèi)各組分的共同作用下,迅速改變浸泡段的泥餅性能,降低井壁摩擦阻力、瓦解虛泥餅、使泥餅出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋,平衡鉆井液在鉆具被粘附面與未被粘附面的之間的壓差,所以油基解卡液具有解卡的作用。

        4 處理過(guò)程

        在等待解卡液到施工現(xiàn)場(chǎng)期間把自由鉆柱重量的1/2甚至全部壓上去,防止卡點(diǎn)上移。

        (1)計(jì)算替鉆井液量。

        表1

        根據(jù)計(jì)算公式π(內(nèi)徑÷2)2×長(zhǎng)度=替漿量,在計(jì)算替漿量的時(shí)候,準(zhǔn)確的替漿量能使鉆桿內(nèi)外的流體(水及水泥漿)在靜壓平衡狀態(tài)時(shí),達(dá)到同一高度(h_4=h_2,h_3=h_1),在提升鉆桿的過(guò)程中,鉆桿內(nèi)外的水泥漿互相混合,解卡液要頂替到預(yù)計(jì)卡點(diǎn)位置。

        鉆井液的重量計(jì)算和一般的物體重量計(jì)算是一樣的。重量等于該物質(zhì)的質(zhì)量乘以當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?,質(zhì)量等于體積乘以密度。所以鉆井液的重量計(jì)算就簡(jiǎn)單了:首先了解鉆井液密度和方量,他們的乘積再乘以當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣染偷扔谠撱@井液重量了。一般在鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng),都是用比重計(jì)測(cè)量出鉆井液的比重,也就是密度。例如在某井1200米,測(cè)量出來(lái)的密度是1.10g/cm3,那么總體包括井眼里和循環(huán)池里的泥漿總量是200方,那么總體的鉆井液重量就是1.10×200=220噸。

        (2)2012年1月9日1時(shí)將購(gòu)置的1.6m3解卡液經(jīng)鉆具泵入孔內(nèi),然后泵入鉆井液8.74m3,以將解卡液送至預(yù)判卡點(diǎn)位置,鉆具內(nèi)剩余解卡液0.38m3。之后每隔兩小時(shí)強(qiáng)力活動(dòng)鉆具10次,無(wú)解卡跡象則繼續(xù)浸泡,并泵入少量鉆井液,防止沉砂堵塞鉆頭水眼。在浸泡期間把自由鉆柱重量的二分之一甚至全部壓上去,防止卡點(diǎn)上移。

        (3)2012年1月11日15點(diǎn)30分,在活動(dòng)鉆具期間,在拉力達(dá)到800kN時(shí),鉆具突然上跳——鉆具能自由活動(dòng)了,經(jīng)油基解卡液浸泡卡點(diǎn)62小時(shí)30分鐘后成功解卡了。

        5 卡鉆處理過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及隱患

        (1)因?yàn)槭菑耐鈫挝毁?gòu)買的已配置好的油基解卡液,解卡液的密度較孔內(nèi)原有鉆井液密度低,導(dǎo)致油基上竄嚴(yán)重,在解卡后又用了3天時(shí)間進(jìn)行鉆井液體系重建。

        (2)在注油基解卡液前未注入隔離鉆井液,加速了油基的上竄。

        (3)從卡鉆到注入解卡液,共用36小時(shí)。外購(gòu)解卡液,花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng),極有可能造成卡點(diǎn)上移或出現(xiàn)其他復(fù)雜情況。

        6 結(jié)語(yǔ)

        選用油基解卡液對(duì)處理孔內(nèi)粘附卡鉆提供了一種極佳的實(shí)用方法,此次解卡取得了理想的效果,有效的縮短了事故處理的時(shí)間,簡(jiǎn)化了事故處理程序,防止了事故擴(kuò)大化。

        油基解卡液在處理粘附卡鉆事故時(shí),方法簡(jiǎn)單、有效,即使處理無(wú)效時(shí),也不會(huì)給下一步處理事故帶來(lái)隱患,此次粘附卡鉆的處理,積累了寶貴的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),提供了有效的處理方法,有較好的推廣價(jià)值。

        7 后記

        通過(guò)對(duì)本次事故原因調(diào)查后的分析,建議有條件的鉆井隊(duì)或項(xiàng)目部,在施工類似鉆孔時(shí),在容易發(fā)生粘附卡鉆的井段,最好使用高價(jià)陽(yáng)離子(如Fe3+、Al3+、Si4+)聚合物體系的鉆井液,選用螺旋鉆挺,鉆井液內(nèi)加入潤(rùn)滑劑、活性劑等減少濾餅的摩阻系數(shù),縮短鉆柱在井內(nèi)靜止時(shí)間,靜止時(shí)間不許超過(guò)5分鐘等合理措施,減少卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。并提前準(zhǔn)備好事故處理原材料(如:解卡粉、有機(jī)土、快T,在發(fā)生粘附卡鉆時(shí),可以在現(xiàn)場(chǎng)馬上與柴油配置油基解卡液進(jìn)行處理),縮短事故處理的時(shí)間,簡(jiǎn)化處理的過(guò)程,避免事故擴(kuò)大化。

        [1]劉廣志.特種鉆探工藝學(xué).[M]上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,2005.

        [2]王平全,周世良.鉆井液處理劑及作用原理.[M]北京:石油工業(yè)出版社,2003.

        [3]崔振江.石油鉆井生產(chǎn)實(shí)踐指導(dǎo)書.[M]北京:石油出版社,1995.

        [4]渤海石油職業(yè)學(xué)院.鉆井工程(教材).[M]任丘:學(xué)院自行出版,2006.

        [5]吳翔.定向鉆進(jìn)原理與應(yīng)用.[M]北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,2006.

        TE28

        A

        1671-0711(2016)11(上)-0130-02

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