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钻井工程事故处理与典型事故处理实例

发布:多吉利        来源:www.duojili.cn  

钻井工程事故处理与典型

事故处理实例

(钻井监督培训教材)

编写人:贾仲宣

中油股份勘探与生产工程监督中心

目   录

1 发生井下复杂与事故的因素、诊断及处理原则 1

1.1. 造成井下复杂与事故的因素 1

1.1.1. 地质因素 1

1.1.2. 工程因素 2

1.2. 复杂与事故的诊断 2

1.2.1 井下复杂情况诊断 3

1.2.2 井下事故诊断 3

1.3. 井下复杂与事故的处理原则 4

1.3.1 安全原则 4

1.3.2 快捷原则 5

1.3.3 科学诊断原则 5

1.3.4 经济原则 5

2 事故的种类、发生的原因及预防与处理 5

2.1. 卡钻事故 5

2.1.1 卡钻事故发生的原因、预防与处理 6

2.1.2 卡钻事故处理通则 6

2.1.3 卡钻事故处理程序 6

2.2. 钻具断落事故 11

2.3. 井下落物事故 11

2.4. 下套管作业中的复杂与事故 11

2.5. 注水泥作业中的复杂与事故 11

3处理事故中的主要技术工具 16

3.1. 震击解卡工具 16

3.1.1 震击器的结构特点 16

3.1.2 震击解卡工具的种类 16

3.1.3 震击器的工作原理 18

3.1.4 震击器的操作技术 19

3.2. 倒扣、切割工具 21

3.3. 套铣工具 21

3.4. 打捞井内钻具断落工具 22

3.5. 井底落物打捞工具 22

4.处理钻井工程事故中应主要关注的问题 27

4.1. 探鱼顶 27

4.2. 井内安全问题 27

4.3. 处理事故中的有关计算 27

4.3.1 卡点位置计算 27

4.3.2 压差卡钻程度的计算 28

4.3.3 上击器震击动载计算(震击模型见图4-1) 29

4.3.4 下击器震击动载计算(震击模型见图4-2) 29

4.3.5 钻柱在井筒内自由降落时的速度与对井底冲击力计算 30

4.3.6 处理井下事故常用的钻柱结构 32

5. 典型钻井工程事故处理实例 32

5.1. 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故 32

5.1.1 事故发生经过 32

5.1.2 事故原因分析 33

5.1.3 事故处理经过 33

5.1.4 经济损失与经验教训 37

5.2. 塔里木盆地丰南1井卡钻事故 40

5.2.1 概况 40

5.2.2 12¼″井眼裸眼侧钻技术 41

5.2.3 9⅝″套管内开窗侧钻技术 42

5.2.4 几点认识 45

5.3. 青海柴达木鸭深1井减振器折断事故 47

5.3.1 概况 47

5.3.2 事故处理经过 47

5.3.3 事故原因分析 48

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,是一项真正的高风险的作业。对象是地层岩石,目标是找油找气。在钻井作业中,由于对深埋在地壳内的岩石的认识不清(客观因素)或技术因素(工程因素)以及作业者决策的失误(人为因素),往往会产生许多井下复杂情况,甚至造成严重的井下事故,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。据近年来的钻井资料分析,在钻井过程中,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%。正确处理因地质因素产生的井下复杂情况,避免或减少因决策失误、处理不当而造成的井下事故是提高钻井速度,降低钻井成本的重要途径,也是钻井工程技术人员(包括现场钻井监督)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

1.1. 造成井下复杂与事故的因素

造成井下复杂与事故有诸多因素,但概括起来主要是地质因素(客观条件)和工程因素(主观决策)两大类。

1.1.1. 地质因素

钻井过程中,钻遇不同的地层会遇到许多困难问题,如地层岩性的多变性,压力系统的复杂性,地质构造不同所造成的不稳定性等造成井下复杂使作业暂时中途,不能顺利进行,延误钻井时间。引起钻井作业中复杂与事故的主要地质因素见表1-1

1-1                   钻进中产生复杂与事故的主要地质因素

序号

项目

类别

产生复杂的主要原因

主要复杂

性质

可能引发

的事故

1

岩性

泥页岩

含高岭土、蒙托石、云母等硅酸盐矿物,具有可塑性、吸附性和膨胀性。

剥落、掉块等井壁不稳定

起下钻阻卡,可造成沉砂卡钻

砂砾岩

含石英、燧石块、大小悬殊、泥质胶结的不均匀性。

蹩、跳、渗漏

粘扣、粘卡、断钻具、掉牙轮

砂砾岩

粉砂岩

含石英、长石胶结物为铁质、钙质和硅质,具有极高的硬度

极强的研磨性、跳钻

钻头缩径、掉牙轮、掉钻具

石膏、岩盐层

有弹性迟滞和弹性后效现象,易蠕动、易溶解、易垮塌

蠕变、缩径

起下钻阻卡、卡钻

碳酸岩层

主要成分CaOMgOCO2等有溶解与重结晶等作用。

形成溶剂与裂缝

产生漏失、阻卡、卡钻

2

地层压力

高孔隙压力

高密度钻井液中高固相含量、恶化钻井液性能,加大井底压差

钻速漫、滤饼厚、压差大、井涌、溢流

压差卡钻、井喷

低破裂压力

使用堵漏材料,恶化钻井条件

井漏、堵漏

卡钻、井塌

3

地质构造

褶皱

地层变形产生裂缝与内应力和大倾角地层

井斜、漏失、井塌

卡钻

断层

地层变位产生断裂与断层

井斜、漏失

卡钻

1.1.2. 工程因素

    造成井下复杂的地质因素是客观存在,是不可更改的。如果我们对它的认识了解多一些,采取了相应的对策,做到心中有数,就可化险为夷,减轻钻进中复杂产生的程度,甚至可避免事故的发生。工程因素就是主观因素的具体反映,适应地质因素的施工设计、技术操作、工艺措施等,这是可更改的、可调节的人为因素。工程因素主要见表1-2

1-2                影响井下复杂与事故的主要工程因素

序号

项目

主要技术要求

主要作用

1

井身结构

套管封固不同压力层系与不稳定地层。

防塌、防卡、防喷、防漏。

2

钻井设备

钻井泵排量可调,有足够的功率。

清洗井底、净化井筒、防卡、防钻头泥包。

转盘软特性,转速可调。

防蹩、防断。

顶驱。

及时处理复杂,减少卡钻。

固控完好,处理量满足要求。

降低固相含量。

3

井控设备

压力级别与地层压力匹配,试压合格。

防喷、节流压井。

4

钻井液

根据地层岩性、压力,选择合适的类型与性能参数。

防塌、防卡、防钻头泥包、提高钻速。

5

钻具结构

根据地层岩性、倾角、钻井工艺条件选择钻具结构及井下工具。

防斜、防断、防振、防卡、防掉。

6

钻井仪表

要求全面准确反映钻井参数。

提供钻进中井下真实动态、信息,准确及时判断井下情况。

7

钻头选择

根据地层可钻性选择钻头类型与钻进参数。

提高钻速,防掉、防跳。

8

操作技术

严格遵守钻进中各项技术操作规程和技术标准。

防止操作失误、违规,使井下情况复杂化或造成更大事故。

9

应急或处理措施

准确判断井下情况,制订正确的处理措施,及时分析,修正处理方案,具有多种应急手段。

减少失误,减少时间损失,提高事故处理效率和一次成功率。

10

钻井用器材与工具

质量合格、性能可靠。

少发生或不发生井下事故,保证顺利钻进。

1.2. 复杂与事故的诊断

    钻井技术工作者是真正的地下工作者。所钻地层是摸不着,也不能直观看见的,造成的井眼形状也不能直观的一目了然。因此井下情况只有通过直接反映钻井活动的仪表、钻具的运动状态、钻头的钻进状态、钻井液的流动状态、具体分析判断井下所发生的复杂与事故的性质与类型。井下发生复杂与事故,都有其各自的特点,又有互相联系。在判断时,有可能造成误差。应该说,在复杂与事故的分析判断中存在着很大的经验性。这和医院对病人的诊断有相同之处。接触的病人多,经验累积的多,诊断的准确性高。相反,缺乏实践经验的医生,误诊的机率就大些。

    正确诊断井下复杂与事故是能否迅速、简捷处理好复杂与事故的先决条件,误诊可能使复杂变为恶性事故,甚至造成井的报废。钻井技术工作者(包括钻井监督)必须善于捕捉反映井下情况的各种不同信息,去伪存真,综合分析,切忌主观臆断,要收集真实的第一手资料。力求全面的将井下情况复印在自己脑海中。

1.2.1 井下复杂情况诊断

    井下复杂情况常见的是井漏、井塌、钻头泥包、缩径等造成的阻卡,其诊断方法见表1-3

1-3                          井下复杂情况诊断

复杂类型

诊断依据

沉砂

(砂桥)

其它

钻具

刺漏

牙轮

卡死

钻头水

眼刺掉

钻头

水眼堵

转盘转动状况

扭矩正常

B

B

扭矩增大

A

A

A1

A1

B

A1

蹩钻

A2

A2

钻具运动状态

上提遇卡

A

A

A

A

A

下放遇阻

A

A

A

活动正常

B

B

B

B

B

泵压变化情况

正常

B

B

B

增高

A1

A

A1

缓慢下降

A

A

突降

A

蹩泵

A2

井口流量变化

正常

B

B

B

B

B

减少

A1

增加

A

不返

A2

机械钻速变化

加快

B

减慢

A

A

B

A

无进尺

:   1、表栏中A为诊断复杂的充分条件,角码12可能单独一项或2项同时存在;

2B为辅助判断依据。

1.2.2 井下事故诊断

井下事故常见的有卡钻、钻具断落和井内落物等,诊断方法见表1-4

1-4                             井下事故诊断

复杂类型

诊断依据

卡钻

钻具

断落

钻头

落井

井内落物

井喷

钻头上

钻头下

转盘转动状况

扭矩增加

A

A

B

扭矩减小

A

A

跳钻

A1

蹩钻

A

A

不能转动

A

钻具运动状态

上提遇卡

A

下放遇阻

A

悬重变化

正常

下降

A

B

B

泵压变化情况

正常

上升

B

B

下降

A

A

B

井口流量变化

正常

B

B

B

B

增大

A

减小

不返

机械钻速变化

减慢

A

无进尺

A

A

A

注:  1、卡钻事故的性质不同,诊断方法也各异,表4中卡钻事故的诊断为通用诊断方法;

      2ABA1代号的意义见表1-3

1.3. 井下复杂与事故的处理原则

1.3.1  安全原则

井下复杂与事故多种多样,井下情况千变万化,处理方法、处理工具多种多样。魔高一尺、道高一丈。但总的原则是将安全第一的思想,贯彻到事故处理全过程。从制订处理方案、处理技术措施、处理工具的选择以及人员组织等均应有周密的策划。重大事故还应制订应急方案,如井喷、着火等。在处理井下复杂过程中,尤为小心,稍有不慎,就可能造成事故。而在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。在处理中使事故严重程度逐渐减轻,不致加重。因此,入井工具、器材、药品,严格质量检验,下得去,能起出,用得上。操作人员应熟知入井打捞工具的结构和正确使用方法。处理方案中还应包括人员设备的防护和环境保护等措施。

1.3.2  快捷原则

    复杂与事故随着时间的推移而恶化,尤其是卡钻事故与井喷事故,要求在短期内进行处理,不能延误时间。快捷原则体现在迅速决策制订处理方案。甚至制订几套处理方案,迅速组织处理工具与器材,加快处理作业进度,协调工序衔接,减少组织停工。同时有几套处理方案时应优选其中最有把握、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。要做到心中有数,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,必然会影响信心,降低士气,精力分散,更容易出问题。要做到处理一次,有一次收获,增加一份信心,提高一份士气。

1.3.3  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。这一原则应贯穿在处理的全过程中。要认真收集现场(井下)第一手资料,特别是操作者提供的直接信息。科学的分析,去伪存真,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。在处理过程中还应对井下情况进行必要的计算和草图绘制,以及时纠正或补充处理方案,使处理方案尽可能切合实际,做到事半功倍,少犯错误,加快处理进度,减少经济损失。

1.3.4  经济原则

根据事故性质、地质条件、工具、器材供应状况、技术手段等,全面分析、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,若处理时间长,费用太高,则停止处理,另想其它办法,如条件许可,移井位重钻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;处理事故时井下工具、钻具的租赁费;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;钻达事故井深的进尺费。

    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。

    “钻井工程事故处理与典型事故处理实例培训教材,主要参考蒋希文编著的《钻井事故与复杂问题》(石油工业出版社出版)一书。典型事故、处理实例是选取了三个不同探区的深探井中不同性质事故的具体处理方法。对我们从事现场具体技术工作或遇到类似的事故处理中可吸取经验与教训,开阔视野,少犯错误,更好地做好本职工作。

2 事故的种类、发生的原因及预防与处理

2.1. 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。

2.1.1 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,钻柱落井也容易造成卡钻。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表2-1中。

2.1.2 卡钻事故处理通则

    卡钻事故发生后,应首先考虑的问题是为顺利解除事故创造条件。

① 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,就失去了浸泡、爆炸松扣的可能,并诱发井塌和砂桥的形成,加重卡钻事故处理的难度。

② 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,断口不齐,会造成打捞工具套入困难,同时下部钻柱断口会被钻屑和井壁落物堵塞,给打捞作业造成极大困难。

③ 切忌将钻杆螺纹扭得过紧。

联接螺纹紧扣后,将会给倒扣作业造成困难,更可能使打捞工具损坏,延长处理时间。

2.1.3 卡钻事故处理程序

    不同性质的卡钻事故,有不同的处理程序。总结起来,多数卡钻事故的处理方法,总是遵循以下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。

2-1与图2-28种卡钻事故处理程序图

2-1                                         卡钻事故发生的原因、预防与处理

卡钻

类型

主要特征

主要原因

预防措施

处理方法

1

粘吸

卡钻

1、循环正常、泵压无变化

2、发生在钻具静止时间较长时

3、被卡部位主要在钻铤

4、随时间推移,卡点上移,粘卡井段增长,卡得越牢

1、井壁存在疏松的厚泥饼

2、滤饼存在强负电力场

3、钻井液柱压力与地层孔压差值较大

4、钻柱与井径直径差值小

5、井斜角较大

1、使用中性钻井液或阳离子钻井液

2、钻井液中加入润滑剂

3、减少钻具在井内静止时间

4、降低钻井液密度实现近平衡压力钻井

5、使用优质加重剂

6、在钻柱中加入螺扶和加重钻杆,减少大直径钻铤,并加入随钻震击器

7、提高井身质量,减少井斜角

1、上下活动钻具

2、使用震击器解卡

3、浸泡与震击

4、套铣、倒扣

5、侧钻

2

坍塌

卡钻

1、钻进中扭矩增大,泵压升高

2、钻具上提遇卡,下放遇阻

3、起下钻时阻卡严重,循环后阻卡减轻或清除

4、划眼时井口返出大量岩屑,呈块状或片状

1、地质方面的原因,如断层面、构造褶皱带、地层倾角大、胶结差、破碎带、压力异常带等

2、物理方面原因,如泥页岩水化膨胀

3、钻井工艺方面原因,如钻井液密度低、流变性差、起下钻压力激动与抽吸等

1、优化井身结构设计,封固易坍塌层和高压层等

2、使用防塌钻井液,防止地层水化膨胀

3、保持井筒有足够的液柱压力,并减少压力激动

4、调整钻井液流变性

1、钻井液回流,应停止下一步作业,开泵循环、划眼,使井筒畅通

2、注入高粘钻井液带砂,不让坍塌岩屑堆积

3、不能恢复循环时,进行套铣、倒扣

3

砂桥

卡钻

1、起下钻时有阻卡,开泵循环、活动钻具可解除

2、阻卡井段基本固定

3、正常钻进时,扭矩略有波动

1、松软地层钻速快,井筒岩屑浓度高,停止循环后,钻屑迅速沉积在小井眼处

2钻井液切力低,携岩性能差

3、脆性泥页岩剥落后,岩屑堆积在小井眼井段

1、用低失水的钻井液钻疏松地层

2、在易剥落地层中钻进时提高钻井液的携岩性能,并控制钻速

3、优化钻井参数,选择适当排量

4、减少裸眼井段长度

1、恢复循环,排量从小到大,小距离活动钻具,不转或慢转钻具

2、一旦卡死,在卡点处倒开,套铣倒扣

4

缩径

卡钻

1、单向遇阻,阻卡点深度固定

2、钻进泵压正常,钻头或稳定器通过时遇阻、泵压升高,有时造成蹩泵。钻进时扭矩略有增加

1、渗透性较大地层形成较厚滤饼

2、盐岩层、石膏层地层蠕变

3、钻头直径磨小,新钻头下入小井眼

1、认真测量入井工具尺寸,通过小井眼井段时控制速度和限制遇阻吨位

2、改变钻具结构时遇阻划眼

3、提高钻井液密度,选择适应地层的钻井液

1、上提遇卡,可倒划眼

2、使用震击器,上提遇卡下击,遇阻上击

3、注入油类或润滑剂后再震击

4、一旦卡死进行套铣倒扣

5

键槽

卡钻

1、只发生在起下钻过程中,阻卡井段固定或少有移动

2、可循环钻井液,泵压无变化

3、阻卡时转动随拉力增大而困难

由井眼狗腿角较大形成较深的沟槽,大钻具或钻头通过时造成阻卡

1、定向井控制降斜速度

2、直井钻进中控制井斜与方位变化

3、使用键槽破坏器划眼,扩大键槽的通道

1、上提遇卡,大力下压,或边循环边下压,或用震击器下击解卡,倒划眼等

2、已卡死,倒扣、套铣

6

泥包

卡钻

1、钻进时扭矩渐增,钻速降低,间有蹩跳

2、上提阻力与泵压随泥包严重程度而变化

3、起钻时阻力随井径而变化,井口钻井液时有外溢

1、地层松软水化成泥团附在钻头和稳定器上

2、钻井液性能差,滤饼松软

3、钻井液排量小,岩屑重复破碎成泥团

4钻具短路,钻屑带不上来、

1、钻软地层时用较大的排量

2、钻井液性能适合所钻地层

3、软地层中钻进时控制钻速

4、发现泥包起钻清除

1、钻头在井底被卡,增大排量,上提或向上震击

2、中途遇卡,下压或向下震击

3、在钻井液中加入润滑剂

4、已卡死,倒扣、套铣

7

落物

卡钻

1、钻进蹩,上提卡。阻卡位置固定,阻卡程度与落物大小形状有关

2、起下钻时落物不随钻具上移或下移,转动困难

3、可循环钻井液

1、手工具、钳头、钳销、接头、螺丝等由井口掉入井内

2、大块岩石或原已附在井壁上的牙轮、刮刀片、铁块等物再次掉入环空

1、井口操作时仔细检查各种工具,并妥善使用保管,远距井口

2、保护好井口,严防落物

3、减少套管鞋下的口袋长度,防止水泥掉块

4、井底落物应打捞或磨掉,不应挤入井壁,留下隐患

1、钻进时阻卡,慢转上提,将落物挤碎(岩块)或挤入井壁(大井径段),使其落入井底后磨碎

2、起钻遇卡,下压或下击,慢转下击

3、已卡死,倒扣、套铣

8

钻头

干钻

卡死

1、泵压逐渐下降,扭矩逐渐增大

2、钻速下降,甚至无进尺

3、既不能转动,又不能上提

1、钻井泵及地面循环系统发生故障,供给排量不足

2、井内钻具刺坏,短路循环

1、检查泵压表,校核排量

2、钻速下降时停止钻进,分析原因,检查设备

3、起钻检查

1、倒出钻头以上的钻具,将钻头磨掉

2、倒扣后钻头上留有较多钻具,无法套铣时侧钻

2.2. 钻具断落事故

    钻具断落事故是钻井作业中常见的事故之一。若井况正常,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表2-2

2.3. 井下落物事故

    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见表2-3

2.4. 下套管作业中的复杂与事故

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、预防与处理方法见表2-4

2.5. 注水泥作业中的复杂与事故

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表2-5

2-2                                           钻井作业中常见的钻柱事故

序号

类型

发生部位

主要特征

主要原因

预防措施

主要处理方法

1

钻杆

折断

靠近内螺纹端本体

1、悬重突降

2、泵压下降

3、扭矩减少

4、无进尺

1、扭矩与拉力超过钻杆屈服极限;

2、本体有伤痕(卡瓦牙刻痕)蚀坑或制造缺陷(裂纹);

3、过度磨损、疲劳破坏。

1、处理事故时拉力与扭矩应在安全范围内;

2、严格检验入井钻具,不符合要求的钻具严禁使用;

3、编组倒换。

1、断口整齐采用母锥;

2、断口不整齐采用卡瓦打捞筒。

2

钻铤及井下工

具折断

常发生在中和点附近钻铤及井下工具的外螺纹根部

1、钻铤受力复杂,易疲劳破坏;

2、螺纹加工质量欠佳,应力集中;

3、存在裂纹或缺陷。

1、定期倒换或卸扣;

2、定期探伤;

3、提高加工质量,不合格不得入井使用。

1、采用公锥造扣;

2、鱼顶不规则,修整后采用公锥或母锥;

3、卡瓦打捞筒。

3

滑扣

螺纹纵向受力后滑开

1、螺纹严重磨损,接触面减少;

2、扣型不标准,不易上紧;

3、未按规定扭矩紧扣。

1、不合格或有缺陷的螺纹严禁入井使用;

2、使用液压大钳按规定扭矩紧扣。

4

脱扣

螺纹磨损扭转时自行退开

1、憋钻后打倒车造成倒扣;

2、未按规定扭矩紧扣,致使外螺纹接头膨大(磨薄)。

1、在夹层砾岩中钻进时,严重憋钻;

2、使用液压大钳按规定扭矩紧扣。

1、螺纹完好,对扣打捞;

2、使用公锥或母锥。

3、使用卡瓦打捞筒。

5

刺扣

螺纹连接处被钻井液刺蚀

螺纹或者管体刺穿后,部分短路循环,泵压下降,钻速下降

长期间刺漏刷造成折断

1、密封脂不合格,或未涂抹均匀;

2、螺纹未上紧或螺纹有缺陷;

3、直接变化处产生紊流,刺坏管壁和螺纹。

1、使用合格得螺纹密封脂,并涂抹均匀;

2、按规定扭矩紧扣;

3、泵压下降时及时起钻检查。

1、准确判断,及时起钻检查;

2、起钻时,严禁转盘卸扣。

6

粘扣

螺纹连接处粘合一体不能卸开

螺纹不能卸开(接合面咬合)

1、夹层或者硬地层中钻进时严重憋跳引起纵横振动导致螺纹互相咬合;

2、螺纹加工质量不规范,表面硬度不一致;

3、螺纹自动紧扣或密封脂不合格。

1、钻头上加减震器;

2、严格检验螺纹加工质量,采用相同的钢级;

3、采用合格密封脂,并按规定扭矩紧扣。

换钻铤

2-3                                               钻井作业中常见的井内落物事故

序号

类型

主要特征

主要原因

预防措施

处理方法

1

掉钻头

1、无进尺;

2、扭矩、泵压下降;

3、悬重变化不大。

1、钻头接头连接螺纹不一致,螺纹折断;

2、严重憋跳,造成内螺纹胀大脱扣;

3、打倒车造成钻头螺纹倒扣。

1、严格检查螺纹质量;

2、憋跳时,调整钻压,控制钻头扭矩;

3、严防打倒车。

1、钻头整体落井,下磨鞋磨铣;

2、螺纹脱扣可对扣打捞或用丝锥造扣打捞。

2

掉牙轮或刮刀片

1、钻进时严重憋跳;

2、进尺降低或无进尺。

1、产品质量材质加工存在缺陷;

2、使用不当,参数配合不合理,钻压扭矩过大;

3、使用时间过长;

4、操作失误如溜钻,顿钻,严重憋跳。

1、入井前严格检验钻头质量,采用合理参数;

2、遵守操作规程,防止钻头早期损坏,准确判断钻头使用状态。

1、使用磨鞋磨碎;

2、使用打捞篮捞获;

3、使用强磁 捞获;

4、使用一把抓。

3

牙齿掉井

进尺降低,参数无变化

1、钻头选型不适合地层岩性;

2、井底有其他金属落物或岩块;

3、钻头憋跳时操作不当。

1、根据岩性选择钻头型号;

2、严防井底落物,在钻头上加打捞杯;

3、调整参数严防憋跳。

1、下磨鞋磨碎;

2、下强磁捞获;

3、下打捞杯捞获。

4

井口落物(接头、钳牙、钳屑、卡瓦牙、手工具等)

1、未掉入井底,有憋劲或不影响钻进;

2、起钻后或掉入井底严重憋跳,无法钻进。

1、未保护好井口;

2、违反操作规程;

3、未检查井口工具。

1、起钻后盖好井口或在井口修理时管好工具和配件;

2、遵守操作规程。

1、未掉入井底时下钻划眼通至井底;

2、视落物情况下打捞筒、强磁、一把抓或磨鞋。

5

测井仪器与电缆掉井

1、连接不牢;

2、井内遇阻卡或上提速度过快;

3、井口操作失误(电缆打扭)。

1、测井前,井筒畅通,井壁稳定,钻井液性能良好;

2、井口与仪器操作保持密切配合,按章操作。

1、测井仪器带电缆时,采用钻杆穿心打捞工具捞获;

2、仅掉仪器时,可用长捞筒捞获。

2-4                                                下套管作业中的复杂与事故

序号

类型

性质

主要原因

预防措施

主要处理方法

1

粘卡

1、井身质量差,井斜角大,井径变化大,缩径;

2、钻井液性能差,滤饼松软、厚;

3、套管与井眼间隙小。

1、下套管前调整钻井液性能,降切降粘,减摩阻,活动套管;

2、下套管对扣扶正,缩短紧扣时间。

注入解卡剂。

砂卡

1、井壁失稳(环空钻井液倒流或漏失、发生溢流、井喷);

2、洗井不彻底,井内有沉砂(井径不规则)。

1、用重钻井液举砂或调整钻井液性能;

2、及时灌浆,分井段循环、活动套管;

3、控制下入速度,平稳开泵由小到大。

1、提粘、提切恢复循环;

2、套管下到井底造成砂卡,可立即固井(已恢复循环);

3、未到井底砂卡,可先固井,后下尾管封下部井段。

2

循环

梗阻

回压阀堵死

套管内掉入内径规、棉纱、手套、钢丝刷等物。

井口操作严防落物。

中途堵塞,起出套管,已下完套管可射孔固井。

环空

堵塞

井壁坍塌。

调整钻井液性能(下套管前)。

求卡点,下内管带封隔器,射孔固下部井段,再固上部井段。

3

循环

失效

漏失

1、存在漏失层,下套管速度快,产生波动压力;

2、环空堵塞,蹩漏地层。

1、下套管前对漏失层进行堵漏;

2、控制下套管速度。

1、改善钻井液性能,降低钻井液密度,减少排量;

2、起至漏失层,堵漏。

4

挤毁

回压阀挤毁

不及时灌浆,存在过大压差。

1、 按时灌满钻井液;

2、严格按要求检查下井套管。

下套管过程中套管或回压阀被挤毁后,拔出套管更换。

套管

挤毁

不及时灌浆,或套管壁厚不均匀,存在较大椭圆。

5

套管

断裂

螺纹

脱扣

1、螺纹联接不牢,对扣不正,存在错扣;

2、上提压力过大。

1、设计防硫套管及附件;

2、热采井考虑温度对套管影响;

3、上提拉力不超过抗滑脱强度的80%

4、表层或技套最下部套管使用螺纹锁紧剂,并座封在不易坍塌地层;

5、采取有效措施,防止套管磨损。

套管断裂将产生灾难性后果:

1、套管螺纹滑脱,可以对扣;

2、表层或技套断落可以重新注水泥固定;

3、若下部套管断裂可在断裂部位侧钻,后下小一级套管重新固井。

本体

断裂

1、钻井液含有H2S,在高温下产生氢脆;

2、表层或技套底部未固好,受钻柱碰撞;

3、钻柱接头磨穿(井斜较大);

4、地层水含腐蚀物质。

6

套管

泄漏

1、套管本体有裂纹,下井前未进行水压试验;

2、螺纹扭紧程度达不到要求;

3、内压过大将套管胀裂;

4、钻进中将上部套管磨薄或磨穿。

1、下套管进行水压试验;

2、使用合格螺纹脂,按规定扭矩上紧;

3、气井水泥返至地面,用气密封螺纹联接;

4、钻进中钻杆应加保护套。

找漏点后用超细水泥浆挤堵。

2-5                                          注水泥作业中的复杂与事故

序号

类型

主要原因

危害

采取措施

1

漏失

封固段存在低压地层,环空水泥浆液柱与钻井液液柱压力之和大于地层破裂压力而发生漏失。

返高达不到预计要求,不能封隔地层,造成产层和水层互窜。

1、确定地层孔隙压力与破裂压力,采用低密度水泥浆固井;

2、采用分级固井,以减少一次水泥浆封固长度;

3、采用先期完成或尾管固井;

4、利用管外封隔器隔离漏失层;

5、采用管外注水泥工艺,或反循环注水泥固井。

2

蹩泵

1、管内堵塞(胶塞吸入或双胶塞反装);

2、水泥浆闪凝(水泥浆配制不恰当);

3、隔离液与水泥浆接触胶凝;

4、环空桥堵。

套管内留过多水泥塞,而地层漏封。

1、根据井底温度选择水泥品种及外加剂加量;

2、水泥浆入井前进行模拟化验,确定稠化时间和强度;

3、使用合格的隔离液,防止稠化,水泥浆中加入减阻剂;

4、严格执行施工技术措施,适宜的替速和适量的冲洗液。

3

不碰压

1、阻流环挤坏,或阻流环处套管螺纹未上紧(生铁圈);

2、未放胶塞,或胶塞不密封;

3、计量不准;

4、套管有破损。

套外替空造成漏封或管内留过多水泥塞。

1、入井套管按规定进行水压试验,合格后入井;

2、套管螺纹紧扣按规定扭矩上紧;

3、下套管中及时灌浆,防止挤毁回压阀;

4、使用合格胶塞,套管下完后不能长时间循环,防止刺坏密封球;

5、使用准确流量计,慢速碰压。

4

套外水泥

封固后窜槽

1、高压层未压稳;

2、井身质量差,井斜、方位变化大,井径不规则;

3、套管不居中,或替速不够,顶替效率差;

4、注入水泥浆密度不均匀,或水泥质量不合格,自由水析出量超标;

5、封固段存在差异较大的不同压力层系。

产层间互窜,压力传递影响分层开采,甚至井口冒油气。

1、提高井身质量和采用优质钻井液,为固井提供良好井筒条件;

2、精细固井设计,套管居中,清除井壁疏松泥饼;

3、选用管外封隔器,防止油气窜通;

4、优化注水泥工艺,优选水泥外加剂和隔离液;

5、采用分段注水泥工艺,减少水泥浆失水量的影响。

5

漏封产层

1、设计注入水泥量有误,或注水泥时存在漏失(环空堵塞造成);

2、胶塞提前投入,水泥浆未全部替出。

产层漏封,不能正常开采。

射孔补水泥,先确定层位,再进行射孔、挤水泥或不射孔反向注水泥。

3处理事故中的主要技术工具

3.1. 震击解卡工具

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。

3.1.1 震击器的结构特点

震击解卡工具的结构特点是:

1)能提供循环钻井液的通道,满足事故处理工艺要求;

2)能传递扭矩、心轴与外筒之间不能有周向运动;

3)必须有寿命可靠的密封,保持持久的工作能力;

4)要有承受高压高温提供高速运动的储能机构;

5)要有强度极高的震击偶(撞击锤与震击垫);

6)具有调节动载的调节机构;

7)工具两端具有与钻柱联接的螺纹。

3.1.2 震击解卡工具的种类

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表3-1

3-1                                                 震击解卡工具

序号

工具名称

工作原理

使用范围

使用方法

1

液压上击器

活塞在密闭液缸内阻尼运动(有限泄流)使上部钻具伸长,储存变形能。当活塞移动至释放腔时(解除阻尼),上部钻具释放弹性能为机械能,向上震击。

解卡用

安放位置靠近卡点,并与加速器配合使用,两者间加钻铤3-6根。上提吨位确定以钻杆的弹性伸长量大于活塞行程和预计震击拉力伸长量之和。上提到预计吨位后,等待震击。震击后复位,再上提,再等待震击。

2

随钻上击器

深井、定向井、水平井、复杂井钻进中使用

加放在下击器之上,钻进时处于受拉状态。上部接3-4根同直径的钻铤,下部钻铤直径大于或等于震击器直径。解卡操作同液压上击器。

3

超级液压

上击器

同液压上击器。改善了撞击工作面,提高了震击力。

解卡用

使用方法同液压上击器。

4

液压加速器

结构同液压上击器。区别是无泄流孔,液缸为储能器,释放能量,加速上击。

与液压上击器配合使用

接在上击器之上,两者间接3-6根钻铤。操作同液压上击器。

5

机械上击器

利用摩擦卡瓦的摩擦力使上部钻具伸长变形,当卡瓦滑脱时,将上部钻具变形能变为上击力。

深井、高温条件

摩擦卡瓦摩擦力调节150-500kN,下井后调节时,钻具拉伸下正转每千米1.5圈,摩擦力增加20kN(反转减少),靠近卡点安装,上部接5-15根钻铤,上提达到预计滑脱力时随时震击。

6

地面下击器

利用摩擦卡瓦付的摩擦力使卡点以上钻具的重量被提升,卡瓦滑脱时,卡点以上钻具自由下落,撞击落鱼。

卡点越深,效果越好

安装在钻台转盘面以上。调节吨位不能超过卡点以上钻柱的重量,拉力调节从200kN开始(地面调节),逐渐上调。

7

随钻下击器

利用摩擦卡瓦付的摩擦力使工具上部的钻具重量超过卡瓦摩擦力时,上部钻具重量下击卡点。

深井、定向井、复杂井钻进中使用

安放在随钻上击器之下。定向井使用时,可在两者间加适量的加重钻杆。震击操作下放钻具等待下击,然后再上提复位。

8

闭式下击器

利用震击器以上钻具重量和钻具弹性伸长猛烈下放以实现重锤撞击卡点。闭式下击器行程比开式下击器短,工作可靠,液压油起润滑作用,不能压缩储能。

解卡用。卡点越深,效果越好

震击器上接钻铤6-12根。上提钻具,使钻具有一定伸长,猛烈下放,下放距离大于上提距离,产生向下冲击力,然后上提复位,重复震击。

9

开式下击器

3.1.3 震击器的工作原理

⑴ 液压上击器的工作原理

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。撞击过程见图3-1随钻液压上击器和图3-2液压解卡上击器。

a、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。

b、拉伸——向上提拉钻柱,活塞下滑,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。

c、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。

d、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。

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)的工作原理见图3-3

a、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)。

b、摩擦卡瓦棱带接触,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。

c、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。

3.1.4 震击器的操作技术

随钻震击器

a、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。

b、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。

c、震击器以上的钻铤和工具接头的外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。

d、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。

e、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。

    f、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。

g、震击器起出地面时,呈拉开状态,应清洗干净,装好心轴卡箍。

解卡液压上击器

    a、解卡液压上击器,应尽可能靠近卡点安装,震击器下连接安全接头,震击器上部连接钻铤3—6根后连接液压加速器,上部再连接钻铤和加重钻杆。

    b、震击器操作过程同随钻上击器

机械上击器与地面下击器

     机械上击器(见图3-4)与地面下击器(见图3-5)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转动一圈)。

a、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。

b、自由段钻柱上提后的伸长量,不得超过工具的工作行程。

c、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。

d、使用机械上击器与地面下击器,均不能给工具施加扭矩。

3.2. 倒扣、切割工具

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表3-2

    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。

3.3. 套铣工具

    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表3-3。结构与工作原理详见参考书《钻井事故与复杂问题》第一章第十一节。

3.4. 打捞井内钻具断落工具

    井内钻具折断、脱扣、滑扣、以及钻具倒扣作用。井内打捞工具最常用的是公锥、母锥,卡瓦打捞筒、卡瓦打捞矛等打捞工具,其用途与使用方法见表3-4

3.5. 井底落物打捞工具

    打捞井底落伍工具常见的有一把抓,打捞杯,打捞篮,打捞筒等其工作原理与使用方法见表3-5。结构详见《钻井事故与复杂问题》第三章、第四节。

3-2                                                 倒扣、切割工具

作业

内容

工具名称

工作原理

使用范围

使用方法

1

测卡仪

上下弓形弹簧锚与管壁紧贴,当管壁变形时,弹簧锚将变形传给叉形管,改变磁场强度,卡点以下管柱不变形,感流电流为零可测卡点。

38-120mm

38-254mm

两种管内径

加重杆+磁性定位+伸缩杆+振荡器+上下弓形弹簧和传感器(由上而下)下入疑似卡点部位拉、扭,接受感应电流大小确定卡点,磁性定位确定准确深度

2

爆炸松扣

爆炸时接头螺纹处产生瞬时胀大与收缩,在反扭矩作用下螺纹联接松扣。

直井效果好

井内钻具分段紧扣后,爆炸点选在卡点以上2个单根接头处,用转盘施加反扭矩锁住转盘,活动钻具,拉力不超过自由钻具重量的15%,爆炸杆对准接头中点,引爆

3

反扣钻杆

利用反扣公锥或母锥,使用转盘施加反扭矩,反扣钻杆钢级应大于被倒扣钻杆钢级。

作业危险性

较大,需反扣钻杆

造扣后,上提拉力使卡点处于微压状态(20-40KN)转盘硬倒,松扣后,上提30-50KN继续倒扣

4

倒扣接头

代替反扣公锥,不造扣,只对扣,上提胀心轴胀大,螺纹紧固程度与拉力成正比。

上扣容易,也易

退出,不滑扣

对扣后,上提拉力超过原悬重20-40KN,然后倒扣

5

倒扣捞矛

卡瓦在矛杆上下移时,外径增大或缩小(矛杆有锥体)上提时卡瓦卡紧落鱼内壁。

容易退出,

灵活好用可靠

探进鱼顶,卡瓦全部进入鱼头后,上提钻柱(中和点在卡点附近)倒扣。下压钻具右转退出倒扣工具。

6

倒扣

打捞筒

限位环形槽内装三片卡瓦,可在筒内锥面上下移动而胀大缩小,上提时卡紧落鱼。

从落鱼外部

打捞并倒扣

进入鱼顶后,卡瓦推向上部胀大卡紧鱼头,上提倒扣,下压右转可退出工具。

1

机械式

内割刀

卡瓦锚定后,推刀块斜面使刀片外胀与管壁接触,旋转心轴,带动刀片进行切割。

将被卡管柱

在任意位置上

从内向外切割

下放预计切割深度(避开接头),正转3圈加压5-10KN,坐稳卡瓦,以10-18rpm正转切割,每次下放1-2mm,共下放32mm后切割完成

2

水力式

内割刀

利用液力压差推动活塞迫使刀片外张切割管壁,切割完成后停止循环,刀片收回。

从内向外

切割,可段铣套管

下井前先通井,工具在井口做试验,记录泵压。工具下到预定井深后,先开转盘,再开泵,转速50-60rpm,泵压下降2MPa停泵

3

机械式

外割刀

进刀环下部呈锥面,在弹簧作用下向下移动,迫使刀头向中心转动,切割管体。

由外向里

切割管体

套入落鱼后,清洗鱼顶,下到切割部位,上提钻具,剪断销钉,下推进刀环,停止循环,以20-30rpm转动切割

4

水力式

外割刀

利用液力压差推动活塞和进刀套下移,剪断销钉,进刀套推动刀片向内伸出,切割管体。

套入落鱼后到预定位置,开泵压力升高1.02MPa切割销钉,以15-25rpm转速切割逐渐提高泵压到规定要求

3-3                                                      套  铣  工  具

序号

工具

名称

类型

结构特点

适用范围

使用方法

1

铣鞋

铣齿铣鞋

锯齿形齿,齿部堆焊或镶焊硬质合金

套铣环空堵塞物和切钻软地层

根据套铣情况选择铣鞋类型,套铣前应下牙轮钻头通径至鱼顶。深井、复杂井、定向井应将一根铣管试下至鱼顶后,再确定正式套铣时下入管根数。转速根据环隙大小确定,一般30~50rpm。套铣压力以不蹩跳为原则,一般5~30KN,排量根据内外间隙大小确定,不蹩漏地层,不超过额定泵压。套铣中发现异常应立即上提,分析原因后再恢复套进,否则起钻。

研磨性铣鞋

锯齿平,底齿及齿内侧镶焊硬质合金

修理落鱼鱼头外径

保径齿铣鞋

齿平,底部及齿内外两侧镶保径齿

套铣硬地层及稳定器

2

铣管

有接箍铣管

管材两端加工成方扣或梯形扣,内螺纹或外螺纹用接箍联接

接箍联接处有台阶,能承受较大扭矩,适应大环形空间套铣

井径与铣管直径差不小于30mm,铣管内径与被套铣落鱼外径差不小于7mm。铣管下入长度根据井身质量、铣鞋质量、地层可钻性确定,一次最多可下入300m。禁止用铣管划眼,套铣中不允许蹩钻,每套铣30min上提一次。

无接箍铣管

管材两端加工成内、外螺纹直接联接,不用接箍

无内外台阶,可有效利用环形空间,且上、卸方便

3

防掉

接头

打捞接头A

打捞接头与铣鞋用右旋螺纹联接

一次套铣完,可将落鱼捞出。若一次套铣不完,可重新对扣后反转倒扣提出打捞接头

打捞接头与鱼顶对扣后与落鱼成一体,套铣筒继续转动,则打捞接头与铣鞋脱离,开始套铣。

打捞接头B

打捞接头与接箍联接,可加放在铣管任意位置

一次套铣完,可将落鱼捞出。有防止背锁效应的功能

套铣打捞原理同A

4

套铣倒扣器

装在铣管顶部,铣完一段落鱼后倒扣器对扣接头和落鱼对扣,然后爆炸松扣,将落鱼捞出

落鱼水眼畅通,可爆炸松扣

套铣参数同上,套铣长度小于套铣管长度

5

套铣防掉矛

卡瓦滑套与摩擦块作用防止落鱼下滑

落鱼不在井底,套铣完后防止落鱼再次掉入井底,使用无接箍铣管

当套铣到鱼顶时,正转对扣,扭矩减少,对扣成功,上提起钻

3-4                                               打捞井内钻具断落工具

工具

名称

用途

工作原理

使用方法与适用范围

1

公锥

从鱼头内孔打捞

强行攻扣,联接落鱼

分左旋与右旋螺纹,表面硬度HRC≥60,鱼头清洗后,找鱼顶泵压微升,停泵对扣,加压10-40KN,造扣4-6圈,上提悬重增加,开泵循环,起钻

2

母锥

从落鱼外部打捞

强行攻扣,联接落鱼

分左旋与右旋螺纹,主要打捞外径较小的落鱼,如钻杆、油管。使用方法同公锥

3

卡瓦

打捞筒

篮状

从落鱼外部打捞,接触面积大,强度高

内装篮状卡瓦,与筒体内齿左旋配合

卡瓦内径小于鱼头外径2mm,捞筒外径小于井径20mm,小于套管内径6mm。探鱼顶后,加压套入鱼顶(可开泵),泵压上升,加压30-50KN。上提悬重增加,若落鱼被卡,可正转倒出打捞工具

螺旋状

内装螺旋卡瓦,与筒体内齿左旋配合

4

卡瓦

打捞矛

LM

从落鱼内部打捞

卡瓦装在心轴外部,左旋螺旋配合

卡瓦下行,外径涨大,可捞住落鱼;卡瓦上行,卸去外挤力可退出,卡瓦外径大于内径2-3mm

分瓣捞矛

矛爪装在涨管上,上提即可捞获

捞套管、油管接箍螺纹,进入鱼顶,上提即可捞住落鱼

5

安全

接头

AJ

联接在打捞工具上部,落鱼被卡时可退出上部打捞钻具

锯齿形螺纹,可快速拆卸

卸扣力矩为上扣力矩的40-60%,上提钻具,安全接头受力5-10KN,反转退扣

H

滑块与滑槽配合,剪销后退出

上提管柱,剪断销钉,滑槽沿滑块运动,转动一定角度,安全接头退出

弹簧型

矩形螺纹联接,弹簧锁紧

安全接头不受拉、压时,倒转

6

可变弯接头

在大井眼处找鱼顶,接在打捞工具上部

利用活塞作用球杆改变方向

井口开泵试验后下井,清洗鱼顶后停泵,将限流塞投入钻杆水眼,小排量循环,蹩压打捞,捞获落鱼,打捞限流塞

7

铅模

判断鱼头形状

铅的硬度较软,与鱼头接触后留下痕迹

铅模直径小于井径10%,下井前严防碰撞,起下钻严重遇阻,转动,鱼顶清洗后下压打印,每厘米直径加压0.15-0.60KN

8

壁钩或弯钻杆

大井径内拨动鱼头

利用不同心转动时圆周范围加大

接在打捞工具上部,弯曲度应在井径许可范围内,下至鱼顶缓慢转动或不同方向探顶

9

套筒磨鞋

磨铣不规则鱼头,为打捞创造条件

在套筒内安装磨鞋,套住鱼头磨铣

套管外径小于井径6%,内径大于鱼头外径10mm以上。套入鱼顶后加压5.0-30KN磨铣

10

扩孔铣锥

扩大落鱼水眼,以利打捞作业

铣锥插入水眼磨铣扩孔

扩孔时低速、低压。10-20KN30-40rpm。计算准确扩孔尺寸满足打捞工具要求

3-5                                                 井底落物打捞工具

序号

工具名称

用途

工作原理

使用方法与使用原理

1

一把抓(指形打捞篮)

打捞牙轮、刮刀片、卡瓦牙、手工具等

抓拦齿插入地层,套住落物

到井底后先加压,再转动,使齿向井底中心包拢,套住落物,适用于较软地层。

2

GH形打捞杯

碎铁块及岩块,如牙轮滚珠,牙齿及磨碎物等

利用杯口直径变化,钻井液流速突降,碎物沉入杯中

接在钻头上或单独下入井底,循环后突停泵,反复打捞,适合边钻进边打捞作业

3

磁铁打捞器

打捞碎铁块及牙轮等

利用金属磁化后被吸附

下至井底23米时循环后停泵,慢放至井底轻压(不同方向)起钻不许用转盘卸扣

4

反循环打捞篮

打捞碎铁块及牙轮等

利用工具反循环作用将落物冲入篮内

根据落物大小选择篮框及铣鞋,大排量循环后,投球后边循环边转动下放,适当加压

5

卡板式打捞筒

较长接头,撬杠,测井仪等细长杆

利用卡板或卡簧卡住或挂住落物

下至鱼顶,循环钻井液后探鱼顶,依记号,慢转钻柱,使引鞋拨动落物进入筒内,再下放钻柱,让落鱼全部套入

6

卡簧式打捞筒

7

磨鞋

磨碎金属落物,如钻头接头,及其他落物

利用硬质合金等耐磨材料磨铣井底碎物

磨鞋直径应比井径小58%,在套管内应小68mm先压住落物,再开泵(小排量)。磨进时,严防过大扭矩,每30分钟上提钻具一次

4.处理钻井工程事故中应主要关注的问题

4.1. 探鱼顶

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。

4.2. 井内安全问题

     在制定事故处理方案时,对井下安全应考虑周全。

(1) 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。

(2) 入井工具全部检查并绘图(外形尺寸与打捞尺寸)。

(3) 在打捞钻柱中一律不许加入稳定器。

(4) 大钻具尽可能少用。

(5) 螺纹连接必须紧固,起钻时不能用转盘卸扣。

(6) 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。

(7) 保护好井口,起钻后盖好,高压井应有专人观察井口。

(8) 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。

4.3. 处理事故中的有关计算

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。

4.3.1 卡点位置计算

    浸泡时计算注入量,必须了解卡点位置。可用虎克定律,应力与应变成正比的方法确定(用测卡仪测量卡点,是倒扣套铣前必须采用的方法)。

卡点深度(自由段钻柱长度)

 ……………m……………1

式中:E—钢材弹性系数,取2.06105MPa;

A—  自由段钻柱横截面积,cm2;

自由段钻柱在P力作用下的伸长,cm

P—自由段钻柱超过自重后的拉力,kN

由公式(1)计算出来的卡点位置在现场有时存在较大误差,其原因是:

①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;

②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0.8~1.0%,影响计算精度;

③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。

4.3.2 压差卡钻程度的计算

    按照压差卡钻的理论,摩擦力是与钻柱与虑饼的接触面积A井筒静液柱压力pm与地层压力pd差,井壁虑饼的磨阻系数μ成正比。即:

  ………………kN…………2

式中:μ—滤虑饼摩阻系数,一般取值在0.05-0.25之间,根据现场测定值确定;

A—钻柱与井壁接触面积,cm2;

pm,pd—井壁静液柱压力与地层压力,MPa

由公式(2)可以得出以下结论

①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μ,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;

②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;

③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。

分析公式(2)时,也应注意以下问题:

①按公式(2)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μ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。

②公式(2)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,不给相对静止接触的时间(转动),卡钻的可能性也减少。这就告诉我们,在钻进中减少卡钻的条件是:不给钻柱静止停留在井筒内的时间。而且静止时间越长卡钻越严重。

4.3.3 上击器震击动载计算(震击模型见图4-1

     上击器震击动载采用能量法计算撞击时的变形,由变形再计算动载,得出计算公式为: 

Q上  ……kN…………3

式中:

  …………kN/cm …………刚度系数;

       …………系数;

      ΔL1—在上提拉力p作用下,震击器以上钻柱的变形(伸长量),cm

      h—震击器的有效打击行程,cm

      E—钻柱钢材的弹性系数,MPa

      F1,L1上击器以上的钻柱横截面积(cm2)和长度(cm);

      F2,L2上击器以下的钻柱横截面积(cm2)和长度(cm);

由公式(3)可以分析得出如何正确使用上击器:

①震击器的结构参数h一定时(设计确定)震击动载Q上与C2成正比,而C2与L2成反比,与F2成正比,即震击器越靠近卡点(L越短),下部钻具直径越大,则动载越大;

②Q上与ΔL1成抛物线关系,当ΔL1的值超过h的一半后Q增加很快,当ΔL1值增加到一定程度后,动载Q增加缓慢,而ΔL1与上提力p成正比,因此上提力p的大小确定动载大小;

③当ΔL时,Q上=0,即上提力太小,是变形量ΔL等于或小于自由形成的一半时,震击器空击。

4.3.4 下击器震击动载计算(震击模型见图4-2

    下击器下击动载计算,利用能量守恒原理,将上部钻柱自由下落的动能转变为被卡钻柱的变形能,求出震击器的动载可以得出:

Q下……………………KN…………………4

式中:K1,K2,K3为计算系数

      

W1—震击器上部钻柱重量,kN;

W2—震击器至卡点的钻柱重量,kN

C1,C2—震击器上下钻柱刚度系数 kN/cm

由公式(4)可以得出,动载QT与震击器自由行程h的平方根成正比,当h一定时,与震击器上部钻柱重量成正比。

4.3.5 钻柱在井筒内自由降落时的速度与对井底冲击力计算

a、钻柱在井筒内自由降落时的速度

钻柱在井筒内自由降落时,可视为在液体中的自由落物,在降落过程中,钻柱受潜水阻力、井壁摩阻力和液体阻力。下降速度越大,所受阻力越大。当下降速度达到一定值时,重力与阻力平衡,下降速度不再增加,等速下降。钻柱在井筒内降落时受力状态见图4-3

钻柱在井筒中降落速度v按下式计算:

………………………………………⑸

式中:

—钻井液密度,kg/m3;

—井眼实际井径,m

—落鱼外径,m

m—钻井液动力粘滞系数;

 L—落鱼钻柱长度,m ;

   ;

m—落鱼钻柱质量,kg

 g—重力加速度,9.81m/s2;

 ;

—钢材密度,7850kg/m3;

a—井斜角,°;

f—井壁滤饼摩擦系数,取0.1~0.25

将已知数据代入后可求出A、B、C、D、系数,代入公式可得出方程式,用龙格库塔法求解,可求出落鱼在井筒内降落速度v。

由公式可知:落鱼的长度L与直径越大,井眼与钻柱的间隙越宽,井斜角越小时,下落速度越快。钻井液动力粘滞系数、滤饼的摩擦系数越大,会减缓钻柱的下降速度。

b、自由降落钻柱对井底的冲击力

    根据撞碰原理:mv=FT…………………………………………⑹

T—钻柱与井底岩石碰撞接触时间与岩石的刚度(硬度)有关,硬地层时间短,塑性地层碰撞时有塑性变形,接触时间长。钻柱降落距离越大,速度v越大,钻柱重量越大,地层越硬,对井底的碰撞力越大(接触时间T短)将会对钻头钻具造成极大破坏。

c、自由降落钻柱(带钻头)对三牙轮钻头的破坏

    设冲击力均匀作用在三个牙轮上,则每个牙轮承受F/3,而作用在牙轮轴上的力为RB(见图4-4)。

    则…………………………kN…………⑺

a—牙轮轴的水平夹角,一般为34°~38°。

地层反力RB使牙轮轴产生弯曲(单臂梁)而从根部折断。

水平分力………………kN…………⑻

RT的作用将三个牙轮向井眼外推移,受井眼直径限制,此力作用在井壁上。若井眼井径扩大率较大,三个牙轮向外作用后,迫受三个巴掌焊缝胀开,涨大程度由井径确定。

4.3.6 处理井下事故常用的钻柱结构

在处理井下事故作业中,一般情况下不能使用原钻进的钻具结构。需根据井下条件、打捞目的、入井工具等选配最安全的满足打捞作业的钻柱结构。总原则是下得去,用得上,起得出。表4-1为常用的处理井下事故时的钻柱结构。

表4-1                    处理井下事故常用钻柱结构

序号

工具

尺寸选择

井下条件

钻柱结构

1

公锥

根据落鱼

水眼尺寸

水眼畅通,

鱼头无损伤

公锥+安全接头+钻铤30m+钻杆

2

母锥

根据落鱼外径

母锥+安全接头+钻铤30m+钻杆

3

打捞矛

有效打捞

尺寸比水眼

3mm

复杂

打捞矛+安全接头+下击器+上击器+钻铤

+加速器+钻杆

一般

打捞矛+安全接头+钻杆

4

打捞筒

内径比落鱼

3mm

复杂

打捞筒+安全接头+下击器+上击器+钻铤

+加速器+钻杆

一般

打捞筒+安全接头+钻杆

5

磨鞋

直径较井眼直径

10~25mm

磨鞋+打捞杯+钻铤50~80m+钻杆

6

铣鞋

外径较井眼直径

10mm,内径大于套铣钻具7mm

复杂

铣鞋+套铣筒+配合接头(或安全接头)

+下击器+上击器+钻铤30~50+钻杆

一般

铣鞋+套铣筒+配合接头+钻杆

7

反循环

打捞篮

外径小于井眼直径12~25mm

打捞篮+打捞杯+钻铤50~80m+钻杆

8

磁力

打捞器

外径小于井眼直径10~40mm

磁力打捞器+打捞杯+钻铤30m+钻杆

5. 典型钻井工程事故处理实例

5.1. 大庆油田葡深1井钻铤公扣折断钻铤落井事故

事故发生时间:19981219700

事故处理结束时间:1999615

事故发生井深:f311.2mm井眼,3042.05m

5.1.1 事故发生经过

该井为松辽盆地西部断陷古龙断陷北部葡萄花构造上的一口预探井,完钻井深5500.00m1998718日开钻,使用F320钻机。19981219日使用f311.2mmHA517钻头钻至井深3042.05m泉一段地层时,进尺慢,泵压下降1MPa,检查泵时发现活塞刺,分析钻头到后期(钻头进尺86.62m,使用9335小时),决定起钻。1300起至井深1049.00m(钻头已进入技套井段内,技套下深1587.25m)时,因转盘输出轴承损坏,准备换轴承,间断循环钻井液。2200开泵时,方钻杆跳动,悬重下降350KN,判断为钻具折断。1220730起完钻,发现f178mm钻铤与f203mm钻铤间的配合接头631×410外螺纹根部(2扣处)断裂。

落鱼长度:f311.2mm钻头+f305mm近钻头稳定器+f229mm双向减振器+f305mm稳定器+f229mm钻铤×2+f305mm稳定器+f229mm钻铤×3+731×630接头+f203mm钻铤×12根,总长164.52m(见图5-1)。

鱼顶深:2877.53m

落鱼行程:1948.05m

落鱼在钻井液中重量(钻井液密度1.18g/cm3,正电胶钻井液体系):336.94KN(计算重量)。

5.1.2 事故原因分析

⑴  本井f311.2mm井眼从井深1588.00m使用PDC钻头,满眼钻具结构钻进。在井深2394.02m2466.40m钻铤外螺纹断裂2次。使用f114mm公锥打捞一次成功。以后使用牙轮钻头、满眼钻具结构,在井深2618.32m2751.78m2815.43m2861.22m4次钻铤,2次使用卡瓦打捞筒,2次使用公锥顺利捞获,前6次断钻铤均发生在钻进中。本次接头折断是第7次,发生在起钻过程中。

本井使用的钻铤全是国产修复钻铤,入井前已经长时间使用,均属于疲劳破坏(本次事故处理完后,采用进口钻铤)。

  本次钻铤落井是由于631×410接头外螺纹刺断造成,泵压下降1MPa,钻速慢(钻井液短路循环),判断为泵活塞刺(误判),因而起钻时未采取有效应急措施。起钻至1049.00m时,又长时间循环,加剧了刺口加大,终因下部钻具太重而断裂。起出断口仅有2cm的新截面长度。

5.1.3 事故处理经过

一起普通的钻铤落井事故,由于在打捞过程中又发生第二次落鱼掉井,使井下情况复杂化,因而延误了事故处理时间。

本次事故处理共分4个阶段,历经5个月25天,其中事故处理时间11820小时,组织停工时间5318小时。直接经济损失843万元。

⑴ 19981220—1999年元月20日,用31天时间10次打捞(5次下公锥,1次下卡瓦打捞筒,4次下丝锥),共捞获落鱼159.08m,井内余落总长5.44m(钻头、近钻头稳定器与1/2减振器长度)。打捞情况见表5-1

5-1                          第一阶段打捞情况

序号

打捞时间

打捞工具

鱼顶深度

m

打捞情况

1

1998.12.28

5 ½²公锥

2877.53

打捞成功,起钻至1612m遇卡,钻具落井

2

1999.1.4

卡瓦打捞筒

显示不明显

打捞失败

3

1999.1.5

5 ½²公锥

2994.56

捞获f203mm钻铤×12根,f229mm钻铤×1根,长117.03m。落鱼长47.49m 

4

1999.1.7

5 ½²公锥

3012.67

捞获f229mm钻铤×2根,长18.11m。落鱼长29.38m 

5

1999.1.10

5 ½²公锥

打捞成功,鱼顶起钻至1788m遇卡,公锥脱掉

6

1999.1.12

5 ½²公锥

1788.00

造扣成功,鱼顶上提至1727.98m遇卡,1300kN上提活动,减振器螺纹拉断,捞出f229mm钻铤×2+f229mm减振器的一半,长23.94m。落鱼长5.44m,鱼顶深1751.92m

7

1999.1.13

丝锥

1751.92

打捞失败

8

1999.1.16

内捞矛

打捞失败

9

1999.1.17

内捞矛

打捞失败,捞矛卡瓦片掉入井内

10

1999.1.19

丝锥

1751.22

丝锥落井(0.70m),落鱼长5.97m

第一阶段打捞作业评述

落鱼长164.52m,净重336.94KN,落鱼行程1948.05m。在井筒内是自由落体,当高速降落时,同时又受到液体的阻力,阻力与下降速度的平方成正比,当阻力平衡钻具重力时,落鱼在井筒内等速下降。利用冲量等于动量原则,mv=F·T,可计算出钻具冲向井底的动载,而这种动载直接作用在钻头上。由于钻铤是弹性体,本身还加有减振器,这种动载依次向上传递,逐渐减弱。直接受力的钻头被破坏。这种破坏有2种形式,一是牙轮轴折断(弯曲变形),二是巴掌焊缝断开。巴掌开裂涨大(受井底井壁限制)在井径缩小处便造成卡堵。本井第一次打捞成功后起钻至1612m时遇卡,便是由于钻头巴掌裂开造成的。起钻时应采用相应的措施,避免卡阻。

第二次落井落鱼行程1430.05m,再次对钻头造成损伤,同时使落鱼钻具断成3段,从上至下分别为117.03m18.11m29.38m

第五次下钻打捞,将剩余的29.38m捞获后,鱼顶起钻至1788.00m遇卡,同样是由于钻头巴掌裂开涨大所致,由于落鱼重量轻,钻头巴掌已被卡死,未能落到井底。

第六次下钻打捞,鱼顶上提至1727.98m遇卡,上提1300KN,落鱼卡死,将减振器螺纹拉断。起出23.94m,鱼长5.44m,鱼顶深1751.92m

第七次下丝锥打捞是错误的决策。减振器螺纹被拉断,可见落鱼卡死的程度,即使打捞成功,还能拔出来吗? 

⑵ 1999年元月20—199926日,17天时间打捞丝锥,下钻12次(接头对扣5次,卡瓦打捞筒6次打铅印1次),均未成功。打捞情况见表5-2

5-2                              丝锥打捞情况

序号

时间

作业内容

打捞工具

打捞情况描述

类型

尺寸

mm

1

1999.1.21

对扣

411接头

无扭矩,打捞失败

2

1999.1.22

对扣

521接头

无扭矩,打捞失败

3

1999.1.23

打捞

卡瓦打捞筒

f273

无扭矩,打捞失败

4

1999.1.4

打捞

卡瓦打捞筒

带壁钩

f273

打捞失败

5

1999.1.25

打捞

卡瓦打捞筒

带弯接头

f273

打捞失败

6

1999.1.26

打捞

弹性打捞筒

f273

打捞失败

7

1999.1.28

打捞

弹性打捞筒

f273

掌片断2只,未捞获

8

1999.1.30

拔鱼头

钩子

9

1999.1.31

打捞

弹性打捞筒

打捞失败

10

1999.2.1

对扣

带f165

可弯肘节

打捞失败

11

1999.2.3

对扣

弯接头

20

打捞失败

12

1999.2.4

打铅印

铅模

鱼头不规则,丝锥可能碎裂

第二阶段打捞作业评述

第二阶段打捞丝锥作业费时17天,一无所获。此阶段作业的指导思想,仍然是建立在井壁泥饼厚、井眼小被卡的设想上,对井下落鱼被卡的性质和严重程度分析不够。此阶段作业是可以不进行的,应直接进行套铣(因已被卡死)。

⑶ 199927—1999519日,101天,套铣被卡在井筒1751.22m-1757.19m的落鱼。共套铣47次,磨铣3次,打铅印2次,打捞5次,套铣后被卡落鱼掉入井底。最后下卡瓦打捞筒捞出全部落鱼。鱼长2.54m(钻头0.16m+螺扶2.02m+减振器0.36m),比原鱼长少3.43m,近钻头稳定器棱被全部磨掉,直径为187mm-225mm,钻头巴掌全部铣掉,仅剩水眼部分。在磨铣过程中,钻头巴掌全部铣掉,仅剩水眼部分。在磨铣过程中,带打捞杯。共捞出金属屑重量21.05kg。套铣情况见表5-3

5-3                         第三阶段套铣作业情况

序号

时间

作业内容

入井工具

作业过程及井下情况描述

名称

尺寸

mm

1

1999.2.6-4.1

套铣37

铣头

f304×f232

套进压力5-20KN,转速20rpm,排量45l/s,共套进4.50m(鱼顶1751.39m

2

1999.4.2-4.4

打捞3

卡瓦打捞筒

内径f212

过计算鱼顶4.5m,无任何显示

3

1999.4.5

探鱼顶

强磁打捞器

f275

探鱼顶1754.82m,比原鱼顶下降3.43m

4

1999.4.7

打铅印

铅模

f295

呈月牙形,判断为丝锥

5

1999.4.10

打捞1

卡瓦打捞筒

f294

下放过鱼顶1.0m,上提03m,上提20T未解卡,下击30T,卡瓦打捞筒下移1.58m,再上击时卡瓦打捞筒下部断0.91m

6

1999.4.12

打铅印

铅模

f295

与上此铅印重合,表明卡瓦打捞筒断裂部分已在减振器环空

7

1999.4.25-4.30

磨进

磨鞋

f300平底

压力5-10KN,转速50rpm,排量40l/s,磨进0.10m

8

1999.5.5-5.12

套铣7

铣头

f304×f232

套铣至井深1757.15m,无阻卡,再向下放至1859.72m,已套过鱼底

9

1999.5.13

套铣

铣头

f301×f232

铣头下至井深3038.78m遇阻起钻,落鱼已掉入井底

10

1999.5.14

探鱼顶

牙轮钻头

f311.2

实际鱼顶3039.37m,落鱼计算长度2.68m(比原落长少3.29m

11

1999.5.16

套铣2

铣头

f308×f226

套铣顺利,阻力小,过鱼顶2.27m

12

1999.5.19

打捞1

卡瓦打捞筒

f300

打捞出钻头0.16m+螺扶2.02m+减振器0.36m,共长2.54m

第三阶段套铣作业评述

第三阶段套铣作业是完成卡在井深1751.19m-1757.36m井段的落鱼(原落鱼长5.44m+丝锥0.53m,共5.97m)。根据使用后的铣头分析,落鱼环隙间有金属掉块,疑为内捞矛卡瓦片和丝锥碎块。在套铣过程中,落鱼逐渐下移,探鱼顶为1754.82m,下移3.43m

②1999510日下卡瓦打捞筒打捞时,又将打捞筒下部折断0.91m留在落鱼环隙,后下磨鞋磨进和套铣,将落鱼磨掉了3.29m。当套铣至井深1757.15m时落鱼环隙堵塞物基本清除,落鱼已掉入井底。

套铣作业时间101天(计5.97m的落鱼),效率甚低。主要原因是落鱼环隙掉入金属物(卡瓦片和丝锥碎块)。

 打捞清理井底碎物作业阶段

1999519—1999615日费时26天。5次下磨鞋带打捞杯,9次下强磁带打捞杯,2次下牙轮带打捞杯,1次试钻进。共捞出铁屑10.85kg。在磨进中,将井深由3042.05m加深至3061.39m,共磨进19.34m。井底基本清洁,正常钻进,事故解除。此阶段作业情况见表5-4

5-4                       打捞清理井底碎物作业情况

序号

时间

作业内容

入井工具

作业过程及井下情况描述

名称

尺寸

m

1

1999.5.20-6.4

磨进

磨斜

f295

带打捞杯,压力10-20KN,转速40rpm,排量40l/s,磨进至井深3046.30m

2

1999.6.12

试钻进

HA537

f311.2

3046.30m钻进至3061.39m,蹩跳严重,上提挂卡,蹩掉82齿

3

1999.6.13-6.15

打捞碎物

强磁

f275

2次打捞共捞出碎块1kg,岩块6kg

5.1.4 经济损失与经验教训

 事故经济损失

直接经济损失主要由两部分组成,一是处理事故的时间损失费用,按日费计算,二是处理事故用工具、材料以及钻铤损失等。经济损失见表5-5

                    处理事故经济损失

序号

计费项目

计费依据

计费天数

(天)

合计费用

(元)

备  注

1

事故处理时间

43826.00/

119

5215294.00

2

组织停工时间

41391.00/

54

2235114.00

3

工具材料

968068.00

实际发生计算

4

螺扶、减振器、钻铤

183850.00

5

合           计

8436861.00

⑵ 经验教训

    ①对井下情况判断失误,造成 处置措施不当。这是事故处理中致命的问题,关系事故处理的速度与成败。

本次断钻具事故实属一般性事故,何以变成复杂事故呢?从一开始,发现泵压下降判断为泵活塞刺,没有考虑钻具刺坏短路的可能性,因而起钻时仍然用转盘卸扣,更为严重的是中途长时间循环,加速刺断(仅剩下2cm长的新断面),使钻铤在井筒内行程1948.05m冲向井底,造成钻头巴掌开裂,牙轮轴折断。不用转盘卸扣,此事故是可以避免的。

当第一次公锥捞获后,上提遇阻,应当考虑是钻头巴掌开裂涨大造成的(井壁泥饼因素不是主要的),起钻上提时应采取预防措施,不能提死。上提遇阻后公锥滑脱,第二次中途落井致使落鱼断成3段,减振器联接螺纹涨大。

第五次下公锥打捞,鱼顶上提至1727.98m遇阻,上提1300KN,减振器联接螺纹断裂。同样是由于钻头巴掌涨大造成的。从完井电测井径可以看出,1788.6m-1713.6m井段75m平均井径366.7mm,而1788.6m以下井径422.6m,如果钻头巴掌开裂涨大到422.6mm(极端状态下)那么起至小井眼处,直径差60mm,是很难通过的。

处理事故的工具选择不当。致使打捞失败,并造成打捞工具部分掉入井内,使事故处理更加困难。

如在使用丝锥和内捞矛打捞过程中,操作不当将内捞矛卡瓦片和丝锥下体掉在鱼顶上部,被迫中断落鱼打捞而处理丝锥。

处理事故准备不足,工具质量不合格

在处理事故过程中,由于等措施、等工具、组织停工达54天,浪费了处理事故的尚佳时机,可能使落鱼在井内的条件恶化(如井塌、沉砂、堵水眼、泥饼增厚等)。加工的丝锥不是表面淬火,而是整体淬火,入井后碎裂,套铣头2次碎裂落井,这些都增加了事故处理的难度。

5.2. 塔里木盆地丰南1井卡钻事故

5.2.1 概况

该井位于塔里木盆地阿瓦堤和田下流鼻状构造带阿南二号构造高点上的一口深探井,设计井深6800.00m,使用ZJ-70D钻机,于199781日开钻,f508mm表层下深301.60m,第一层技套f339.7mm下深3216.32m,第二层技套井段采用f311.2mm钻头,于912日开钻,到199814日采用KCL聚合物钻井液,密度1.76g/cm3,满眼钻具结构钻至井深5185.38m二叠系上碎屑岩地层时,钻遇高压水层(水层压力当量密度为2.185g/cm3),大量地层水侵入井筒,钻井液密度由1.76g/cm3下降至1.58g/cm3,钻头在井底,由于井壁坍塌造成卡钻。

卡钻后经4次浸泡,8次套铣和11次爆炸松扣后,鱼顶井深4317.78m。由于落鱼钻杆水眼堵塞,被迫采用裸眼侧钻,井内落鱼钻具总长827.60m(见图5-3)。

裸眼侧钻井段4216.78m-4298.85m,最大井斜3.8°,方位195°,经稳斜与降斜后钻至井深5121.00m后(未钻至原井深5185.38m,目的是避开高压水层)下f244.5mm第二层技术套管(见图5-3)。

第二次侧钻在95/8″技术套管内。81/2″钻头钻至井深6005.23m时,钻进中发生井漏卡钻。

81/2″裸眼井段中有一个高压含气水层(5179.00~5207.00m)和一个严重漏失层(5561.50~5565.00m)。高压水层压力当量钻井液密度为2.185g/cm3,裸眼钻进时钻井液密度为2.20~2.23g/cm3。钻进漏失层时采用锯末、核桃壳、云母、蛭石以及MHH等综合堵漏成功。当钻进至井深6005.23m时,转盘扭矩增大,上提3.13m,循环钻井液突然失返卡钻。

卡钻后套铣倒扣至鱼顶5149.92m,由于连续发生井漏和溢流,造成套管鞋以下裸眼井段井壁坍塌,在处理井塌过程中又造成反扣钻杆被卡,倒出大部分反扣钻杆后在套管内还余留反扣钻杆落鱼长29.34m。由于在81/2″井眼内已有两段落鱼(下部为正扣钻具鱼长855.31m,上部为反扣钻杆鱼长29.34m)且两落鱼间有长18.95m的砂桥,而上部反扣钻具鱼顶在井深5101.63m,处在95/8″套管内(见图5-4)。继续打捞落鱼在技术上存在很大困难,因此决定在95/8″套管内开窗侧钻。

开窗作业耗时14天(包括开窗前准备工作等),地锚头深度5053.62m,斜铁顶深5049.45m,斜铁底深度5053.03m,窗口顶深度5049.26m,窗口底深度5053.69m,窗口长4.43m(见图2)。斜向器斜面角,出窗口用转盘增斜,最大井斜3.6°,方位248°,然后稳斜和降斜至井深5300.00m,井斜降至1.7°恢复正常钻进(见图5-5)。

第一次在121/4″井眼中裸眼侧钻耗时19天(达到侧钻设计要求的夹壁墙厚度),第二次在95/8″套管内开窗侧钻耗时29天。

深探井中由于区域地质资料不祥,地质条件复杂情况下发生的卡钻事故,处理很困难,且耗时旷日,增加了探井的钻井成本。在适当条件下采用成熟的侧钻技术也是尽早解除复杂卡钻事故的途径。

5.2.2 12¼″井眼裸眼侧钻技术

侧钻前准备工作

为选择最适宜的侧钻井段和侧钻方位,在侧钻前对鱼顶以上裸眼井段进行了井斜、方位和井径测井。电测井段为3216.00~4310.00m,电测资料表明,121/4″井眼井身质量极佳,在侧钻井段井斜均在以内,方位在330~357°之间,因此确定侧钻新井眼的方位为180~200°之间(与原井眼方向相反)。

水泥塞长度要求不少于150m,设计水泥面深度4186.00m

钻杆下深至4250.00m,水泥面预计返至4100.00m。注前置液3.5m3,注水泥浆20.4m3(密度1.95g/cm3),替钻井液(密度1.62g/cm3)35.0m3,起钻至井深3872.70m,候凝72h

实际水泥面4165.50m,钻水泥塞至井深4186.00m,准备从此井深造台阶侧钻。

造斜作业

①4186.00~4216.78m井段

造斜作业底部钻具结构为121/4″R60ST钻头+73/4″单弯(1.5°)螺杆+8″螺旋钻铤×4+8″随钻振击器+8″螺旋钻铤×1根。

造斜钻进技术参数为10~20KN,排量32l/s,钻井液密度1.63g/cm3。

采用单点测斜。

在造斜钻进中,井底钻具因发生粘卡频繁,上提活动钻具,致使工具面角经常改变,在井壁造台阶困难,螺杆在井底工作64:00h,进尺30.39m而未能侧出原井眼,只是钻掉了水泥塞,第一次造斜失败。

②4216.78~4256.95m井段

针对单弯螺杆造斜失败,为防止粘卡,降低钻井液密度至1.46~1.63g/cm3,改单点测斜为SST随钻监测,以保持工具面角不变,同时用直螺杆(带2.5°弯接头)取代单弯螺杆造斜。

底部钻具结构同前,只是在弯接头上加一根8″无磁钻铤,钻进参数不变。从井深4216.78m开始造台阶至4235.68m,造斜进尺18.90m,螺杆工作70:00h。井斜从0.4°增至1.4°,方位245°,离造斜点位移0.32m。钻井液中返出新地层岩屑含量50%,表明新井眼已经形成。

为了提高造斜效果,在井深4235.68m以下井段使用1.5°单弯螺杆,其它参数不变,钻至井深4256.95m,螺杆工作83:00h,造斜进尺21.27m,井斜达到2.1°,方位186.8°,井底位移(相对造斜点)0.92m,返出钻井液中新地层岩屑含量90%以上,表明新井眼已经离开了原井眼,完成了造斜作业。

增斜钻进

采用增斜钻具以转盘增斜。

增斜作业底部钻具结构为121/4″HA517钻头+Ф310稳定器+8″无磁钻铤×1+8″螺旋钻铤×13+8″随钻振击器+8″螺旋钻铤×1根。

增斜钻进技术参数为钻压200KN,转速60rpm,排量32l/s。单点测斜。

增斜进尺62.90m,至井深4298.58m时,井斜3.8°,方位195°,井底位移(相对造斜点)2.62m。表明新井眼与原井眼已形成了较厚的夹壁墙。

稳斜侧钻钻进

为了达到新井眼与原井眼夹壁墙厚度不少于10m的设计要求。从井深4298.58m以下井段采用稳斜底部钻具结构,稳斜钻进。其钻具结构为121/4″HA517钻头+8″无磁钻铤×1+Ф310稳定器+8″螺旋钻铤×13+8″随钻振击器+8″螺旋钻铤×1根。

稳斜钻进技术参数为钻压210kN,转速55rpm,排量32L/s

稳斜井段进尺163.53m,至井深4462.09m时,单点投测3.5°,井底位移(相对造斜点)12.00m,达到设计要求。

降斜侧钻钻进至井深5121.00m

降斜底部钻具结构为钟摆钻具结构,其结构为121/4″HA517钻头+9″振击器+9″螺旋钻铤×2+Ф310稳定器+8″螺旋钻铤×13+8″随钻振击器+8″螺旋钻铤×1根。

钻进技术参数从4462.09m4510.00m采用低钻压80~100KN钻进,利用钟摆力降斜,待稳定器进入有降斜趋势的井眼后再恢复正常钻压200~220KN钻进。

在井深4633.80m起钻时,单点投测井斜3.0°,以下井段仍使用钟摆钻具钻进,直至井深5121.00m。电测井底井段井斜在0.5°左右。

121/4″井眼裸眼侧钻进尺904.22m4216.78~5121.00m)耗时71天,顺利的钻完预计的三完井深。

5.2.3 9⅝″套管内开窗侧钻技术

开窗前准备工作

开窗前准备工作是决定开窗作业成败的关键。其中包括井段的选择,地锚和斜向器的固定,开窗工具的准备等。

为了确定开窗部位,从鱼顶(5101.63m)以上至4000.00 m井段(套管内)进行了井斜、地层倾角、声幅、变密度、自然伽玛和磁性定位等测井。

侧钻窗口应选择在套管本体(本井套管钢级为P110,壁厚11.99mm)且套管外水泥环胶结良好,斜向器方向应与原井眼倾斜方向相反。为了顺利开窗,窗口应避免在接箍和装有套管扶正器部位。为使地锚固定牢靠,还应考虑地锚下联接管柱有足够的长度。

下地锚、固地锚作业

窗口部位基本上等于斜向器的斜铁相应的深度。为了使斜向器的斜铁部份在套管本体,在确定地锚下联接的管柱长度时应考虑套管柱自重变形伸长后套管接箍位置深度的变化(以磁性定位测井资料为主,理论计算的数据进行校核)以及下地锚时钻具自重变形的伸长量。

本井地锚总成长3.37m,在其下部联接51/2″(钢级J55)套管4根长44.07m,在套管下端焊接81/2″旧钻头一只。各联接螺纹均涂套管粘结胶以防倒扣。地锚管串总长47.69m (见图5-5)。地锚管串用送入接头由钻杆送入井内座在95/8″套管内的鱼顶上(5101.63m)。

为了使地锚总成顺利下到预定位置,下地锚作业前用Ф215mm开窗铣通井并探鱼顶。同时为使钻杆胶塞顺利通过钻杆,用钻杆通经规通过全部下井钻杆。

地锚管柱结构为81/2″旧钻头×0.25m+51/2″套管×44.07m+地锚总成×3.37m+送入接头×0.42m+5″钻杆(见图5-5)

下地锚作业完成后在地锚以下51/2″套管内外注入水泥浆,使其固结在95/8″套管内。

本井注水泥前注前置液(清水)3.5m3,注入水泥浆(密度1.97g/cm3)4.5m3(H级水泥)注后置液2.0m3,替钻井液(密度2.21g/cm3)44.3m3。

注后置液前在钻杆内投入钻杆胶塞,胶塞到达地锚总成内管的塞座后将销钉剪断,内筒下行,地锚外筒上部的循环孔打开,循环出地锚头环空多余的水泥浆(地锚头四周清洁有利于斜向器对接)。在剪销的同时,送入接头与地锚分离,循环两周后起出钻杆,水泥浆候凝72h

下斜向器作业

下斜向器前需用刮壁器通井(防止注水泥作业时在套管壁残留水泥浆混合物)并探地锚头实际深度。本井采用Ф215mm开窗铣通井并探地锚顶深度为5053.62m

斜向器总成全长4.54m,外径Ф203mm,斜向器斜铁部份倾角为。专用接头由两只螺钉与斜向器联接后用钻杆送入井内。斜向器下部套筒插入地锚头,两者间有键限位。从而使斜向器固定在地锚头上不能随意转动,以防止在开窗作业中斜向器改变方向。

下斜向器时管串结构为Ф203mm斜向器×4.54m+送入接头×0.92m+61/4″螺旋钻铤×79.57m+5″钻杆。

开窗作业

开窗作业主要包括4个过程,首先用启始铣切开套管(在斜向器顶部套管部位)开出一个窗口。然后再用开窗铣铣开斜向器斜铁对应的上部套管。当开窗铣的铣头中心与被铣套管某点重合时(大约在整个窗口全长的一半左右位置)铣头旋转轴中心点与被铣套管无相对运动,套管不能被切削,造成死点,切削速度为零。因此必须下直径较小的磨鞋,磨过死点区再下开窗铣铣开下部窗口。最后再用锥形铣,西瓜铣和钻柱铣修整全部窗口,直至钻柱通过窗口畅通无阻为止。窗口修整后顶深5049.26m,底深5053.69m,窗口全长4.43m

本井开窗作业情况见表5-6。开窗作业全部耗时720小时,共用启始铣1只,开窗铣3只,锥形铣1只,西瓜铣3只,钻柱铣1只和平底磨鞋1只。开窗作业顺利完成。

侧钻作业

侧钻作业在开窗作业完成后连续进行。

由于斜向器斜铁斜面角是,开窗作业沿斜面滑行,新井眼已经形成,侧钻作业全部采用转盘旋转钻进,包括增斜、稳斜和降斜,用MS3单点监测井斜和方位。

在开窗侧钻作业期间钻井液密度为2.21g/cm3,漏斗粘度64S,塑粘75mPa·S,屈服值23Pa,静切力4.5/11.0Pa,失水1.8ml,泥饼0.4mm,固相含量38%,含砂0.1%PH10CL-为28000

5-6                    丰南195/8″套管开窗作业情况表             

作业

内容

底 部 钻 具 结 构

作业技术参数

进度

m

作业耗时

(包括起下钻)

备   注

钻压

KN

转速

rpm

排量

L/s

启始铣

Ф216mm启始铣×1.2m+430×4A0×

0.60m+61/4″螺旋钻铤×79.57m

20

50

20

5050.24~

5051.04

30:00h

用启始铣

1

铣上部

窗口

Ф215mm开窗铣×0.49m+5″钻杆×9.52m

+411×4A0×0.46m+61/4″螺旋钻铤×79.57m

40/100

50

20

~5051.88

24:00h

用开窗铣

1

磨死点

Ф150mm平底磨鞋×0.35m+311×410×

0.51m+5″钻杆×9.52m+411×4A0×0.46m

+61/4″螺旋钻铤×79.57m

20/70

50

20

磨深

5051.91

27:30h

平底磨鞋

1

铣下部

窗口

Ф215mm开窗铣×0.49m+Ф215mm西瓜铣

×1.26m+5″钻杆×9.52m+411×4A0×0.46m

+61/4″螺旋钻铤×79.57m

60/120

60

20

~5050.88

70:00h

开窗铣2

西瓜铣1

修整

窗口

Ф216mm锥形铣×0.72m+Ф216mm西瓜铣×1.25m+Ф216mm钻柱铣×1.21m +61/4″

螺旋钻铤×79.57m

50

19

5056.38

36:30h

锥形铣1

西瓜铣1

钻柱铣1

侧钻井段5053.69~5203.29m。侧钻井段最大井斜3.6°,方位248.4°(井深5168.00m),当井深5203.29m时,井斜降至2.6°以后恢复正常侧钻钻进。

81/2″井眼侧钻情况见表5-7

5-7                      丰南181/2″井眼侧钻情况表                      

作业

内容

井段

m

钻头

类型

底 部 钻 具 结 构

侧钻技术参数

测斜情况

钻压

KN

转速

rpm

排量

l/s

井深

m

井斜

°

方位

°

5053.69~

5082.80

HA537

430×4A0×0.60m+Ф215mm螺稳×1.65m+61/2″

无磁钻铤×7.91m+61/4″螺旋钻铤×150.10m+4A1

×410×0.50m+61/4″随钻×9.69m+411×4A0×0.46m

+61/4″螺旋钻铤×17.96m

160

50

20

5061.29

5070.59

5075.26

2.0

2.1

2.1

239.1

255.4

242.8

~

5125.91

HA517

 同  上

170

60

22

5089.71

5099.25

5108.85

5118.35

2.7

2.9

3.2

3.5

249.7

252.8

253.8

250.6

~

5168.00

HA517

将增斜底部钻具结构中的Ф215mm螺稳加在61/2″无磁钻铤上,其它结构不变。

160

60

22

5130.12

5139.67

5149.02

5158.52

3.1

3.4

3.5

3.6

254.7

247.7

240.8

248.4

~

5203.29

HA517

430×4A0×0.60m+61/2″无磁钻铤×7.91m+

61/4″螺旋钻铤×8.74m+Ф215mm螺稳×1.65m+

61/4″螺旋钻铤×141.36m+ 4A1×411×0.50m+

61/4″随钻×9.69m+411×4A0×0.46m +

61/4″螺旋钻铤×17.96m

100/

120

60

22

5167.93

5177.47

5187.00

5196.52

3.3

3.1

3.0

2.6

263.8

253.3

261.3

247.5

5.2.4 几点认识

⑴ 丰南1井是超深探井,地质情况(岩性、地层压力、流体分布等)不完全清楚,因此在钻进中多次发生复杂情况。在五千米以下二叠系地层121/4″井眼钻进时由于高压含气水层浸入井筒,井壁坍塌造成卡钻,倒出大部分钻具后成功地采用裸眼侧钻顺利钻至三完井深。四开后又由于漏失造成卡钻,在处理卡钻过程中又造成进下落物。最后成功地采用套管开窗侧钻处理了卡钻事故。因此,在深探井处理复杂的卡钻事故时,从技术上和经济上科学分析,采取侧钻方法也是一种可取的解除卡钻的途径。

⑵ 深探井侧钻井段尽可能靠近井底,在取出卡点以上钻具后(倒扣或爆炸松扣)若井下情况允许在技术上难度不大的条件下,尽可能用常规方法取出更多的被卡钻具。若套铣倒扣难度大(井壁坍塌、岩盐层、高压层、漏失层等存在),在作业中可能产生更复杂的事故,在经济上损失更大时,应尽早实施侧钻作业以尽快处理完卡钻事故。

⑶ 成功的进行深井侧钻的关键是作好侧钻施工设计,包括侧钻井段的选择,侧钻方位的确定,侧钻工具与监测仪器的选择,底部钻具组合设计以及侧钻作业技术参数的配合等。同时还应根据现场作业中的井下实际情况及时调整施工设计,以求得到最佳的效果。

5.3. 青海柴达木鸭深1井减振器折断事故

5.3.1 概况

鸭深1井是青海柴达木盆地北缘断块带鄂博梁 — 鸭湖构造带鸭湖构造上的一口设计井深4950.00m的探井,钻遇狮子沟组上油砂山组、下油砂山组和上干柴沟地层,井身结构为表层、两层技术套管和生产尾管,使用ZJ-70D钻机作业。

200157100使用f444.5mmPDC钻头、钟摆钻具结构钻进第一层技术套管井段至1706.15m上油砂山地层时,大钩负荷由106T下降至83T,泵压由10.9MPa下降至9.6MPa,扭矩下降。起钻后发现f197mm随钻上击器上接头本体应力减轻槽折断。计算鱼顶深度1592.38m,落鱼长度113.77m

井内落鱼为:f444.5mmPDC钻头×0.54m+730×730接头×0.51m+f229mm钻铤×26.16m+f443mm稳定器×2.00m+f229mm钻铤×25.93m+731×630接头×0.38m+f203mm钻铤×52.73m+f197mm随钻下击器×5.13m+上击器本体接头0.39m(见图5-7)。

5.3.2 事故处理经过

事故处理分两个阶段,到528日结束共21天,经济损失210万元。

⑴第一阶段57~510日打捞落鱼,打捞情况见表5-8。在打捞中,未在计算鱼顶碰到落鱼,决定用f444.5mm牙轮钻头探鱼顶,结果与计算鱼顶相差4.67m,实际鱼顶1597.05m,判断随钻下击器可能折断落在钻铤环隙。下公锥打捞落鱼被卡,浸泡倒扣,结果又将公锥安全接头、f127mm钻杆×1根、f139.7mm钻杆×3根,计40.27m掉在井内,井内落鱼总长154.04m,鱼顶深1556.78m(见图5-8)。决定裸眼侧钻。

5-8                              打捞落鱼情况

日期

作业

内容

入井

工具

钻具组合

作业过程

作业效果

57

打捞

4½″公锥

6¼″安全接头+5″钻杆+5½″钻杆

下至井深1598.00m未碰到鱼顶

打捞失败

58

探鱼顶

17½″牙轮

7″钻铤+5½″钻杆

1597.05m遇阻

实际鱼顶差4.67m

打捞

4½″公锥

6¼″安全接头+5″钻杆+

5½″钻杆

造扣5圈上提150T遇卡

落鱼被卡

59

浸泡

注解卡液19m3后上提160T无效

打捞失败

510

倒扣

4½″公锥+6¼″安全接头+5″钻杆+5½″钻杆×340.27m留在鱼顶上

反转6.5圈悬重由84T下降至76T

倒出钻杆1556.78m,井内落鱼154.04m,鱼顶深1556.78m

⑵第二阶段511~528日,电测、打水泥塞,侧钻(侧钻情况见表5-9)。为确定侧钻井段,进行了电测井斜与方位,在1450.00m~1480.00m井段最大井斜1.826°,方位156°~145.8°,确定方位变化点1480.00m为侧斜点。为此设计水泥塞井段1400.00m~1554.00m,实际水泥面为1313.35m,将多余水泥塞钻掉后,采用螺杆+2°弯接头,方位255°(与原井眼轴方位90°左右)定向侧钻。

选择侧钻点方位与弯接头度数时必须考虑下部井段施工的安全性,如果侧钻点方位与原井眼轴线方位一致,侧钻后形成的新井眼容易钻回原井眼,为避免这种情况,必须选用较大度数的弯接头,那么就可能在造斜点井段产生较大的井斜。若侧钻点方位与原井轴方位相反(180°),侧钻后形成的新井眼不容易钻回原井眼。也可选择较小角度的弯接头,但在侧钻点井段会形成严重狗腿,影响下部井段的钻井作业。因此,侧钻点的方位选择应与原井眼轴方位垂直。

实际侧钻时间从522日开始,到528日共7天时间。从侧钻井深1480.00m侧钻至1693.00m共进尺213.00m,井斜1.0°,方位45°,与原井眼轴距离4.1m,侧钻成功,恢复正常钻进(侧钻后井眼与原井眼位置见图5-9)。

5-9                             侧  钻  情  况

日期

作业

内容

入井

工具

钻具组合

作业过程

作业效果

512

电测

1450.00m最大井斜1.826°,方位156°

513

注水泥

准备

5½″钻杆

下深1554.00m

注堵漏剂30m3

515

注水泥塞

水泥35T,密度1.89g/cm3

设计井段

1400.00m-1554.00m

520

钻水

泥塞

17½″

牙轮

17½″稳定器+9″钻铤×2+17½″稳定器+8″钻铤×1+7″钻铤×3+5″加重钻杆

水泥面1313.35m

钻至设计点1480.00m

522

侧钻

17½″

牙轮

95/8″螺杆+2°弯接头+定向接头+8″无磁钻铤+9″钻铤×2+8″钻铤×1+7″钻铤×3+5″加重钻杆

钻压5-10KN,排量48l/s,共钻30h

侧钻24m,井斜1.9°,方位255°,新井眼已形成

522-528

转盘

侧钻

17½″

牙轮

8″无磁钻铤+17½″稳定器+9″钻铤×1+17½″稳定器+9″钻铤×5+8½″钻铤×6+7″钻铤×3+5″加重钻杆

钻压200-240KN,转速65rpm,排量55 l/s

1617m测斜1.6°,方位135°,与原井眼距2.3m1693m测斜1.0°,方位45°,与原井眼距4.1m

5.3.3 事故原因分析

f197mm随钻振击器下接头应力减轻槽断口截面周长的一半(见图5-10)有7mm深的光滑面,(裂纹)疑为热处理造成的缺陷。查产品编号,上击器为86049,下击器为86003,均为86年产品,送井前由管子站进行了检测,合格后出库送井(检测项目不详),现场目测为未使用过的产品。随钻振击器1984年鉴定,1986年为初期产品,即使未使用,也存放14年之久,内部密封件早已老化。因此,此事故属于井下工具质量事故。

由于随钻下击器未能打捞出来,不清楚下击器断口状态,根据鱼顶下移4.67m分析,断裂部位也应在随钻下击器下接头应力减轻槽处。断裂过程是随钻下击器心轴先折断,折断后瞬间随钻下击器主体插入下部鱼顶(f203mm钻铤)环隙,将随钻上击器下接头蹩断,蹩断后随钻下击器落入井筒环隙。

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