鉆井事故與復雜問題(江漢油田)

鉆井事故與復雜問題

鉆井工程是勘探開發石油、天然氣的主要手段。而一般鉆井工程講述的是鉆井方法、井身結構及固井、

井身剖面設計與控制、鉆柱設計、鉆頭使用、鉆井液設計與油氣井壓力控制、鉆井水力學與鉆進參數的優

化配合、完井方法、經濟技術指標等各個鉆井環節必不可少的內容，而對于鉆井事故與復雜問題則涉及不多

或論述不深.但是鉆井事故與復雜問題是客觀存在，因為鉆井是一項隱蔽的地下工程，存在著大量的模糊性、

隨機性和不確定性問題，由于對客觀情況的認識不清或主觀意識的決策失誤，會產生許多復雜情況甚至造成

嚴重的事故，輕者耗費大量人力物力和時間,重者導致全井的廢棄。據近年來的鉆井資料分析，鉆井過程中，處

理復雜情況和鉆井事故的時間，約占施工總時間的6~8%,一個擁有百臺鉆機的油田，一年中就有6~8臺鉆

機在做無功的工作，何況資金的消耗并不和時間成比例,而是要大得多，這是多么驚人的浪費。任何一個鉆井

工作者都不愿意和事故打交道，也不樂意看到諸多復雜問題,但事物是相反相成的，不愿意看到復雜問題和鉆

井事故，這只能是人們的良好愿望。不懂得復雜問題與鉆井事故的預防與處理辦法的人，難免不碰到這些問

題，而且一旦碰到了會驚慌失措,舉止無著，把小病治成大病,大病治成死病。而懂得復雜問題與鉆井事故的預

防和處理辦法的人，一旦遇到這些問題則心中有數，采取正確的措施彳主往可以化險為夷，轉危為安，這才是一

個成熟的鉆井工作者必須具備的條件。

任何事物的發生與發展都有其主、客觀原因，鉆井事故與復雜問題的發生與發展也不例外，因此鉆井工作者

必須對鉆井事故與復雜問題發生發展的主要原因要有一個清晰的認識，一旦出現異常情況時,思想上會有正

確的判斷,行動上也會采取正確的措施，只有這樣，在大多數情況下,可以避免事故的發生，把復雜情況帶來的

損失降至最低限度。造成井下事故與復雜情況有諸多因素：

一、地質因素：

鉆井的對象是地層，就是要揭穿地層深處的奧秘。而地層結構有硬有軟，壓力系統有高有低,孔隙有大有

小，如果對這些情況沒有了解，就難免要發生難以預料的問題。首先我們應該了解設計井的地層孔隙壓力、地

層破裂壓力、地層坍塌壓力及一些特殊地層（如鹽膏、軟泥巖、瀝青）的蠕變應力，作為井身結構和鉆井液設

計的主要依據。一般的說，在同一個裸眼井段內不能讓噴、漏層同時存在，不能讓蠕變層與漏層同時存在。如

果在井身結構上無法實現上述要求，而且高壓層和蠕變層在漏層的下部，那就應對漏層進行預處理，不能盲目

向深部鉆進。如果高壓層或蠕變層下部有低壓層或漏失層,那就只好把高壓層或蠕變層用套管封掉。其次,

對一些特殊地層如在一定溫度、壓力下發生蠕變的鹽巖層、鹽膏層、瀝青層、富含水的軟泥巖層、吸水膨

脹的泥頁巖層、裂縫發育容易坍塌剝落的泥頁巖層、煤層及某些火成巖侵入層都應有較詳細的了解，因為這

些地層是造成井下復雜問題的主要對象。同時對一些地質現象如斷層、裂縫、溶洞、特高滲透層的位置及

硫化氫、二氧化碳的存在和含量也應有所了解。

以上這些資料對打成一口井來說至關重要，但地質部門所提供的比較詳細的資料是油氣層資料，而對工程

上所需要的重要資料則提供不多，或不夠詳細，甚至有些數據與實際情況相距甚遠，即是已經開發的油田，由

于注水開發的結果,地下的壓力系統變化很大,也很難以鄰井的資料作為主要依據，這就使鉆井過程往往不

得不打遭遇戰，因而復雜情況屢屢發生。

二.工程因素：

由于鉆井作業的隱蔽性、復雜性，所以"安全第一"應作為鉆井作業的主導思想。但是由于有些人思想

識認的模糊或者為某種片面的局部的利益所驅動，或明知故犯.或鋌而走險，為鉆井事故和復雜問題的發生

創造了條件。由于地質資料掌握不全不準,或者雖有可靠地質資料而未嚴格的按科學方法進行井身結構設

計，使同一段裸眼中噴、漏層并存，治噴則漏，治漏則噴。雖然下了套管但不裝井控設備,或者雖然裝了井控設

備但不講求質量，一旦鉆遇高壓層，應急使用時，到處刺漏，造成井噴失控。鉆井液體系和性能與地層特性不相

適應,甚至片面強調節約鉆井液處理劑，使鉆井液性能惡化，造成裸眼井段中某些地層的縮徑或坍塌。或者鉆

井液密度不合適,也會造成井噴.井漏或井塌。操作不適當，下鉆速度過快會產生很大的激動壓力，易將地層壓

漏。起鉆速度過快會產生很大的抽吸壓力，易將油氣層抽噴或將結構松軟的地層抽塌,特別是在鉆頭或扶正

器泥包的情況下更為嚴重。鉆井設備發生故障，蠅停止鉆具的活動或鉆井液的循環,是發生井下事故的最

普通最常見的因素。管理工作薄弱，有章不循，有表（指重表.泵壓表扭矩表）不看,遇展不思，盲目決斷,但求省

力，不顧后果，起鉆猛提，下鉆猛壓，遇卡硬轉，遇漏硬憋，這是造成井下事故的常I見現象。發現井下復雜情況，不

當機立斷，正確處理,而是優柔寡斷，無所舉措，喪失時機,把本來不復雜的問題弄得復雜化了，把本來不應該發

生的事故卻人為的造成了.由于自然災害或組織工作不善，停工時間過多,鉆井周期過長，產生復雜情況的機

會就越多。尤其在裸眼井段內長時間停止循環，其惡果是顯而易見的。工程上的因素,大多是人為的因素，因

此通過過細地做工作是可以避免的。反之，如復雜情況處理得不當,會導致事故的發生。小事故處理得不當,

會釀成更大的事故,甚至會造成部分井眼或全部井眼的報廢。我們說，鉆井工程是隱蔽工程，具有一定的模糊

性和不確定性，每前進一步都有一定的風險，而處理井下復雜情況與井下事故更是如此,因井下情況千差萬

別，看不見,摸不著，全靠人們憑經驗和知識去判斷，不同的人會有不同的認識，可能做出不同的結論，然而正確

的結論只能是一個。但是井下情況又并非完全不可知。由于現代儀器儀表的發展,許多井下情況可以測知

或預測，如利用井下測量儀器可以知道井眼的軌跡，利用de指數和頁巖密度的計算，可以預知下部地層中有

無高壓層存在，利用泵壓、懸重、扭矩、鉆井液進出口流量的變化，可以顯示井下發生的許多復雜問題。因而

人們在復雜情況發生的初期，就可以利用現有的資料和長期工作中積累的經驗加以分析判斷,從中得出比較

切合實際的認識。

作為鉆井工作者來說，在復雜情況面前必須有這種思維意識，需要利用從各種渠道得來的信息，去粗取精，去

偽存真，由此及彼，由表及里地進行分析,使自已的認識比較地符合客觀實際，才能有針對性的做出正確的決

策。孫子兵法也說："知彼知已,百戰不殆。”對我們鉆井工作來說，知彼就是要知道井下情況，知已就是要知道

自已擁有的各種手段（設備、工具、人員素質等）。孫子又說："多算勝,少算不勝。”這里的所謂算就是籌劃,

只要籌劃周密，條件具備，就能取勝，籌劃不周，條件缺乏，就不能取勝，鉆井如作戰，處理井下事故與復雜問題更

是如此。知已容易知彼難,所以我們必須想盡一切辦法弄清井下情況，并且要十分熟悉自已擁有的各種手段

的性能及使用方法。每走一步，都要考慮可能會出現的問題及相應的處理辦法，力爭多算，力戒盲目，這就是

說，對于各種可能出現的的問題要有預案。如果利用現有的資料，尚不足以弄清井下情況，還可以進行必要的

偵察，如電測、井下照相、打鉛印等，同時要對每次處理過程中的特殊現象如遇阻、遇卡、扭矩變化、泵壓變

化、鉆井液性能變化、工具鉆具上的擦痕（下井前就要檢查工具、鉆具上是否有舊擦痕及其所在位置）進行

仔細地觀察,這些都可以給我們帶來極有價值的信息,幫助我們消除不正確的認識，確定下一步的處理方案。

井下的情況復雜多變，人們的思想認識也應隨機應變,不能固守一種模式，一種概念，在一條路上走到底。有些

勝利的取得在于再豎持一下的努力之中,而另一些勝利的取得則在于另辟蹊徑的權變之中。面對已經發生

的情況，需要的是鎮定的情緒，冷靜的頭腦，瞻前顧后，綜合考慮,切忌頭腦發熱，手忙腳亂，貿然采取一些不計

后果的危險措施。也要反對麻木不仁，無所舉措,喪失將事故消滅于萌芽狀態之中的良機。

處理井下事故與復雜情況應遵守以下四條原則：

1安全的原則:井下事故與復雜情況多種多樣，處理的手段和使用的工具也多種多樣，這些工具和方法在

正常鉆井過程中接觸不多也不很熟悉,而且往往要采取一些強化措施如拉、壓、扭轉都要比正常鉆進時所

用的力量大得多,這些措施往往又強化到設備和工具所能承受的極限強度，稍有不慎就會造成新的事故，甚

至由井下事故引發設備事故或人身事故。處理事故,工序復雜，起下鉆具次數頻繁，也增加了發生新事故的機

會。如果造成事故摞事故的局面,處理的難度就更大了，甚至無法繼續進行處理，致使前功盡棄。所以在處理

井下事故與復雜情況的過程中,必須從設備、工具、技術方案、技術措施、人員素質各個方面進行詳細地考

慮,不但要考慮如何進攻，而且要考慮如何退守，凡事要留有馀地，留有后路，不能做偷雞不成反蝕一把米的傻

事.

2快速的原則:孫子兵法有云：”兵聞拙速，未聞巧久一旦發生井下事故或復雜問題，其情況會隨著時間

的推移而惡化，所以在安全第一的原則下，必須抓緊時間進行處理,要迅速的決策，迅速的組織，迅速的施工，

工序銜接要有條不紊。須知抓住了時機就會化難為易,做到事半功倍，喪失了時機就會變易為難，只能落得個

事倍功半，甚至勞而無功。但是隨著井下情況的變化及人們認識的加深,部分修改或全部修改原定方案的事

是常有的,所以在確定第一方案的同時要有第二甚至第三方案的考慮，預作準備。"凡事預則立,不預則廢。"

要爭取以最快的速度見到實際的效果。對從事作業的人員來說,曠日持久，勞師無功，必然會影響工作情緒,

一個士氣低落的隊伍是難以打攻堅戰的。時間就是金錢，時間就是制勝的法寶,可惜這一點往往被人們所忽

視。

3靈活的原則:處理井下事故和復雜情況是一個多變的過程彳艮難有一個一成不變的方案,有時井下情況

變了，人們的思想認識也要隨著改變，靈活機動，捕捉戰機，非常重要。要做到這一點最關鍵的是實時的掌握現

場的第一手信息,特別是關鍵時刻的關鍵信息，有些信息稍縱即逝彳艮難捕捉到，有些信息一般人認為無所謂，

而聰明的工作者卻可據此得出符合實際的認識，及時地調整方案，加速了處理過程。所以我們既要重視過去

的經驗,又不拘泥于過去的經驗;既要靈活機動，又不違犯客觀規律;既要大膽思考，又要符合邏輯思維程序;這

樣才能做到"運用之妙，存乎一心

4經濟的原則:由于井下事故的復雜性,處理的難易程度相差很大。在現今技術水平下，有的事故沒有處

理成功的可能性;有的事故雖有處理成功的可能性但難度很大，需要耗費相當多的物資和時間;有的事故初

期看來處理難度不大，但在處理過程中，井下情況卻變得越來越復雜;有的事故用不同的方案進行處理會有

不同的經濟效果;因此面對不同的情況，從各種處理方案的安全性、有效性、工藝的難易程度、工具材料費

用、占用鉆機時間、環境影響等方面進行綜合評估,在經濟上合得來則干，合不來則止，此路不通，另走他路。

發生事故本已造成了經濟損失，處理事故的原則是把這種損失降到最低限度。

鉆井復雜情況主要有:井涌、井漏、輕度井塌、砂橋、泥包、縮徑、鍵槽、地層蠕變、地應力引起的井眼

變形、鉆井液污染及有害氣體的溢出。鉆井事故主要有卡鉆、井噴、嚴重井塌、鉆具或套管斷落、固井失

效、井下落物及劃出新井眼丟失老井眼等。以下將分章論述各種井下事故與復雜情況的發生原因、現象、

預防措施和處理辦法。并引證一些現場發生的事故實例，使大家加深認識。

井下事故與復雜情況雖然不能直觀，但通過各種現象,可以察其端倪，尋其規律。我們利用現有的條件，根據

泵壓、懸重、鉆井液進出口流量、機械鉆速的變化、及鉆具上下活動、轉動時的阻力變化情況，把發生井下

復雜情況的各種現象列于表1中,利用表1基本上可以把井下復雜情況判斷清楚。把發生井下事故的各種

現象列于表2中,利用表2基本上可以把發生的井下事故類型判斷清楚。井下復雜情況有時是單一的，有時

是復合的,但發生的初期總是單一的。若處理不當，就會產生連鎖反應，如井漏就可能引起井塌;井塌就可能引

起卡鉆;鉆具剌漏就可能導致鉆頭泥包或干鉆，甚至會造成鉆具斷落或卡鉆。井下事故也是一樣，有時是單一

的,有時是復合的。如井噴與卡鉆、鉆具斷落與卡鉆、井塌與卡鉆都可能同時存在。井下復雜情況與井下事

故之間并沒有一條不可逾越的鴻溝，復雜情況往往是事故的先導，事故往往是復雜情況繼續惡化的必然結果。

如井漏可以導致井塌，井塌可以導致卡鉆，井身質量不好就可能產生鍵槽,鍵槽就可能造成卡鉆，一切形式的

其他卡鉆都可能引起粘吸卡鉆,凡此等等,都會產生連鎖反應。一旦鉆具失去了活動自由，就陷入十分被動的

局面。所以在日常工作中,要注意井下出現的各種變化把精力放在消除復雜問題上，而處理事故則是不得已

而為之的事。

表1井下復雜情況診斷

井并砂溢泥縮鍵鉆鉆鉆鉆

鉆

類頭頭頭頭

判、^型具

牙水水水

剌

據輪眼眼眼

漏

漏塌橋流包徑槽卡剌掉堵

轉盤扭矩正常BB

扭矩增大AAAiAiBAi

情況

另!1鉆A2AzAz

鉆具七是有阻AAAAA

上下上提無阻

鬲下放有阻AAA

情況下放無阻A

泵壓正常BAB

上升AABBAi

變化緩慢下降BAA

突然下降AA

情況憋泵

A2

正常BBABBBB

井口

增大A

流昂

減小AiAiAi

變化

不返

A2A2A2A

機械加快AA

鉆速減慢ABABB

注：1.表中A項為該類復雜情況的充份條件,據此可為井下復雜情況定性。

2.表中B項為該類復雜情況的必要條件,可作為輔助判斷的依據。

3.角碼1、2表示同一判據中的兩項可能同時存在，也可能只有一項存在。

表2井下事故診斷

鉆具嚴重鉆頭落物

卡鉆井噴

判據斷落井塌落井在鉆頭上在鉆頭下

轉扭矩正常

盤扭矩增大BAiAi

轉扭矩減小AA

動跳鉆

A2

情別鉆

A2A3

況不能轉動A

鉆具活上提遇阻AAA

動情況下放遇阻AA

懸重變正常B

化下降AB

泵壓正常BB

上升AB

變化下降AA

鉆井液正常BBBB

井口返增大A

出量變減小Ai

化

不返A2

注：1.表中A項為該類事故的充份條件，據此可為該類事故定性.

2.表中B項為該類事故的必要條件，可做為輔助判斷的依據。

3.角碼1、2、3表示同一判據中的三項可能同時存在，也可能只有兩項或一項存在。

第一章卡鉆事故

卡鉆就是鉆具失去了活動的自由，既不能轉動又不能上下活動,這是鉆井過程中常見的井下事故。卡鉆可

以由各種原因造成,如粘吸卡鉆、坍塌卡鉆、砂橋卡鉆、縮徑卡鉆、鍵槽卡鉆、泥包卡鉆、干鉆卡鉆、落物

卡鉆、水泥固結卡鉆等。各種卡鉆產生的機理不同,處理的方法也各異，所以當卡鉆事故發生后，首先要弄清

卡鉆的性質，要像中醫看病一樣，通過各種現象及可能獲得的各種信息察出病因，才能對癥下藥。

卡鉆總是發生在鉆進、起鉆、下鉆三個不同的過程中。為了敘述方便起見,我們把各個工序中發生的各

類卡鉆事故的診斷方法以簡明的表格型式列舉出來，如表1-1、表1-2、表1-3所示。它可以幫助現場工作

人員準確地判明卡鉆的性質，同時也可以據此制成計算機軟件，輔助經驗尚不豐富的人員進行判斷。

表1-1鉆進時發生卡鉆事故的診斷

卡鉆類型

判據運行狀態

粘吸坍塌砂橋縮徑泥包干鉆落物

鉆進跳鉆Ai

中的別鉆

AIAiAiA2

卡顯示

扭矩增大BBA?A2A?A3

鉆具上提有阻短距離內阻力消失A

鉆上下上提一直有阻阻力忽大忽小AAA

活動上提一直有阻阻力越來越大AA

前時的下放有較大阻力BB

顯示下放有較小阻力B

各

泵泵壓正常BB

壓泵壓逐漸上升AiAiAAiAi

種

顯泵壓逐漸下降

A2A2

示泵壓波動忽大忽小

A2A2

顯

返出進出口流量平衡BBBBB

液量井口返出量減少AIAI

顯示井口不返鉆井液

A2A2

鉆速機械鉆速急劇下降AA

變化機械鉆速緩慢下降A

鉆屑返出量增多有大量坍塌物BB

顯示返出量減少BBB

鉆具鉆具靜止時間較長A

運行鉆具在上下活動時遇卡AAAi

狀態鉆具在轉動中遇卡

ABAA2

卡點在鉆頭附近AAAA

位置在鉆鋌或鉆桿上AAA

泵壓泵壓正常AAA

泵壓上升AA

卡

顯7F泵壓下降AA

鉆

鉆井可以正常循環AA

后

液循可以小排量循環AiAiAi

顯

環情

示失去循環

A2A2A2

況

注:1.A項為充份條件才居此可為卡鉆事故定性。

2.B項為必要條件，可以幫助判斷。

3.角碼1、2表示兩項可同時存在，也可能只有一項存在.

表1-2起鉆時發生卡鉆事故的診斷

卡鉆類型

判據運行狀態

粘吸坍塌砂橋縮徑鍵槽泥包落物

鉆柱靜止時間較長A

鉆柱上行突然遇阻AiAiA

卡鉆

鉆柱在一定阻力下可以上行AiAiA

具

上彳諼阻而下行不遇阻

A?A2A

鉆運

上行遇阻下行也遇阻

A2A2B

行

循環活動正常停泵就有阻力

A3A3

前顯

無阻力時轉動正常BBB

示

無阻力時轉動不正常BBA

顯

井口鉆柱上起環空液面不下降BBBi

鉆井液隨鉆柱上起返出井口

B2

示

顯不鉆柱內孔反噴鉆井液A

卡卡點在鉆頭附近AAiAA

在鉆鋌頂部

A2

鉆在鉆鋌或鉆桿上AAA

泵泵壓正常AAAA

后壓馴士卜降B

顯泵壓上升AiAiB

顯示憋泵A?Az

井口鉆井液進出口流量平衡AAABA

示井口返出液量減少AiAI

顯示井口不返鉆井液

A2A2

注:LA項為充分條件，據此可以判定卡鉆類型。

2.B項為必要條件，可以幫助判斷。

3.角碼1、2、3表明三項可能同時存在，也可能只有一項存在。

表＞3下鉆時發生卡鉆事故的診斷

卡鉆類型

判據運行狀態

粘吸坍塌砂橋縮徑落物

鉆柱靜止時間較長A

下行突然遇阻A

下行不遇阻上行遇阻A

卡

鉆下行遇阻上行也遇阻AiAi

柱下行遇阻阻力越來越大

A2A2

鉆

運下行遇阻阻力點相對固定A

行下行遇阻阻力點不固定BB

前

顯

循環時可下行停泵則有阻力A3A3

示無阻力時轉動正常B

顯

無阻力時轉動不正常BBA

井口下鉆柱時井口不返鉆井液AiA

示

顯示鉆柱內孔反噴鉆井液B

A2

卡點在鉆頭附近AA

位置在鉆鋌或鉆桿上AAA

卡

泵壓變泵壓正常AAA

鉆

化泵壓上升AA

后

鉆井液進出口流量平衡AA

顯

井口返出口流量減少AiAi

示

出情況井口不返A?

A2

注：1.A項為充份條件，據此可為卡鉆事故定性。

2.B項為必要條件，可以輔助判斷.

3.角碼1、2、3表示其中一項存在即可做為主要判據，也可能有其中兩項同時存在的情況。

卡鉆事故中,粘吸卡鉆算是最簡單的一種。但在一種卡鉆事故發生之后，往往又會誘發另一種卡鉆，如在縮

徑卡鉆、鍵槽卡鉆、落物卡鉆發生之后，由于鉆柱失去了自由運動的能力，又會發生粘吸卡鉆。粘吸卡鉆發生

之后,由于處理不當，又會誘發坍塌卡鉆。所以在一種卡鉆發生之后，要采取適當的措施防止另一種卡鉆的發

生，不要使其形成復合式卡鉆，處理復合式卡鉆的難度要大得多。

當卡鉆事故發生之后，首先要考慮的問題是為順利解除事故創造條件：

1必須維持鉆井液循環暢通:要防止鉆頭水眼或環空堵塞，因為一旦循環失靈，就失去了注解卡劑的可能,

也很容易誘發井塌和砂橋的形成,而且要想從鉆桿水眼內下爆炸松扣工具也很難下到預定位置。

2要保持鉆柱完整:因為如把鉆柱提斷或扭斷，斷點以下的鉆柱便失去鉆井液循環,由于鉆屑和井壁坍塌

落物的下沉,有可能堵塞鉆頭和鉆柱水眼，或者在環空形成砂橋。同時如果魚頂正好處于大井徑位置，打撈鉆

具時，尋找魚頭也^常困難。

3不能把鉆具連接螺紋扭得過緊:任何卡鉆事故的發生，都有可能走到套銃倒扣的那一步，如果扭力過大,

一則可能使母螺紋脹大，使鉆具從中間脫開，二則扭力過大，造成了倒扣的困難，必然要迫使你去做許多無效

的工作，甚至使事故無法繼續處理下去。

6—鋼材屈服強度MPa

。2-4占柱危險斷面處所受的實際拉應力=qH/F,MPa;

q一每米鉆柱在鉆井液中的重量(N/m)

F--管體切面積(cm2)

S—安全系數，取1.5

現將常用的API標準鉆桿限制扭轉圈數列于表1-4,國產鉆桿的限制扭轉圈數列于表1-5,做為現場工作

人員使用時的參考。

表1-4API鉆桿限制扭轉圈數

自由鉆柱長度,m

鋼級外任mm

1000200030004000500060007000

62.321.042.062.080.097.0111.0121.0

73.017.034.051.066.079.591.099.7

88.914.028.041.854.065.074.881.8

10212.524.736.647.057.065.571.5

S-135

11411.022.032.542.050.858.063.5

12710.019.729.038.045.752.357.3

1409.017.926.533.741.547.652.0

1687.514.922.028.034.539.543.2

60.316.432.347.059.870.076.377.2

73.013.526.538.649.257.562.763.4

88.911.121.831.740.547.251.552.0

1029.719.027.935.441.545.145.5

G-105

1148.616.924.831.536.940.040.5

1277.815.222328.333.236.036.5

1407.014.020.025.730.232.733.5

1685.811.616.721.325.127.227.5

60.314.828.941.752.760.063359.2

73.012.223.934.543.549.752348.8

88.910.119.628.335.740.842.940.1

1028.817.224.830.935.737.535.1

X-95

1147.915.222.027.531.733.431.2

1277.113.719.824.528.630.028.0

1406.412.518.022.526.027.325.5

1685.310.415.018.721.622.721.2

60.311.622.431.538.039.231.7

73.09.618.526.031.432.426.0

88.97.915.221.425.726.621.5

E

1026.913318.722.523.318.8

1146.111.816.620.020.716.7

1275.510.615.018.018.615.0

1405.19.713.616.316.913.7

1684.28.011.313.614.011.3

60.38.415.720.520.5

73.07.013.016.917.0

88.95.710.713.914.0

1025.09.312.112.2

D

1144.58.310.810.9

1274.07.59.79.8

1403.66.88.88.9

1683.05.67.37.4

表1-5國產鉆桿限制扭轉圈數

外徑自由鉆柱長過度,m

鋼級

mm1000200030004000500060007000

60.016.732.847.863.671.578380.0

73.013.727.039.352.358.864.465.7

88.911.222.132.242.948.252.853.9

D-75

1029.819.328.137.442.046.147.0

1148.817325.133.537.641.242.1

1277.915.522.630.033.837.037.8

60.014.428.340.651.158.060.154.4

73.011.923.233.442.047.749.544.7

88.99.719.027.434.539.140.536.7

D-65

1028.516.623.930.034.035.432.0

1147.614.821.426.930.531.728.6

1276.813319.224.127.428.425.7

60.012.023.633.340.643.138.1

73.010.019.427.433.435.431.3

D.5588.98.215.922.527.429.025.7

1027.013.919.623.925.322.4

1146.412.417.521.422.720.0

1275.711.115.719.220.418.0

使用時要注意：

1.本表所列數據為一級鉆桿的限制扭轉圈數,如使用的是二級鉆桿.三級鉆桿，情況就比較復雜，由使用者

作適當的調整。

2.當大鉤懸重等于自由鉆具在鉆井液中的重量時，式(1-1)有效。

3.當大鉤懸重小于自由鉆具在鉆井液中的重量即中和點不在卡點位置而在卡點以上時,式(1-1)可以應

用，但自由鉆具長度應以中和點以上的鉆具長度來計算。

4.當大懸重大于自由鉆具在鉆井液中的重量時,不能直接應用式(1-1),而應將式(1-1)改寫為：

N=1.53xIO"匕而;_(10W/F)2.............................(1-2)

式中W為大鉤懸重,kN;,其它符號與式Q-1)同，此時不能應用表1-4,表1-5所列數據，而應按式(1-2)進行

計算。

5.有些鉆井手冊把式(1-1)簡化為N=KH,稱K為扭轉系數。我們知道，式(1-1)是一個曲線方

程，而N=KH是一個直線方程,簡化后，將會導致很大的錯誤。從表1-4、表1-5中我們也可以

發現,井越深，負荷越大，這種誤差也越大

第一節粘吸卡鉆

粘吸卡鉆,也叫壓差卡鉆，是鉆井過程中最常見的卡鉆事故(圖1-1X最容易卡住的是鉆鋌，由于鉆具失

去了活動的自由，卡點可以逐漸上移，直至套管鞋附近。

一、粘吸卡鉆的原因：

井壁上有濾餅的存在是造成粘吸卡鉆的內在原因，因為大多數鉆井液是固、液

兩相流體，或者是固、液、氣三相流體，其中的固相顆粒吸附在井壁上就形成了

濾餅。有人認為濾餅是由于鉆井液的濾失造成的，沒有濾失量就不會有濾餅，基

圖粘吸卡鉆示意圖

于這種思維，他們總認為鉆井液在砂巖中的濾失量大，才會形成濾餅，粘吸卡鉆1-1

只能發生在砂巖發育井段。其實不然,在裸眼井段內，不但砂巖有濾餅，泥頁巖也有濾餅,而且要比砂巖井段的

濾餅厚得多。這是因為濾餅的形成有三種原因:第一是吸附，鉆井液中的固相顆粒吸附在巖石表面，無論砂巖、

泥巖都有這種特性。第二是沉積,鉆井液在流動過程中，靠近井壁的流速幾乎等于零,鉆井液中的固相顆粒

便流只在井壁上。泥頁巖井段的井徑要比砂巖井段的井徑大得多，沉積作用更為顯著，所以泥頁巖井段容易

形成厚濾餅。第三是濾失作用,它加速了鉆井液中固相顆粒在滲透性巖層表面的沉積。同時我們也注意到，

泥頁巖也有濾失性，而且是親水物質,可以被水浸潤，只要是水基鉆井液，即使濾失量等于零,這個浸潤過程也

無法停止。由于泥頁巖含有大量的微細裂紋,這些微細裂紋有些是地應力造成的，有些是在鉆頭破碎巖石的

過程中造成的，一旦泥頁巖表面被水浸潤之后，在這些微細裂縫中形成一層吸附膜,可以發生有效的分裂作用,

降低泥頁巖的堅固度而促使它破碎、剝落,所以泥頁巖井段的井徑大多大于鉆頭直徑。但在泥頁巖相對穩

定之后，由于水的浸潤,泥頁巖表面的分子、原子或離子表現出極性，具有未平衡的自由的一部分力場，這部分

力場的方向指向鉆井液,能夠吸附鉆井液中的大量的帶異性電荷的粒子。在吸附平衡建立之前，吸附物在鉆

井液中的濃度逐漸變小，而在泥頁巖表面上的濃度逐漸加大。如果增大鉆井液中的某些粒子的濃度,也就增

大它們在單位時間內吸附到泥頁巖表面的數目,這是一個累積的過程。加之，又在鉆井液液柱壓力和鉆柱旋

轉動力的作用下，吸附層的一部分水份被擠回鉆井液中，井壁上就形成了一層比較厚的成份比較復雜的濾餅,

這些濾餅的性能比砂巖井段的濾餅更差。由此我們可以得出結論，只要有濾餅存在,就有粘吸卡鉆的可能，砂

巖井段可以卡鉆，泥頁巖井段也可以卡鉆，無數的現場事實證明,這個結論是正確的。不過,泥頁巖井段的井徑

往往是不規則的，和鉆柱的接觸面積比較少，所以粘吸卡鉆的機會比較少一些。

地層孔隙壓力和鉆井液液柱壓力的壓差存在，是形成粘吸卡鉆的外在原因。外因是變化的條件，內因是變化

的根據，外因通過內因而起作用，在同一裸眼井段中，地層的孔隙壓力梯度不會是同一的，而鉆井液液柱壓力

總是要平衡該井段中的最高地層孔隙壓力,對那些壓力梯度相對低的地層必然會形成一個正壓差。當鉆柱

被井壁濾餅粘吸之后，緊靠井壁一邊鉆柱的一側(粘吸面上)所受的是通過濾餅傳來的地層孔隙壓力,另一側

所受的是鉆井液液柱壓力，如果后者大于前者，即有正壓差存在，可把鉆柱壓向井壁，進一步縮小吸附面之間

的間隙，增強了吸附力,并進一步擴大了鉆柱與井壁的接觸面積。它的發展過程如圖1-2所示。

圖l-2(a)表示鉆柱接觸井壁濾餅,發生吸附作用，此時有一個較小的接觸面積。

圖l-2(b)表示在壓差作用下，進一步將鉆柱壓向井壁，擴大了與濾餅接觸的面積，吸附力量進一步加強。

圖1-2?表示在鉆柱不能活動的情況下,除已接

觸的濾餅面積外，在接觸面的兩邊形成了一部份鉆

井液不能循環的死區，隨著時間的延長，大量巖屑和

鉆井液中的固相顆粒沉淀于此，又形成新的濾餅，進圖1-2濾餅粘吸的發展過程

一步擴大了鉆柱與濾餅接觸的面積。

圖l-2(d)表示，由于井徑不規則的原因，從縱向上看，一部份鉆柱與井壁濾餅接觸，一部份鉆柱與井壁濾餅

接觸不了，但有一部份鉆柱與井壁之間的間隙很小，小到鉆井液無法循環到此，隨著時間的延長，這部份間隙

之間也要被鉆屑和固體顆粒所充填，形成新的濾餅,增加了鉆柱被吸附的長度。

同時由于壓差的作用，又增加了鉆具與濾餅之間的摩阻力，所以，在粘吸卡鉆發生的初期階段，尚可用提、壓、

轉、震擊等辦法爭取解卡。如果解不了卡,同時發現卡點有上移的情況，就不必再用強力進行活動了,因為此

時的卡鉆已由吸附力和摩阻力兩種作用形成，如圖1-3所示,吸附力和摩阻力隨著壓差的增大而增大。摩阻

力和鉆柱與濾餅的接觸面積成正比,和壓差成正比,和濾餅的摩阻系數成正比,可以表達為

F=O.1K(P1-P2)A................................................................................(1-3)

F一摩擦力,kN;

A一為鉆柱與濾餅的接觸面積,cm2;

Pi一為鉆井液液柱壓力,MPa;

P2—為地層孔隙壓力,MPa;

K一為濾餅摩阻系數，一般取值在0.05-0.25之間

0.1—