粘吸卡钻原因及处理对策(技术员必收藏)

来源:三友金刚石   |  2019-11-28
粘吸卡钻

粘吸卡钻也叫压差卡钻是钻井过程中最常见的卡钻事故。最容易卡住的是钻铤,由于钻柱失去了活动的自由,卡点可能逐渐上移。

一、粘吸卡钻的原因
 井壁上有滤饼的存在是造成粘吸卡钻的因在原因,因为大多数钻井液是固、液两相流体,其中的固相颗粒吸附在井壁上就形成了滤饼。有人认为滤饼是由于钻井液的滤失造成的,没有滤失量就不会有滤饼,基于这种思维,他们总认为钻井液在砂岩中的滤失量大,才会形成滤饼。其实不然,在裸眼井段内,泥页岩也有滤饼,而且要比砂岩井段的滤饼厚得多。

这是因为滤饼的形成有三种原因:
第一是吸:附钻井液中的固相颗粒吸附在岩石表面,无论砂岩泥岩都有这种特性。
第二是沉积:钻井液在流动过程中,靠近井壁的流速几乎等于零,钻井液中的固相颗粒便沉积在井壁上。泥岩井段的井径要比砂岩井段的井径大得多,沉积作用更为显著,所以泥岩井段容易形成厚滤饼。

第三是滤失作用:它加速了钻井液中因相颗粒在渗透性岩层表面的沉积。同时我们也注意到,泥岩也有滤失性,而且是亲水物质,可以被水浸润,只要是水基钻井液,即使滤失量等于零,这个浸润过程也无法停止。

由于泥岩含有大量的微细裂纹,这些微细裂纹有些是地层应力造成的,有些是在钻头破碎岩石时造成的,一旦泥岩表面被水浸润之后,在这些微细裂纹中形成一层吸附膜,可以发生有效的分裂作用,降低泥岩的坚固度而使其破碎脱落,所以泥岩井段井径大多大于钻头直径。但在泥岩相对稳定之后由于水的浸润,泥岩表面的分子、原子或离子表现出极性,具有未平衡的自由的一部分力场,这部分力场的方向指向钻井液,能够吸附钻井液中的大量带异性电荷的粒子。在吸附平衡建立之前,吸附物在钻井液中的浓度逐渐变小,而在泥岩表面上的浓度逐渐加大。如果增大钻井液中某些粒子的浓度,也就增大它们在单位时间内吸附到泥岩表面的数目,这是一个累积的过程。加之,又在钻井液液柱压力和钻柱旋转动力的作用下,吸附层的一部分水分被挤回钻井液中,井壁上就形成了一层比较厚的成分比较复杂的滤饼,这些滤饼的性能比砂岩井段的滤饼更差。

由此我们可以得出结论,只要滤饼存在,就有粘吸卡钻的可能,砂岩井段可以粘钻,泥岩井段也可以粘钻,不过泥岩井段的井径往往是不规则的,和钻柱的接触面积比较少,所以卡钻的机会比较少一些。

地层孔隙压力和钻井液液柱压力的压差存在,是形成粘吸卡钻的外在原因。在同一裸眼井段中,地层孔隙压力梯度不会是统一的,而钻井液液柱压力总是要平衡该井段中的最高地层孔隙压力,对那些地层压力梯度相对低的地层必然会形成一个正压差。当钻柱被井壁滤饼粘吸之后,紧靠井壁一边钻柱的一侧所受的是通过滤饼传来的地层孔隙压力,另一侧所受的是钻井液液柱压力,如果后者大于前者,即有正压差存在,可把钻柱压向井壁,进一步缩小吸附面之间的间隙,增强了吸附力,并进一步扩大了钻柱与井壁的接触面积。

钻柱在静止时,由于任何井都有一定的斜度,钻柱因其自身重量所产生的水平分力而压向井壁的下侧,驱走了中间的隔离层,使钻柱与滤饼之间的距离缩小,当缩小到二者之间的极性分子互相起作用的范围内时,便发生的吸附作用,这就是发生粘吸卡钻的主要原因。

二、粘吸卡钻的预防
1、使用中性钻井液,或阳离子体系钻井液;
2、目前使用的水基钻井液,绝大部分是阴离子体系钻井液,这种钻井液随着井斜的增加或钻井液密度的提高,粘吸卡钻的可能性越来越大,最好的办法就是不让钻柱静止;
3、对于阴离子体系的钻井液来说,要求有好的润滑性、较小的滤失量、适当的粘度和切力,必要时加入润滑济以减少滤饼的摩阻系数;
4、搞好固控工作,把无用的固相尽量清除干净;
5、尽可能做到近平衡压力钻进;
6、使用合理的钻柱结构,总的思路是增加支撑点,减少接触面;
7、直井粘卡后为了防止卡点上移最好将钻柱总重量的三分之二下压,减少钻柱与井壁滤饼的接触面积,斜井则不能压,因为下部钻具靠井壁下限,越压越死;
8、指重表必须灵敏可靠,以防做出错误的判断;
9、要保持良好的井身质量;
10、在钻柱中带上随钻震击器,因为在粘卡发生的最初阶段,震击解卡是很有效的。

三、粘吸卡钻的处理
1、强力活动:粘吸卡钻随着时间的延长会越来越严重,所以在发生粘吸卡钻的初期阶段,就应在设备和钻柱的安全负荷内用最大的力量进行活动。
2、震击解卡:如果钻柱上带有随钻震击器,应立即启动震击器上击或者下击,以求解卡,这比单纯的上提下压的力量要集中,见效也快得多。若没有随钻震击器,应先测卡点位置,用爆破松扣法从卡点以上把钻具倒开,然后选择适当的震击器下钻对扣后震击以求解卡。如果震击不能解卡,可用注解卡剂边浸泡边震击,其效果会更好。
3、降压解卡法:即泥浆液柱压力和地层孔隙压力之差别。

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13607833518(谢勇刚)