论文部分内容阅读
摘 要：当前， 压差卡钻已逐渐成为钻井施工过程中最常见的卡钻事故之一， 对定向钻井作业能否顺利进行有着重要影响。文章主要就其产生的原因以及条件进行详细分析与研究， 并提出相应的预防措施， 为定向钻井作业中预防压差卡钻提供一定理论支持。
关键词：钻井；压差；卡钻
一、引言
在钻井作业过程中因各种原因导致钻具或者是钻头在钻井作业中被卡住无法起下或者是转动的现象被称之为卡钻。目前，最为常见的几种卡钻现象有： 沉砂卡钻、坍塌卡钻、压差卡钻、缩径卡钻及砂桥卡钻等等。其中压差卡钻则是定向钻井作业中经常发生的一种卡钻事故。
二、压差卡钻机理
压差卡钻是指钻具在井中静止时，在钻井液与地层孔隙压力之间的压差作用下，紧压在井壁泥饼上而导致的卡钻。卡钻可以看作是钻柱不能在井眼中自由活动。当钻杆在井中长时间静止时，随着泥饼中钻井液的滤失，泥饼的孔隙压力将降低，而且当泥饼和地层岩石之间存在足够的压力差时，泥饼中的钻井液将持续地滤失。当滤失停止，泥饼压力与地层压力相等时，则在钻柱和井壁之间产生压差，从而导致了卡钻。泥饼的剪切屈服力可以看作是卡钻发生的主要因素。当钻柱拉力大于泥饼的剪切屈服力时，卡钻就不会发生；反之，则卡钻发生。随着泥饼的滤失，钻铤与井壁接触面的泥饼压力会持续地降低，泥饼的剪切屈服力将增大，当钻柱传递的有效拉力大于泥饼的剪切力时，即泥饼压力在钻柱传递的极限拉力线以上时，则钻柱在井眼中可任意移动，即卡钻没有发生；当泥饼压力在钻柱传递的极限拉力线以下时，则钻柱不能移动，即卡钻发生。
三、压差卡钻的成因和影响因素分析与研究
在定向钻井作业中，由于钻具会受一定压力差作用，致使其会紧靠井壁一侧并始终粘附于井壁之上，从而导致钻具运动困难并引发压差卡钻事故。
1. 压差卡钻发生的条件
定向钻井作业中，若井斜变化率不超过30 /100m 时，并无较大方位角变化率时，则井眼会近似于直井眼。在该种井段，钻具会因受外界重力，处于井眼下半部，而钻具也会与井壁在很长井段上保持一定接触面积。在渗透性地层中，钻具在垂直于钻具方向会受到三种作用力，分别为垂直于钻具方向的重力分力P1， 以及地层压力P3还有泥浆柱压力P2。
当泥浆柱压力P2与相应的重力分力P1之和高于地层压力P3时，则会就在一个单位面积上形成一定压力差△P，即
△P=Pl+P2-P3（式1）
在这种压力差作用之下，所使用钻具则会紧紧的靠向井壁。而当钻具进行上下运动以及旋转时，因受其压力差作用，就会产生一个与其运动方向相反的摩擦阻力F，而当钻具上提时，若其摩阻阻力F与相应钻具重力大于其钻机提升力时，则上提钻具易遇卡； 而当下放钻具时，当F大于相应的钻具自重时，则下放钻具易受阻； 而当转动转盘时，其扭矩小于钻具与井壁所产生的摩擦阻力F 时，则钻具无法转动，这时钻具则会被完全卡死。影响压差卡钻的因素钻具同井壁所产生的摩擦力F可以利用以下公式进行计算：
F = ?·P（式2）；
P = A·△P（式3）
其中，公式里?主要代表泥饼摩擦系数，而P则表示井壁对钻具产生的支撑力；A则表示这钻具与井壁之内所形成的接触面积。
通过将上述的（1）、（3）公式带人到（2）式中可以得出：
F =?·A（Pl+P2-P3）（4）
据此，又可以求出： P1 = G·Sina（5）；
P2 = γ·H（6）
通过将公式里（5）（6）代人相应公式（4）中可以得出：
F =?·A（G·Sina +γ·H - P3）（式7）
其中，公式里G 则代表着钻具重力，而a 则表示着井身弯曲段井斜角； Y 表示比重； H 则表示井身垂直深度。
2 .影响压差卡钻的主要因素分析
通过对公式（7）进行分析可以得出，在定向钻井作业过程中，影响压差卡钻的主要因素有：
2.1 钻井液比重越高，与地层压力相差越大，其相应压差也就愈大，越易引发压差卡钻。
2.2 钻具与井壁接触面积越大，那么钻具同井壁所产生的摩擦力也会越大，越易引发压差卡钻。定向井中其接触面积大小往往会与井径大小、井身形状及泥饼厚度等有关。
2.3 泥饼摩擦系数越大，则摩擦力越大，压差起钻的可能性也就会愈大。
2.4 垂深、井斜越大，越容易发生压差卡钻。
四、压差卡钻的预防对策研究
1. 选择合理的钻井液密度
1.1 对钻井液密度进行合理设计，并确保其处于平衡地层压力下，能够尽可能降低钻井液密度，从而有效降低钻井液静液柱压力与相应地层孔隙压力之间的压力差，从而实现近似于平衡力钻井。油井压差控制在1.5-3MPa，而气井压差则控制在3.5-5MPa 。
1.2 切实做好地层压力监测工作。依据地层压力系数来对钻井液密度值进行及时调整。
2. 调整好钻井液性能
2.1 确保钻井液性能的低失水性、低粘度以及低含砂等特点，保持良好的泥饼质量。
2.2 对使用的钻井液性要进行定期测量，要勤于观察、维护。及时做全套性能，在对加人药品进行处理时，一定要依据循环周进行均匀加人，切记加量不应过猛。
3 .减少钻具与井壁的接触面积
钻进作业过程中，尽快能的减少与控制钻具与孔壁的接触面积。如使用加重钻杆代替钻挺，使用带扶正器的钻具组合。
4. 减少钻具的静止时间
4.1 尽量减少钻具在裸眼内静止时间。如果需要设备修理，尽量起钻到上层套管内，如条件不允许，则尽量在修理时保持钻具处于活动或间歇性活动状态。
4.2 对于预测的低压、高渗透砂岩井段，尤其要注意减少钻具静止时间。
5. 及时发现卡钻征兆， 尽早处理如果发现钻具启动摩阻增高，有压差卡钻的征兆，要及时分析原因并采取有效措施，避免情况进一步恶化导致卡钻。
五、结论与认识
综上所述，本文主要结合压差卡钻的事故原因以及特征，提出预防压差卡钻的措施，进行了探究与分析，为在实际定向钻井中压差卡钻事故的预防提供了一定理论支持。
参考文献
[1]陆斌.钻井井壁稳定性探讨及对策[J]内蒙古石油化工，2009（10）
关键词：钻井；压差；卡钻
一、引言
在钻井作业过程中因各种原因导致钻具或者是钻头在钻井作业中被卡住无法起下或者是转动的现象被称之为卡钻。目前，最为常见的几种卡钻现象有： 沉砂卡钻、坍塌卡钻、压差卡钻、缩径卡钻及砂桥卡钻等等。其中压差卡钻则是定向钻井作业中经常发生的一种卡钻事故。
二、压差卡钻机理
压差卡钻是指钻具在井中静止时，在钻井液与地层孔隙压力之间的压差作用下，紧压在井壁泥饼上而导致的卡钻。卡钻可以看作是钻柱不能在井眼中自由活动。当钻杆在井中长时间静止时，随着泥饼中钻井液的滤失，泥饼的孔隙压力将降低，而且当泥饼和地层岩石之间存在足够的压力差时，泥饼中的钻井液将持续地滤失。当滤失停止，泥饼压力与地层压力相等时，则在钻柱和井壁之间产生压差，从而导致了卡钻。泥饼的剪切屈服力可以看作是卡钻发生的主要因素。当钻柱拉力大于泥饼的剪切屈服力时，卡钻就不会发生；反之，则卡钻发生。随着泥饼的滤失，钻铤与井壁接触面的泥饼压力会持续地降低，泥饼的剪切屈服力将增大，当钻柱传递的有效拉力大于泥饼的剪切力时，即泥饼压力在钻柱传递的极限拉力线以上时，则钻柱在井眼中可任意移动，即卡钻没有发生；当泥饼压力在钻柱传递的极限拉力线以下时，则钻柱不能移动，即卡钻发生。
三、压差卡钻的成因和影响因素分析与研究
在定向钻井作业中，由于钻具会受一定压力差作用，致使其会紧靠井壁一侧并始终粘附于井壁之上，从而导致钻具运动困难并引发压差卡钻事故。
1. 压差卡钻发生的条件
定向钻井作业中，若井斜变化率不超过30 /100m 时，并无较大方位角变化率时，则井眼会近似于直井眼。在该种井段，钻具会因受外界重力，处于井眼下半部，而钻具也会与井壁在很长井段上保持一定接触面积。在渗透性地层中，钻具在垂直于钻具方向会受到三种作用力，分别为垂直于钻具方向的重力分力P1， 以及地层压力P3还有泥浆柱压力P2。
当泥浆柱压力P2与相应的重力分力P1之和高于地层压力P3时，则会就在一个单位面积上形成一定压力差△P，即
△P=Pl+P2-P3（式1）
在这种压力差作用之下，所使用钻具则会紧紧的靠向井壁。而当钻具进行上下运动以及旋转时，因受其压力差作用，就会产生一个与其运动方向相反的摩擦阻力F，而当钻具上提时，若其摩阻阻力F与相应钻具重力大于其钻机提升力时，则上提钻具易遇卡； 而当下放钻具时，当F大于相应的钻具自重时，则下放钻具易受阻； 而当转动转盘时，其扭矩小于钻具与井壁所产生的摩擦阻力F 时，则钻具无法转动，这时钻具则会被完全卡死。影响压差卡钻的因素钻具同井壁所产生的摩擦力F可以利用以下公式进行计算：
F = ?·P（式2）；
P = A·△P（式3）
其中，公式里?主要代表泥饼摩擦系数，而P则表示井壁对钻具产生的支撑力；A则表示这钻具与井壁之内所形成的接触面积。
通过将上述的（1）、（3）公式带人到（2）式中可以得出：
F =?·A（Pl+P2-P3）（4）
据此，又可以求出： P1 = G·Sina（5）；
P2 = γ·H（6）
通过将公式里（5）（6）代人相应公式（4）中可以得出：
F =?·A（G·Sina +γ·H - P3）（式7）
其中，公式里G 则代表着钻具重力，而a 则表示着井身弯曲段井斜角； Y 表示比重； H 则表示井身垂直深度。
2 .影响压差卡钻的主要因素分析
通过对公式（7）进行分析可以得出，在定向钻井作业过程中，影响压差卡钻的主要因素有：
2.1 钻井液比重越高，与地层压力相差越大，其相应压差也就愈大，越易引发压差卡钻。
2.2 钻具与井壁接触面积越大，那么钻具同井壁所产生的摩擦力也会越大，越易引发压差卡钻。定向井中其接触面积大小往往会与井径大小、井身形状及泥饼厚度等有关。
2.3 泥饼摩擦系数越大，则摩擦力越大，压差起钻的可能性也就会愈大。
2.4 垂深、井斜越大，越容易发生压差卡钻。
四、压差卡钻的预防对策研究
1. 选择合理的钻井液密度
1.1 对钻井液密度进行合理设计，并确保其处于平衡地层压力下，能够尽可能降低钻井液密度，从而有效降低钻井液静液柱压力与相应地层孔隙压力之间的压力差，从而实现近似于平衡力钻井。油井压差控制在1.5-3MPa，而气井压差则控制在3.5-5MPa 。
1.2 切实做好地层压力监测工作。依据地层压力系数来对钻井液密度值进行及时调整。
2. 调整好钻井液性能
2.1 确保钻井液性能的低失水性、低粘度以及低含砂等特点，保持良好的泥饼质量。
2.2 对使用的钻井液性要进行定期测量，要勤于观察、维护。及时做全套性能，在对加人药品进行处理时，一定要依据循环周进行均匀加人，切记加量不应过猛。
3 .减少钻具与井壁的接触面积
钻进作业过程中，尽快能的减少与控制钻具与孔壁的接触面积。如使用加重钻杆代替钻挺，使用带扶正器的钻具组合。
4. 减少钻具的静止时间
4.1 尽量减少钻具在裸眼内静止时间。如果需要设备修理，尽量起钻到上层套管内，如条件不允许，则尽量在修理时保持钻具处于活动或间歇性活动状态。
4.2 对于预测的低压、高渗透砂岩井段，尤其要注意减少钻具静止时间。
5. 及时发现卡钻征兆， 尽早处理如果发现钻具启动摩阻增高，有压差卡钻的征兆，要及时分析原因并采取有效措施，避免情况进一步恶化导致卡钻。
五、结论与认识
综上所述，本文主要结合压差卡钻的事故原因以及特征，提出预防压差卡钻的措施，进行了探究与分析，为在实际定向钻井中压差卡钻事故的预防提供了一定理论支持。
参考文献
[1]陆斌.钻井井壁稳定性探讨及对策[J]内蒙古石油化工，2009（10）