定向井、水平井復(fù)雜情況及事故預(yù)防處理

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上定向井、水平井復(fù)雜情況及事故預(yù)防處理 第一節(jié) 定向井（水平井）特點(diǎn) 一、由垂直井眼變成傾斜（水平）井眼帶來(lái)的特性 1、鉆具貼井壁，受力狀況發(fā)生變化 從造斜段開始，鉆具受力狀況相對(duì)直井發(fā)生了根本的變化。 造斜段：由于斜井段鉆具的斜向拉力造成此處鉆具被拉向上井壁。造斜點(diǎn)較高的井可明顯在井口出現(xiàn)鉆具向定向方向的偏移。隨著井深增加，造斜點(diǎn)以下鉆具重量隨著造斜率的增大，在造斜段出現(xiàn)的側(cè)向力F側(cè) 隨之增大、起下的摩阻增大，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，起下鉆和轉(zhuǎn)動(dòng)在此處形成鍵槽。 圖 斜井段：由于鉆具自重，鉆具躺在下井壁，對(duì)井壁側(cè)壓力的增大，帶來(lái)磨阻（起下）和扭矩的增大（旋轉(zhuǎn)）。圖 鉆頭的受力

2、變化出現(xiàn)側(cè)向分力，當(dāng)使用增斜鉆具結(jié)構(gòu)時(shí)，由于近鉆頭扶正器的支點(diǎn)作用而產(chǎn)生向高邊的側(cè)向力；使用降斜組合時(shí)，由于鐘擺力作用而向低邊產(chǎn)生側(cè)向力；由于下部鉆具結(jié)構(gòu)和鉆頭重力作用，始終產(chǎn)生降斜趨勢(shì)，需用剛性組合來(lái)保持井斜的穩(wěn)定或大于此趨勢(shì)產(chǎn)生增斜力。 2、偏心環(huán)空和巖屑床國(guó)外專家和七五攻關(guān)項(xiàng)目中劉希圣教授等專家研究表明，由于斜井鉆具偏向下井壁而形成了偏心環(huán)空，巖屑的沉降，運(yùn)移與直井相比發(fā)生了根本的變化，巖屑出現(xiàn)向井壁徑向沉降的趨勢(shì)，由于偏心環(huán)空流速的不均勻，在下井壁形成巖屑床，在一定條件下還會(huì)發(fā)生巖屑床的滑移、堆積。給大斜度、水平井施工帶來(lái)威脅，如何正確認(rèn)識(shí)此特點(diǎn)和采取相應(yīng)的措施是定向井，尤其是大斜度井

3、、水平井成功與否的關(guān)鍵。圖 研究的主要結(jié)論有： 偏心環(huán)空?qǐng)鲋校蟓h(huán)隙處流速大，小環(huán)隙處流速小，促使巖屑床的 產(chǎn)生。 巖屑床厚度隨流速的減少和井眼斜度的增加而增加，但傾角大于一 定值后，其巖屑床厚度基本保持不變。 環(huán)空巖屑濃度在臨界角（30°60°）范圍內(nèi)最大。環(huán)空巖屑 濃度隨流速的增加而降低。 注：對(duì)臨界角的界限，有人認(rèn)為35°70°，但總的范圍是相近的。 當(dāng)井眼傾角處于臨界傾角范圍內(nèi)時(shí)，由于巖屑床的形成及滑移，巖 屑勢(shì)必下滑堆積。容易造成鉆具的阻卡。 各傾角都存在一個(gè)臨界流速。當(dāng)環(huán)空流速大于該臨界流速時(shí)， 理論認(rèn)為不會(huì)產(chǎn)生巖屑床。 流體粘度升高導(dǎo)致巖屑

4、床厚度降低，巖屑濃度降低，提高了巖屑輸 送效果。 下面就斜井幾種狀態(tài)下的井屑運(yùn)動(dòng)方式做一分析： 以臨界角為界把斜井分為三種類型： 第一種：小于臨界角的范圍（30°），只有垂直沉降，而無(wú)徑向沉降。vs為垂直沉降速度，vsr為徑向沉降速度，vsa為軸向沉降速度。 Vs圖 Vs0 VsaVs 升高則Vsa越大，該范圍最易形成巖屑床，越接近上界越易產(chǎn)生巖屑床下滑堆集，是大斜度井、水平井施工中主要清除巖屑床的井段。該種情況可近似為直井狀態(tài)，不易形成巖屑床。 Vsr Vsa Vs 第二種：臨界范圍內(nèi)（30°，60°） Vsr Vsa Vs 圖 Vsa=Vs*COS、VsrVs

5、*SIN 升高則Vsa越大，該范圍最易形成巖屑床，越接近上界越易產(chǎn)生巖屑床下滑堆集，是大斜度井、水平井施工中主要清除巖屑床的井段。第三種：大于臨界角(60°或有的認(rèn)為65°) Vs圖 Vsa0、VsrVs 該情況可近似視為水平井段的狀況，巖屑床受洗井液的沖刷厚度不再增加，也不產(chǎn)生滑移，聚集，此井段的巖屑往往被洗井液帶到臨界角附近聚集(60°70°范圍)。 大斜度井和水平井的實(shí)踐證實(shí)了以上理論是正確的，解決的辦法是： 一般的定向井井斜角度盡量選擇在30°35°，不易形成巖屑床，施工較安全。 對(duì)已經(jīng)形成巖屑床的井或大井斜角度的井采用以下三

6、種方法減少巖屑床厚度，清潔井眼、保證施工安全。 A、在條件允許的情況下，盡可能提高循環(huán)排量，使其接近臨界返速而消弱巖屑床，但要注意防止井徑擴(kuò)大。 B、提高泥漿的屈服值（YP），增強(qiáng)攜巖能力，減緩巖屑的徑向沉積，也是減少巖屑床厚度的有效辦法。 C、由于以上兩種辦法的限制，最有效的辦法則是利用機(jī)械辦法除砂：有頂部驅(qū)動(dòng)手段的可利用邊起鉆邊轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具的辦法攪動(dòng)巖屑床。同時(shí)循環(huán)泥漿，清除巖屑床；在沒有頂部驅(qū)動(dòng)條件的施工中，則采用定時(shí)定井段的短起下鉆手段，起一段，循環(huán)一段的辦法清除大斜度井段（或水平段）的巖屑床。隨著井斜的增大，大斜度井段的增長(zhǎng)，短起下的時(shí)間間隙縮短?，F(xiàn)在施工中，可從振動(dòng)篩返出巖屑量的減少和

7、扭矩、摩阻的增加來(lái)判斷，是否需要短起下。 3、 被鉆開的巖層受力狀況發(fā)生變化： 在地層傾角較小的直井，被鉆開的巖層層面與井眼軸線是垂直的。由于巖層縱向的壓實(shí)程度較高，鉆開的井眼部分相對(duì)較穩(wěn)定。隨著井斜角的增大，巖層層面與井眼軸線夾角變小，不穩(wěn)定巖層（如易吸水膨脹的泥巖層）暴露面積增大，受垂直壓力影響，容易吸水膨脹，剝蝕掉塊，造成井壁不穩(wěn)定；對(duì)于水平井來(lái)說(shuō)，水平段則完全在油層中延伸，其穩(wěn)定性大為值得重視，這就提出了比直井更為嚴(yán)格的要求鉆井液防塌性要好，失水要小。 4、橢圓井眼的形成和鍵槽的產(chǎn)生 由于斜井段鉆具靠井壁，起下鉆和旋轉(zhuǎn)使下井壁逐漸掏大，形成橢圓井眼：左右井壁基本保持近鉆頭的井眼R1，而

8、上下方向則形成了長(zhǎng)軸R2，在雙井徑測(cè)井曲線上可以明顯的看到長(zhǎng)短軸的存在，往往在下井壁還存在鉆具旋轉(zhuǎn)磨出的直徑與鉆桿接頭接近的槽溝R3，井眼傾角越大，施工時(shí)間越長(zhǎng)形成的橢圓井眼越嚴(yán)重。在大斜度井段，由于地層軟硬交錯(cuò)和泥巖井徑的擴(kuò)大，還容易在下井壁被旋轉(zhuǎn)的鉆具磨出硬地層凸出處的鍵槽。這些"鍵槽"與擴(kuò)大的泥巖井徑形成"臺(tái)階"，造成起鉆時(shí)，稍大于鉆桿接頭的7、8鉆鋌迂阻；嚴(yán)重時(shí)起不出鉆(特點(diǎn)是定深迂阻，能下放單上體不過(guò))。 橢圓井眼帶來(lái)的影響有： A、井徑擴(kuò)大，循環(huán)上返速度降低，不利于洗井。 B、形成"鍵槽"和"臺(tái)階"，造

9、成復(fù)雜情況和事故。 C、影響固井質(zhì)量。 造斜點(diǎn)附近在上井壁提出"鍵槽" 圖 圖圖 如前所述，造斜段由于下部鉆具拉力作用，使鉆具靠向上井壁，產(chǎn)生側(cè)向力，在鉆具旋轉(zhuǎn)和起下鉆的刮削作用下，逐漸形成直徑與鉆桿接頭外徑相近的鍵槽，起鉆時(shí)，易使稍大于鉆桿接頭尺寸的7、8鉆鋌 被拉入槽內(nèi)而卡鉆。一般在槽深大于被卡鉆具半徑后發(fā)生。 鍵槽形成的程度與以下因素有關(guān)： 造斜率（即造斜段狗腿度）越大，形成鍵槽越快、越嚴(yán)重。 造斜點(diǎn)以下井段越長(zhǎng)，鉆具越重，形成鍵槽越嚴(yán)重。 斜井段井斜角越大，側(cè)向拉力越大，形成鍵槽越嚴(yán)重。 隨鉆井作業(yè)時(shí)間而加深。 5、 對(duì)懸重和鉆壓的影響： 躺在下井壁的鉆具使得懸重變

10、輕，上提鉆具摩阻使得懸重大于鉆具總重，下放則小于懸重。對(duì)正常井眼來(lái)說(shuō)，懸重的增減是有規(guī)律的，超過(guò)正常增減范圍，則是有了阻卡。 同樣，鉆壓的確定也要考慮摩阻的影響。二、由井身軌跡控制需要帶來(lái)的特性 1、由于定向和方位角調(diào)整的需要，增加定向作業(yè) 使用動(dòng)力馬達(dá)定向、調(diào)方位時(shí)，鉆柱不旋轉(zhuǎn)，定向測(cè)量時(shí)鉆具相對(duì)靜止時(shí)間長(zhǎng)，則要求泥漿性能穩(wěn)定、攜巖性和潤(rùn)滑性良好。這就是為什么在定向前要調(diào)整好泥漿和適當(dāng)混油的理由。 由于彎接頭或彎外殼動(dòng)力鉆具的使用，使得下部鉆具彎曲。要求定向前井眼暢通，而且對(duì)彎接頭的度數(shù)有限制（一般不大于3°），避免鉆頭偏離井眼軸線太大而下不去。 由于彎曲鉆具的方向性（工具面方向）

11、，決定了動(dòng)力鉆具在井內(nèi)不得隨意開泵和使用動(dòng)力馬達(dá)劃眼。若中途遇阻，必須起出換轉(zhuǎn)盤鉆具通井。 動(dòng)力馬達(dá)的工作排量一般較小，又不允許長(zhǎng)時(shí)間停在一處循環(huán)，所以定向完后，通井是十分必要的。 2、增加測(cè)量工作量： 除定向（或方位調(diào)整時(shí)）要頻繁單點(diǎn)測(cè)斜（隨鉆則每根起下電纜）外，轉(zhuǎn)盤鉆也需定點(diǎn)測(cè)斜監(jiān)控。一般測(cè)量間隔不超過(guò)50米。為了保證測(cè)量的安全，規(guī)定每次測(cè)量前要充分循環(huán)泥漿除砂（一般一周以上）。 3、軌跡控制需要帶來(lái)了比直井更多的起下鉆更換鉆具組合。往往鉆頭用不到家，定向井比直井多發(fā)生起下鉆作業(yè)、多消耗鉆頭。 4、使用滿眼扶正器（穩(wěn)定器）的下部結(jié)構(gòu)帶來(lái)的滿眼問題： 下鉆易發(fā)生遇阻，螺旋穩(wěn)定器還會(huì)在小井眼段

12、造成鉆柱的旋轉(zhuǎn)。不嚴(yán)重的阻卡往往可以通過(guò)有控制的下砸和提放通過(guò)。 起鉆易帶來(lái)抽吸（拔活塞）問題： 由于滿眼，在易吸水膨脹井段起鉆拔活塞，勝利油田曾發(fā)生在斜井中拔活塞引起的氣層井噴失控，教訓(xùn)是慘痛的。正因?yàn)檫@樣，要求斜井泥漿抑制性要好，井壁泥餅要薄，操作中要十分小心拔活塞的發(fā)生，并正確處理。 彎曲井眼對(duì)鉆具剛度變化的敏感問題： 已鉆過(guò)的彎曲井眼曲率是一定的。當(dāng)鉆具組合因軌跡控制需要?jiǎng)傂宰兇髸r(shí)（增加扶正器只數(shù)和縮短扶正器間隔），易遇阻遇卡，下鉆要格外小心，劃眼是必要的。 特別值得提醒注意的是，定向或調(diào)整完方位后，先用較軟的轉(zhuǎn)盤鉆具組合通井，十分必要。 第二節(jié) 影響定向井（水平井）安全的因素一、合理

13、的剖面設(shè)計(jì)： 1、剖面類型的選擇： 除了多目標(biāo)井和開發(fā)有特殊要求的定向井（如限定造斜點(diǎn)深度、要求垂直進(jìn)入油層等）外，剖面越簡(jiǎn)單，越安全易打。常常采用的是三段制剖面。獲得的位移大，相對(duì)摩阻小，而S形井眼（四、五段制）的摩阻較大，一般盡量避免。 國(guó)外有人認(rèn)為變?cè)煨甭蚀虺龅膽益準(zhǔn)狡拭媸广@具受力最小、摩阻最小，但這種變?cè)煨甭试趯?shí)施過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)，并使施工變得十分復(fù)雜。 2、造斜點(diǎn)和造斜率的選擇： 造斜點(diǎn)高使得定向容易（起下鉆和測(cè)量快，容易定準(zhǔn)，進(jìn)尺快，動(dòng)力鉆具工作時(shí)間短）；上部地層軟，形成的鍵槽軟，易破壞掉；用較小的井斜獲得的位移大。其缺點(diǎn)是軌跡控制井段變長(zhǎng)，后面井段長(zhǎng)，鉆具重，更容易形成鍵槽。通常達(dá)

14、到穩(wěn)斜段后，下一層技套封固造斜段可避免鍵槽帶來(lái)的麻煩。 造斜點(diǎn)低則定向困難，需要的造斜率和最大井斜相對(duì)要大。但需要控制的井段大大縮短，為了準(zhǔn)確，往往采用隨鉆測(cè)量工具定向。 造斜率的選擇： 高造斜點(diǎn)選用高造斜率是十分危險(xiǎn)的。形成的狗腿角大，很容易在下部（長(zhǎng)井段）鉆具重量作用下形成嚴(yán)重的鍵槽，造成卡鉆。 相反，為了減少軌跡控制的工作量，提高定向井建井速度，在位移條件允許情況下，可采用低造斜點(diǎn)高造斜率施工，全井的磨阻也會(huì)因斜井段減少而變小。同樣，需要隨鉆測(cè)量的手段保證定向的準(zhǔn)確。 3、最大井斜的選擇 根據(jù)實(shí)際位移的需要，盡可能把井斜角選在大于15°和小于35°之間，井斜過(guò)小，方位

15、不易控制，井斜過(guò)大則帶來(lái)巖屑床沉積，增大不安全性。 4、有關(guān)的約束條件 目的層深度，現(xiàn)有的工具造斜能力；測(cè)量手段；安全性；經(jīng)濟(jì)性都是定向井設(shè)計(jì)的約束條件，應(yīng)綜合考慮使得設(shè)計(jì)出的定向井切實(shí)可行，安全經(jīng)濟(jì)。 二、井身結(jié)構(gòu)的選擇： 1、套管層次和井眼尺寸的選擇原則 (1)盡可能下技套封住造斜段和增斜段，有利于保護(hù)上部松軟地層和造斜狗腿。 (2) 避免斜井裸眼段過(guò)長(zhǎng)(尤其是大斜度和水平井)。 (3)避免 17-1/2以上井眼尺寸中定向造斜(尤其是大斜度井和水平井)過(guò)大的扭矩會(huì)帶來(lái)鉆具事故。 2、技套下深的確定原則 (1) 封住易垮易塌和其它特殊地層。 (2) 一般為進(jìn)入穩(wěn)斜段 50米，有利于保護(hù)套管鞋

16、。 (3) 有利于"巖屑床"的消除和保護(hù)井眼。 (4) 水平井一般在進(jìn)入靶盒前下入技套。三、 對(duì)定向井泥漿的要求 1、良好的潤(rùn)滑原理 常混入 6%15% 的原油或柴油做潤(rùn)滑劑，同時(shí)加乳化劑和提高PH值使之乳化良好，有特殊要求的井可采用"無(wú)熒光類"潤(rùn)滑類，在電測(cè)和下套管時(shí)可加入少量的固體潤(rùn)滑劑減小磨阻。 2、良好的防塌性和低失水 3、良好的流變性和較高的攜巖能力要十分注意定向井泥漿的動(dòng)切力(YP)保持較高值，一般使PV:YP值接近1:1(老計(jì)量單位) 4、十分重視定向井泥漿的"凈化"工作光滑，干凈的泥餅是定向井防粘卡，低磨阻的關(guān)鍵，要求

17、達(dá)到三級(jí)凈化，有條件的使用離心分離機(jī)降低有害的固相。四、井眼軌跡控制因素 1、軌跡"光滑"，避免來(lái)回扭動(dòng)和井斜的上下擺動(dòng)。2、及時(shí)調(diào)整方位，防止"狗腿角"過(guò)大。 選擇合適的井段調(diào)整方位，使工作量最?。浑S著井深的增加地層變硬，方位調(diào)整工作越困難，形成的狗腿角也越大。 定向造斜段，方位不穩(wěn)定，需要及時(shí)作圖分析；方位出現(xiàn)偏差時(shí)及時(shí)調(diào)整非常重要，方位漂移的同時(shí)，井斜角較快增加，調(diào)整越晚，狗腿嚴(yán)重度越大，調(diào)整工作越困難，對(duì)井眼安全危害越大。 3、采用盡可能簡(jiǎn)化的鉆具結(jié)構(gòu) (1)由于斜井鉆具承壓能力大大增加(一次彎曲的臨界值隨井斜的增大而大幅度提高)為定向井少用鉆鋌

18、提供了有利條件。 (2)避免下部結(jié)構(gòu)井中，最上扶正器以上光鉆鋌的使用，而用加重鉆桿代替(在大斜度情況下可用光鉆桿代替)，可大大減少與井壁的接觸面積而有效防止粘卡。 (3)盡量避免在下部組合的最上端出現(xiàn)7鉆鋌，7鉆鋌往往是最容易鉆進(jìn)鍵槽到起卡鉆的尺寸。 (4)使用隨鉆震擊器，一般放在鉆鋌的上面，其尺寸不大于鉆鋌的尺寸，上部常加510 加重鉆桿做為震擊的錘擊力量。 (5)只要能有效的控制住井斜，方位，盡可能少用扶正器，以減少鉆具組合的剛度。 (6) 只要能有效的控制住井斜,方位,盡可能少用扶正器,以減少鉆具組合的剛度.五、司鉆操作要求： 1、嚴(yán)格控制鉆具在斜井內(nèi)的靜止時(shí)間，防止粘卡的發(fā)生過(guò)去規(guī)定靜

19、止時(shí)間不超過(guò)3 分鐘，隨著泥漿體系的進(jìn)步和凈化工作的加強(qiáng)，靜止時(shí)間允許延長(zhǎng)，為了養(yǎng)成及時(shí)活動(dòng)的好習(xí)慣，一般仍規(guī)定靜止時(shí)間限制。 2、為防止沉砂和粘卡事故的發(fā)生， 常規(guī)定三不接單根 (1) 泵壓不正常不接單根 (2) 懸重壓不正常不接單根 (3) 井口準(zhǔn)備工作不好不接單根井口動(dòng)作較慢的情況下， 中途應(yīng)強(qiáng)調(diào)司鉆活動(dòng)一下鉆具(或轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤) 3、要求在斜井段起鉆一律采用低速 ，避免快速起車迂阻拔死，一但迂卡后，嚴(yán)禁硬拔，而采用上提下砸加循環(huán)的辦法消除阻卡，必要時(shí)倒劃眼通過(guò)。 4、由于斜井鉆具走上井壁，常迂阻和碰到臺(tái)階(有時(shí)是扶正器受阻)，在劃眼方法上要講究，采用"點(diǎn)拔法"，即放一點(diǎn)

20、，撥動(dòng)幾圈轉(zhuǎn)盤，待懸重恢復(fù)后，再壓一點(diǎn)，再拔一下轉(zhuǎn)盤，示返流的加壓劃眼，造成出新眼。輕微的迂阻時(shí)，可用"點(diǎn)剎下放"的辦法，克服井壁摩擦避免劃眼。 5、保護(hù)井眼的做法 (1)循環(huán)泥漿或停鉆時(shí)，活動(dòng)鉆具應(yīng)以上提下放為主，每次活動(dòng)幅度大于3 米，避免在原地剎車轉(zhuǎn)動(dòng)，防止劃出臺(tái)階，大肚子 (2) 起鉆正確判斷"拔活塞"及時(shí)循環(huán)消除， 防拔垮井眼 (3)保證軌跡控制的前提下，盡量提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，減少泥漿侵泡時(shí)間。穩(wěn)斜井段可采用高壓噴射和新型噴嘴技術(shù)。 (4) 減少一切不必要的劃眼。 (5)保持井眼液柱壓力的平衡，防止因液柱壓力大幅度變化，井壁壓力平衡破

21、壞，帶來(lái)的塌垮和粘卡。 6、通過(guò)轉(zhuǎn)盤扭矩儀(或判斷轉(zhuǎn)盤，鉆機(jī)負(fù)荷)判斷井下扭矩大小，及時(shí)循環(huán)，劃眼處理防止扭斷鉆具。 7、深井，硬地層井段，經(jīng)常有計(jì)劃的倒換鉆柱位置，一般取上倒到最下，防止對(duì)鉆具的"偏磨"；定期對(duì)下部組合的鉆鋌，扶正器，震擊器，加重鉆桿進(jìn)行探傷，防斷。 8、關(guān)于防止鍵槽卡鉆的要求 (1)造斜點(diǎn)高的井，下技套管前應(yīng)對(duì)短起下鉆的間隔時(shí)間做明確規(guī)定，防止時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，形成鍵槽卡鉆，用短起下辦法，拉掉槽子。 (2) 短起下的行程規(guī)定： A、定向后第一趟轉(zhuǎn)盤鉆矩起下時(shí)必須起到表層套管內(nèi)。 B、其它情況則必須經(jīng)常起過(guò)造斜點(diǎn)以上100 米。 (3)下部硬地層的短起下，也根據(jù)實(shí)際情況決定其時(shí)間間隔或進(jìn)尺間隔，其行程一般超過(guò)新打井段 100米以上，發(fā)現(xiàn)有易造成下井壁臺(tái)階的井段盡量起到技套鞋內(nèi)。 (4) 各次電測(cè)前裸眼井段必須短起下一次。 (5)已知鍵槽發(fā)生位置，每次起鉆下部組合起到此位置，應(yīng)十分小心操作，防止拔死。 (6) 起鉆過(guò)程中因鍵槽造成阻卡的處理方法： A、超過(guò)正常拉力情況下，采用每次少增加幾噸拉力(條件是下放能砸開)用上下大幅度活動(dòng)的方法拉掉鍵槽，正常后繼續(xù)上起。 B、用上述辦法消除不了，必須接方鉆汗用卡瓦倒劃眼，每次上提少一點(diǎn)，逐漸劃掉，避免提得過(guò)多劃不動(dòng)或卡死。 C、