论文部分内容阅读
[摘要]：钻进中产生卡钻事故，会造成很大的经济损失。通过对钻井施工过程中常出现的键槽卡钻、缩径卡钻、砂桥卡钻等事故成因进行简要分析，提出在钻井中如恰当的利用“扩眼器”优化的钻具结构，可有利于解决这个问题。通过解析扩眼器这种钻具的性能和使用原理，介绍了这种钻具结构的在钻井施工中的使用方法，使用效能。结合实践，具有多种因地制宜的变种及在现实中的应用的意义。提出 “扩眼器”在现实中的应用中具有广阔的前景。
[关键词]：井眼扩大器 键槽 缩径 砂桥卡钻 事故
中图分类号：TB857+.4 文献标识码：TB 文章编号：1009-914X（2012）12- 0172 -01
引言
在钻井施工中，每年因键槽、砂桥、缩径而造成的卡钻事故占钻井卡钻事故总数的较大比例。分析这些发生事故井的原因，基本上都與井径的缩小有关，在钻井过程中产生卡钻事故，往往又会引起一连串的其他的钻井事故，造成很大的经济损失。因此如何解决已钻井眼的缩小问题，是石油钻井工作者相当关心的问题之一。在钻井中恰当的利用“扩眼器”优化的钻具结构，可有利于解决这个问题，下面我们可以通过简单的分析，了解这种钻具的性能和使用这种钻具结构的意义。
1 常见的几种卡钻形式
1.1 键槽卡钻
键槽卡钻多发生在硬地层中，井斜和方位变化大，形成了狗腿的地方。钻进时，钻柱紧靠狗腿段旋转，起下钻时在狗腿井段上下拉刮，在井壁上磨出一条形如键槽的细槽，它比钻杆接头稍大但比钻头直径小，起钻时钻头拉入键槽底部被卡住。一种表现为实钻井眼轨迹不在一条直线上，局部弯曲，形成了狗腿。实际井眼由垂直段、增斜段、稳斜段、降斜段、水平段组成，就是直井井眼轨迹也是弯曲的，在井斜、方位变化的地方就必然产生狗腿。在起下钻过程中，钻杆接头切削井壁产生键槽。也有一种是壁阶式键槽，由于地层软硬交错，最后形成不规则的井壁，造成钻杆因重力的作用紧靠在井壁上不断切削井壁产生键槽。无论地层软硬、井斜大小，只要有产生键槽的条件，都能够产生键槽，引起键槽卡钻。
1. 2 缩径卡钻。
缩径卡钻常发生在膨胀性地层和渗透性、孔隙度良好的井段，由于钻井液性能不好，失水量大，在井壁易形成胶状疏松的泥饼，当泵排量小，钻井液上返速度低时，易在泥饼上面沉积较多的粘土颗粒、岩屑及加重剂，致使井径缩小。缩径的原因很多，如砂砾岩的强渗透作用在井壁上形成的一层增厚的泥饼造成的井径缩小、泥页岩的吸水膨胀、盐岩受力后产生的蠕变、石膏岩的吸水膨胀等都能导致井径缩小。
1. 3 砂桥卡钻。
砂桥卡钻也称沉砂卡钻，是由于岩屑下沉堆积而成的，如有的地层软硬程度不同，形成井径大小不同，在井径较大的地方由于泥浆循环速度降低，岩屑大量沉积造成小井眼，或者是因为泥浆粘度小、切力低，悬浮岩屑能力差造成岩屑下沉，严重时可造成下沉的岩屑堵死环空，埋住钻头或部分钻具等多种原因，形成卡钻，总起来看，所有的这几种形式的卡钻，最后都是因为井眼变小了，影响了钻具的正常通过，造成卡钻。“扩眼器”的应用有利于解决这个问题。
2 工具结构原理及应用
2. 1 工具结构原理
1）通常情况下，一旦发现形成键槽应立即下入特殊工具将键槽破坏掉，确保井下安全。使用的工具就是键槽破坏器即“扩眼器”。 “扩眼器”的种类很多，主要包括扩张收缩式井眼扩大器，滑动式键槽扩大器，带硬质合金的固定筋条式形同螺旋扶正器形式的扩孔器等，它与螺旋扶正器不同的是上下斜台肩都用硬质合金焊条堆焊成锥形，具有切削、扩孔、破坏键槽的性能，但是这些工具都是特殊加工的，价格昂贵，如能配备对现场工作非常有利，但现场不会轻易得到，有时仅需要修整井眼，并非大规模破坏井壁，不易大规模推广，2）经常用的“扩眼器”，类似于一般的扶正器，但要比一般的扶正器要短，工作面在20cm左右 ，有一个斜坡，利于钻具从键槽中争脱出来。一般在翼片上下两个斜肩上加焊硬质合金，类似PDC钻头的保径齿的作用，具有一定的破坏地层的能力，且保险系数高，使用寿命长，一般情况下随钻具一起下井，由于它是在复杂情况出现的前期使用，这样它即可避免了其它扩眼器零部较多，容易坏的特点，而引起的寿命短的现实，又能充分发挥本身的作用，有的井队直接用短型刚性小稳定器代替，既可以扶正、修整井壁，又能减轻对井壁产生的砂轮效应，效果也特别明显，应选择应用。“井眼扩大器”的形状大小各异其作用是使变小了的井眼直径扩大，钻头、扶正器等钻具能顺利通过。
2.2 工具应用方法
在处理钻井施工中出现的键槽卡钻、缩径卡钻、砂桥卡钻等事故时常常使用“扩眼器”进行扩眼。但是“扩眼器”往往是单独使用，只有在发生卡钻之后才被工程师用作处理事故的武器，效果非常明显。如果在事故发生前就将其用上，将会出现理想的效果。1）在钻进过程中根据地层情况，对易形成键槽的井段，采取预防措施，分阶段，定期把键槽破坏器接在预先计算好的井段边钻进边划眼，以防形成键槽。也可同时使用几只进行串接，例如每100～200m接上一只，如此串接的几只“井眼扩大器”钻具组合，既可以节省短起下钻的时间，又防止形成键槽，或将形成键槽的几率减至最小。2）对易形成砂桥的井段，如果用串扩眼器钻具结构，在砂桥未形成之前，就能及早地将形成的砂桥破坏掉，起到修理井壁、畅通井眼的作用，使用这种钻具结构，相当于搞了几次短起下钻，而且避免井眼产生键槽，从而减少起下钻的次数。3）对易缩径井段来说，有 “井眼扩大器”钻具结构及早地将井径扩大，破坏掉井壁的微变形部分，将缩径消除在萌芽状态，减少卡钻的几率
3 现实应用情况
1）现实钻井中，中、深直井已经达到了一趟使用一套配上“井眼扩大器”的钻具结构就能够完钻的水平，甚至在定向井中用好一套这样钻具组合也能达到直井的水平，在钻进中减少了起下钻的次数，节省了时间，提高了经济效益。2）当前钻头质量都有了很大提高，钻头寿命大大延长，在井底作的时间大大延长至多天，特别是PDC钻头质量的提高，馆陶组等含砾岩层难钻的问题 ，已基本解决，一次下井成功率很高，一只钻头可以钻穿多套地层，而且有的井队在使用PDC钻头方面，已取得丰富的经验，如果再能够少起下几趟钻，减少键槽形成的机会，并且避免了因不搞或少搞短起下钻而形成缩径卡钻的机会，将使钻井效率大幅度提高。而解决这个问题最好的办法就是在钻具组合中加上一只或多只 “井眼扩大器”。3）多数井队在近期应用这种钻具结构取得了很好的效益，全年取得了好成绩；有的在实钻过程中，乐意在所使用的钻具结构中顺便带上一个一欠尺寸的扶正器，对电测下套管，维护井壁，都起到了明显的效果。
4 结论和建议
1）对于易形成键槽的井，以地层情况在不同的井段串上几只扩眼器，在钻进过程中，扩眼器经过不断地修整井壁，破坏键槽，从而避免卡钻。2）这种钻具结构取才广泛，应用效果好，易于掌握可大力推广。3）应该根据各地区的不同特点加以配套使用，尽早形成规模，整个钻井行业将取得不可估量的经济效益。4）这种钻具有待于配套成型和专业化研究。
参考文献：
[1] 蒋希文. 钻井事故与复杂问题[J]. 石油工业出版社，2001.2
[关键词]：井眼扩大器 键槽 缩径 砂桥卡钻 事故
中图分类号：TB857+.4 文献标识码：TB 文章编号：1009-914X（2012）12- 0172 -01
引言
在钻井施工中，每年因键槽、砂桥、缩径而造成的卡钻事故占钻井卡钻事故总数的较大比例。分析这些发生事故井的原因，基本上都與井径的缩小有关，在钻井过程中产生卡钻事故，往往又会引起一连串的其他的钻井事故，造成很大的经济损失。因此如何解决已钻井眼的缩小问题，是石油钻井工作者相当关心的问题之一。在钻井中恰当的利用“扩眼器”优化的钻具结构，可有利于解决这个问题，下面我们可以通过简单的分析，了解这种钻具的性能和使用这种钻具结构的意义。
1 常见的几种卡钻形式
1.1 键槽卡钻
键槽卡钻多发生在硬地层中，井斜和方位变化大，形成了狗腿的地方。钻进时，钻柱紧靠狗腿段旋转，起下钻时在狗腿井段上下拉刮，在井壁上磨出一条形如键槽的细槽，它比钻杆接头稍大但比钻头直径小，起钻时钻头拉入键槽底部被卡住。一种表现为实钻井眼轨迹不在一条直线上，局部弯曲，形成了狗腿。实际井眼由垂直段、增斜段、稳斜段、降斜段、水平段组成，就是直井井眼轨迹也是弯曲的，在井斜、方位变化的地方就必然产生狗腿。在起下钻过程中，钻杆接头切削井壁产生键槽。也有一种是壁阶式键槽，由于地层软硬交错，最后形成不规则的井壁，造成钻杆因重力的作用紧靠在井壁上不断切削井壁产生键槽。无论地层软硬、井斜大小，只要有产生键槽的条件，都能够产生键槽，引起键槽卡钻。
1. 2 缩径卡钻。
缩径卡钻常发生在膨胀性地层和渗透性、孔隙度良好的井段，由于钻井液性能不好，失水量大，在井壁易形成胶状疏松的泥饼，当泵排量小，钻井液上返速度低时，易在泥饼上面沉积较多的粘土颗粒、岩屑及加重剂，致使井径缩小。缩径的原因很多，如砂砾岩的强渗透作用在井壁上形成的一层增厚的泥饼造成的井径缩小、泥页岩的吸水膨胀、盐岩受力后产生的蠕变、石膏岩的吸水膨胀等都能导致井径缩小。
1. 3 砂桥卡钻。
砂桥卡钻也称沉砂卡钻，是由于岩屑下沉堆积而成的，如有的地层软硬程度不同，形成井径大小不同，在井径较大的地方由于泥浆循环速度降低，岩屑大量沉积造成小井眼，或者是因为泥浆粘度小、切力低，悬浮岩屑能力差造成岩屑下沉，严重时可造成下沉的岩屑堵死环空，埋住钻头或部分钻具等多种原因，形成卡钻，总起来看，所有的这几种形式的卡钻，最后都是因为井眼变小了，影响了钻具的正常通过，造成卡钻。“扩眼器”的应用有利于解决这个问题。
2 工具结构原理及应用
2. 1 工具结构原理
1）通常情况下，一旦发现形成键槽应立即下入特殊工具将键槽破坏掉，确保井下安全。使用的工具就是键槽破坏器即“扩眼器”。 “扩眼器”的种类很多，主要包括扩张收缩式井眼扩大器，滑动式键槽扩大器，带硬质合金的固定筋条式形同螺旋扶正器形式的扩孔器等，它与螺旋扶正器不同的是上下斜台肩都用硬质合金焊条堆焊成锥形，具有切削、扩孔、破坏键槽的性能，但是这些工具都是特殊加工的，价格昂贵，如能配备对现场工作非常有利，但现场不会轻易得到，有时仅需要修整井眼，并非大规模破坏井壁，不易大规模推广，2）经常用的“扩眼器”，类似于一般的扶正器，但要比一般的扶正器要短，工作面在20cm左右 ，有一个斜坡，利于钻具从键槽中争脱出来。一般在翼片上下两个斜肩上加焊硬质合金，类似PDC钻头的保径齿的作用，具有一定的破坏地层的能力，且保险系数高，使用寿命长，一般情况下随钻具一起下井，由于它是在复杂情况出现的前期使用，这样它即可避免了其它扩眼器零部较多，容易坏的特点，而引起的寿命短的现实，又能充分发挥本身的作用，有的井队直接用短型刚性小稳定器代替，既可以扶正、修整井壁，又能减轻对井壁产生的砂轮效应，效果也特别明显，应选择应用。“井眼扩大器”的形状大小各异其作用是使变小了的井眼直径扩大，钻头、扶正器等钻具能顺利通过。
2.2 工具应用方法
在处理钻井施工中出现的键槽卡钻、缩径卡钻、砂桥卡钻等事故时常常使用“扩眼器”进行扩眼。但是“扩眼器”往往是单独使用，只有在发生卡钻之后才被工程师用作处理事故的武器，效果非常明显。如果在事故发生前就将其用上，将会出现理想的效果。1）在钻进过程中根据地层情况，对易形成键槽的井段，采取预防措施，分阶段，定期把键槽破坏器接在预先计算好的井段边钻进边划眼，以防形成键槽。也可同时使用几只进行串接，例如每100～200m接上一只，如此串接的几只“井眼扩大器”钻具组合，既可以节省短起下钻的时间，又防止形成键槽，或将形成键槽的几率减至最小。2）对易形成砂桥的井段，如果用串扩眼器钻具结构，在砂桥未形成之前，就能及早地将形成的砂桥破坏掉，起到修理井壁、畅通井眼的作用，使用这种钻具结构，相当于搞了几次短起下钻，而且避免井眼产生键槽，从而减少起下钻的次数。3）对易缩径井段来说，有 “井眼扩大器”钻具结构及早地将井径扩大，破坏掉井壁的微变形部分，将缩径消除在萌芽状态，减少卡钻的几率
3 现实应用情况
1）现实钻井中，中、深直井已经达到了一趟使用一套配上“井眼扩大器”的钻具结构就能够完钻的水平，甚至在定向井中用好一套这样钻具组合也能达到直井的水平，在钻进中减少了起下钻的次数，节省了时间，提高了经济效益。2）当前钻头质量都有了很大提高，钻头寿命大大延长，在井底作的时间大大延长至多天，特别是PDC钻头质量的提高，馆陶组等含砾岩层难钻的问题 ，已基本解决，一次下井成功率很高，一只钻头可以钻穿多套地层，而且有的井队在使用PDC钻头方面，已取得丰富的经验，如果再能够少起下几趟钻，减少键槽形成的机会，并且避免了因不搞或少搞短起下钻而形成缩径卡钻的机会，将使钻井效率大幅度提高。而解决这个问题最好的办法就是在钻具组合中加上一只或多只 “井眼扩大器”。3）多数井队在近期应用这种钻具结构取得了很好的效益，全年取得了好成绩；有的在实钻过程中，乐意在所使用的钻具结构中顺便带上一个一欠尺寸的扶正器，对电测下套管，维护井壁，都起到了明显的效果。
4 结论和建议
1）对于易形成键槽的井，以地层情况在不同的井段串上几只扩眼器，在钻进过程中，扩眼器经过不断地修整井壁，破坏键槽，从而避免卡钻。2）这种钻具结构取才广泛，应用效果好，易于掌握可大力推广。3）应该根据各地区的不同特点加以配套使用，尽早形成规模，整个钻井行业将取得不可估量的经济效益。4）这种钻具有待于配套成型和专业化研究。
参考文献：
[1] 蒋希文. 钻井事故与复杂问题[J]. 石油工业出版社，2001.2