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摘 要：定向井施工中由于井下情况的复杂性以及定向井技术还欠完善， 卡钻事故经常发生。 处理卡钻事故需要很长时间， 钻井周期将被延误， 严重时可能使该井报废。预防卡钻首要工作是必须维持钻井液循环畅通；保持钻柱完整；不能把钻具连接螺纹扭得过紧。另外， 在现场施工中， 应清楚各工艺流程及参数， 以预防为主， 遵循安全、 快速、灵活、经济原则。3） 事故发生后处理措施要得当。分解施工段点要清晰；要把握各种时机， 包括施工时机， 敲震时机等。
关键词：定向井施工； 卡钻；典型类型； 预防方法；处理措施
定向钻井作为一种新的钻进技术得到了迅速发展。本文总结了定向井钻井中容易发生卡钻典型类型， 分别是键槽卡钻、压差卡钻、沉屑卡钻、坍塌卡钻、落物卡钻。并对卡钻原因进行了分析， 提出了相应预防方法和处理措施， 为定向井施工提供借鉴。
1 键槽卡钻
在定向钻进中， 钻具会对接触到的井壁产生剧烈摩擦。 特别是在井斜曲率和井斜较大的井段，这种磨蚀作用就更加突出。 钻具在这段井眼承受一个垂直于钻杆中心线的弯曲应力， 使起下钻受阻， 同时钻具转动力矩也增大。经多次起下钻， 井眼就会拉出键槽， 钻具嵌入键槽就会导致卡钻。 定向井造斜曲率越大， 钻具与井壁摩擦越剧烈， 键槽越容易形成。
1.1 特征： a） 通常发生在井身质量差， 全角变化率大的井段。b） 只发生在起钻过程， 且卡点固定。c） 钻杆接头偏磨严重。d） 开泵循环正常。e） 启动转盘困难， 但只要下放钻柱脱离键槽则转动自如。
1.2 预防措施 a） 定向井钻进时， 尽量简化井身轨迹， 多增斜， 少减斜， 保持井眼轨迹平滑。 b） 用套管封易产生键槽井段。c） 起钻遇阻， 绝不能强提， 应反复上下活动，转动方向；活动无效， 应倒划眼。d） 接随钻震击器。
1.3 处理措施：a） 大力下压， 或在全压的情况下， 用泵压产生脉动， 使钻具产生抖动以解卡。 b） 用下击器下击或采用套铣解卡。c） 如果键槽处地层为石灰岩、白云岩地层， 可用抑制性盐酸解卡。
2 压差卡钻
压差卡钻也称为粘附卡钻。 在定向钻井中， 钻具由于受到压力差的作用， 会贴靠井壁一侧并粘附于井壁上， 使钻具运动困难而发生压差卡钻。
2.1 发生条件
如果井身增斜率不大（ 3。/ 100 m 左右） ， 方位角的变化率也不大， 则井筒将近似于直井筒。在渗透性地层， 此时弯曲段钻具主要受到 3 种作用力， 即重力在垂直于钻具方向分力 P1， 泥浆液柱压力 P2 和地层压力 P3。当重力分力 P 1 与泥浆液柱压力 P2 之和大于地层压力 P3 时， 就有一个在单位面积上的压差
在这个压差作用下， 钻具紧紧压向井壁，当钻具上下运动或旋转时， 在压差作用下， 就会有一个和运动方向相反的摩擦阻力 F。 钻具上提时， 若摩阻力 F 和钻具重力之和大于钻机提升力Q， 则钻具上提遇卡；钻具下放时， 若 F 大于钻具自重力G ， 则钻具下放受阻；若转盘转动时， 转盘扭矩M 小于钻具与井壁摩阻力 F ， 则钻具不能转动， 此时钻具完全卡死。
2.2 特点：a） 钻具在井内一旦静止， 即有可能发生卡钻。 b） 钻具既不能转动也不能上提下放， 活动范围较小或根本不能活动。 c） 虽然发生卡钻， 但泥浆循环通畅， 泵压也不升高。
2.3 影响压差卡钻的因素
a） 钻具与井壁接触面积 A 越大， 则钻具与井壁的摩擦力越大， 对钻具的挤压力越大， 钻具越易发生卡钻。 对于定向井， 接触面积的大小与井身形状，井径大小， 钻具外径和泥饼厚度有关。泥饼越厚， 则钻具嵌入越深， 接触面积越大。特别是在修设备、接单根等长时间不活动钻具的过程中， 由于钻具与井壁的接触面积增大， 此时发生卡钻的可能性也增大。b） 泥漿密度越高， 泥浆液柱压力越高， 压差越大， 则卡钻越易发生。 在使用高密度泥浆的深井或超深井， 压差作用明显， 应通过优化加重泥浆的密度来降低压差。c） 泥饼摩擦因数越大， 则钻具与井壁间的挤压力越大， 钻具发生卡钻的可能性越大。故应保证泥浆的清洁净化， 泥饼应薄而致密， 另外应提高泥浆和泥饼的润滑性能。d） 井身的垂向深度越大， 井身弯曲段井斜角越大， 则越容易发生卡钻。
3 沉屑卡钻
在定向井钻进中一旦钻具静止， 孔内大量的岩屑就会沉积于孔底， 将钻具嵌埋住而卡钻。通常， 钻进速度越快， 单位时间内产生的钻屑也越多； 若动力钻具排量受限， 泥浆粘度较小， 悬浮钻屑效果较差，则会导致钻屑返排困难； 此时若钻具发生静止， 例如进行测斜作业或接单根等， 静止时间一长， 大量钻屑由于缺乏机械扰动作用而逐渐沉积形成岩屑床， 下部钻具即被埋住而发生卡钻。预防方法是使用固相控制工艺来净化泥浆， 以减少泥浆中的固相成份；另外钻进中应选择合适的排量， 避免岩屑床的形成。常用的解卡方法是： 将解卡液注入井内浸泡一段时间， 再起拔钻具进行解卡。常用的解卡剂有柴油、快 T 等。
4 坍塌卡钻
定向井井壁失稳发生坍塌掉块， 块状物或颗粒物会在造斜点或井底堆积， 在造斜点会发生类似于架桥方式卡钻， 在井底则会发生类似于沉屑方式卡钻。 井壁失稳坍塌原因。 a） 地质方面的原因。地应力聚集一旦超过岩石本身的破裂强度， 井身岩石则会发生破裂掉块； 井壁地层是有孔隙的， 里面存在着高压的油气水等， 若泥浆液柱压力小于地层孔隙压力， 孔隙压力则要释放， 随之发生井壁坍塌。 b） 井身岩体物理化学方面的原因。 蒙脱石含量高的泥页岩易发生吸水膨胀， 绿泥石含量高的泥页岩易吸水裂解剥落。 井眼形成后， 地应力重新分配， 泥页岩吸水后强度下降较快。c） 钻井工艺方面的原因。泥浆液柱压力小于地层压力易导致孔壁坍塌； 起下钻过快所导致的压力激动也是地层坍塌的一个重要原因。预防方法是选取恰当的泥浆， 密度合适， 足以平衡地层压力； 高粘高切低滤失量， 便于保护井壁， 携带岩屑。 另外起下钻合适， 避免压力激动；泥浆循环排量不可过大。 若发生坍塌， 可加大泥浆排量和返速， 将坍塌块带出。
5 落物卡钻
地面物体从井口落入井内， 在钻杆与井壁之间的环隙上卡住， 则会形成落物卡钻。 在造斜段下部，钻具受控而偏向于井壁一侧， 在另一侧则形成较大的环空间隙， 且越接近于钻头， 环空间隙越小。 落物下降直至进入环空尺寸与落物本身尺寸大小处即发生卡钻。 为避免落物进入井中， 钻探施工中孔口处应有相应的防护设施。 一旦落物进入井内， 可用边震动边强力起拔的方法提钻， 另外还有相应的打捞装置对落物进行打捞。
参考文献：
[1]吴翔， 杨凯华， 蒋国盛. 定向钻进原理与应用[M]. 武汉： 中国地质大学出版社， 2015.
关键词：定向井施工； 卡钻；典型类型； 预防方法；处理措施
定向钻井作为一种新的钻进技术得到了迅速发展。本文总结了定向井钻井中容易发生卡钻典型类型， 分别是键槽卡钻、压差卡钻、沉屑卡钻、坍塌卡钻、落物卡钻。并对卡钻原因进行了分析， 提出了相应预防方法和处理措施， 为定向井施工提供借鉴。
1 键槽卡钻
在定向钻进中， 钻具会对接触到的井壁产生剧烈摩擦。 特别是在井斜曲率和井斜较大的井段，这种磨蚀作用就更加突出。 钻具在这段井眼承受一个垂直于钻杆中心线的弯曲应力， 使起下钻受阻， 同时钻具转动力矩也增大。经多次起下钻， 井眼就会拉出键槽， 钻具嵌入键槽就会导致卡钻。 定向井造斜曲率越大， 钻具与井壁摩擦越剧烈， 键槽越容易形成。
1.1 特征： a） 通常发生在井身质量差， 全角变化率大的井段。b） 只发生在起钻过程， 且卡点固定。c） 钻杆接头偏磨严重。d） 开泵循环正常。e） 启动转盘困难， 但只要下放钻柱脱离键槽则转动自如。
1.2 预防措施 a） 定向井钻进时， 尽量简化井身轨迹， 多增斜， 少减斜， 保持井眼轨迹平滑。 b） 用套管封易产生键槽井段。c） 起钻遇阻， 绝不能强提， 应反复上下活动，转动方向；活动无效， 应倒划眼。d） 接随钻震击器。
1.3 处理措施：a） 大力下压， 或在全压的情况下， 用泵压产生脉动， 使钻具产生抖动以解卡。 b） 用下击器下击或采用套铣解卡。c） 如果键槽处地层为石灰岩、白云岩地层， 可用抑制性盐酸解卡。
2 压差卡钻
压差卡钻也称为粘附卡钻。 在定向钻井中， 钻具由于受到压力差的作用， 会贴靠井壁一侧并粘附于井壁上， 使钻具运动困难而发生压差卡钻。
2.1 发生条件
如果井身增斜率不大（ 3。/ 100 m 左右） ， 方位角的变化率也不大， 则井筒将近似于直井筒。在渗透性地层， 此时弯曲段钻具主要受到 3 种作用力， 即重力在垂直于钻具方向分力 P1， 泥浆液柱压力 P2 和地层压力 P3。当重力分力 P 1 与泥浆液柱压力 P2 之和大于地层压力 P3 时， 就有一个在单位面积上的压差
在这个压差作用下， 钻具紧紧压向井壁，当钻具上下运动或旋转时， 在压差作用下， 就会有一个和运动方向相反的摩擦阻力 F。 钻具上提时， 若摩阻力 F 和钻具重力之和大于钻机提升力Q， 则钻具上提遇卡；钻具下放时， 若 F 大于钻具自重力G ， 则钻具下放受阻；若转盘转动时， 转盘扭矩M 小于钻具与井壁摩阻力 F ， 则钻具不能转动， 此时钻具完全卡死。
2.2 特点：a） 钻具在井内一旦静止， 即有可能发生卡钻。 b） 钻具既不能转动也不能上提下放， 活动范围较小或根本不能活动。 c） 虽然发生卡钻， 但泥浆循环通畅， 泵压也不升高。
2.3 影响压差卡钻的因素
a） 钻具与井壁接触面积 A 越大， 则钻具与井壁的摩擦力越大， 对钻具的挤压力越大， 钻具越易发生卡钻。 对于定向井， 接触面积的大小与井身形状，井径大小， 钻具外径和泥饼厚度有关。泥饼越厚， 则钻具嵌入越深， 接触面积越大。特别是在修设备、接单根等长时间不活动钻具的过程中， 由于钻具与井壁的接触面积增大， 此时发生卡钻的可能性也增大。b） 泥漿密度越高， 泥浆液柱压力越高， 压差越大， 则卡钻越易发生。 在使用高密度泥浆的深井或超深井， 压差作用明显， 应通过优化加重泥浆的密度来降低压差。c） 泥饼摩擦因数越大， 则钻具与井壁间的挤压力越大， 钻具发生卡钻的可能性越大。故应保证泥浆的清洁净化， 泥饼应薄而致密， 另外应提高泥浆和泥饼的润滑性能。d） 井身的垂向深度越大， 井身弯曲段井斜角越大， 则越容易发生卡钻。
3 沉屑卡钻
在定向井钻进中一旦钻具静止， 孔内大量的岩屑就会沉积于孔底， 将钻具嵌埋住而卡钻。通常， 钻进速度越快， 单位时间内产生的钻屑也越多； 若动力钻具排量受限， 泥浆粘度较小， 悬浮钻屑效果较差，则会导致钻屑返排困难； 此时若钻具发生静止， 例如进行测斜作业或接单根等， 静止时间一长， 大量钻屑由于缺乏机械扰动作用而逐渐沉积形成岩屑床， 下部钻具即被埋住而发生卡钻。预防方法是使用固相控制工艺来净化泥浆， 以减少泥浆中的固相成份；另外钻进中应选择合适的排量， 避免岩屑床的形成。常用的解卡方法是： 将解卡液注入井内浸泡一段时间， 再起拔钻具进行解卡。常用的解卡剂有柴油、快 T 等。
4 坍塌卡钻
定向井井壁失稳发生坍塌掉块， 块状物或颗粒物会在造斜点或井底堆积， 在造斜点会发生类似于架桥方式卡钻， 在井底则会发生类似于沉屑方式卡钻。 井壁失稳坍塌原因。 a） 地质方面的原因。地应力聚集一旦超过岩石本身的破裂强度， 井身岩石则会发生破裂掉块； 井壁地层是有孔隙的， 里面存在着高压的油气水等， 若泥浆液柱压力小于地层孔隙压力， 孔隙压力则要释放， 随之发生井壁坍塌。 b） 井身岩体物理化学方面的原因。 蒙脱石含量高的泥页岩易发生吸水膨胀， 绿泥石含量高的泥页岩易吸水裂解剥落。 井眼形成后， 地应力重新分配， 泥页岩吸水后强度下降较快。c） 钻井工艺方面的原因。泥浆液柱压力小于地层压力易导致孔壁坍塌； 起下钻过快所导致的压力激动也是地层坍塌的一个重要原因。预防方法是选取恰当的泥浆， 密度合适， 足以平衡地层压力； 高粘高切低滤失量， 便于保护井壁， 携带岩屑。 另外起下钻合适， 避免压力激动；泥浆循环排量不可过大。 若发生坍塌， 可加大泥浆排量和返速， 将坍塌块带出。
5 落物卡钻
地面物体从井口落入井内， 在钻杆与井壁之间的环隙上卡住， 则会形成落物卡钻。 在造斜段下部，钻具受控而偏向于井壁一侧， 在另一侧则形成较大的环空间隙， 且越接近于钻头， 环空间隙越小。 落物下降直至进入环空尺寸与落物本身尺寸大小处即发生卡钻。 为避免落物进入井中， 钻探施工中孔口处应有相应的防护设施。 一旦落物进入井内， 可用边震动边强力起拔的方法提钻， 另外还有相应的打捞装置对落物进行打捞。
参考文献：
[1]吴翔， 杨凯华， 蒋国盛. 定向钻进原理与应用[M]. 武汉： 中国地质大学出版社， 2015.