石油钻井常见的卡钻原因及处理对策

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最大，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。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-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、原子或离子健康管理师表现出极性， 具有未平衡的自由的一一部分力场， 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-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，只要逮饼存在，就有上哪卡生的可能，欧兴共限可以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，地层孔院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，地层孔腺压力梯度不会是统- 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-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腺，增强了吸附力，并进-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，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:

3、搞好固控工作，把无用的固相尽量清除干净:

4、尽可能做到近平衡压力钻进:

5、使用合理的钻柱结构，总的思路是增加支撑点，减少接触面;

6、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，减少钻柱与井璧滤饼的接触面积，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。

二、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。

三、坍墙卡钻：

坍墙卡钻是井壁失稳造成的，是卡钻事故中性质最为恶劣的一种事故。 因为处理这种事故的工序最复杂，耗费时间最多，处理风险最大，甚至有全井或部分井眼报废的可能，所以在钻井施工过程中应尽量避免这种事故的发生。

四、地层坍塌的原因：

A、地质方面的原因，原始地层应力的存在，我们知道，地壳是在不断运动的，在不同的部位形成不同的构造应力(挤压、拉伸、剪切)，当这些构造应力超过岩石本身的强度时，便产生断裂而释放能量。但当这些构造应力的聚集尚未达到足以使岩石破裂的强度时，它是以潜能的方式储存在岩石之中，当遇到适当的条件时，就会表现出来。此时，地层中任何一点的岩石都受到来自各个方向的应力作用。当地层被钻穿之后，钻井液液柱压力代替了被钻掉的岩石所提供的原始应力，当钻井液波柱压力不能平衡地层的侧向压力时，棵露地层就向井眼内剥落或坍塌。

B.、地层的构造状态。处于水平位置的地层其稳定性较好，但由于构造运动，发生局部的或区域的断裂、褶皱、滑动和崩塌、上升或下降，使得本来水平的沉积岩变得错综复杂起来，大多数地层都保持-定的倾角， 随着倾角的增大，地层的稳定性变差，60度左右的倾角稳定性最差。

C、岩石本身的性质。沉积岩中最常见的是泥页岩、砂岩、砾岩、石灰岩等。由于沉积环境、矿物组分、埋藏时间、胶结程度、压实程度不同而各具特性。钻井过程中易坍塌的地层有:未胶结或胶结不好的砂岩、砾岩、砂砾岩:破碎的凝灰岩、玄武岩:节理发育的泥页岩:断层形成的破碎带: 未成岩的地层，如煤层、流砂层等。2.物理化学方面的原因:钻井多是在沉积岩中进行的，而沉积岩中70%以上是泥页岩。泥页岩都是亲水物质，不同的泥页岩其水化程度及吸水后的表现有很大的不同，泥页岩吸水后，强度直线下降，这是泥页岩井段坍塌的主要原因。3.工艺方面的原因:地层的性质及应力的存在是客观事实，不可改变。所以人们只能从工艺方面采取措施防止地层坍塌，如果对坍塌层的性质认识不清，工艺方面采取的措施不当，也会导致坍塌的发生。例如:钻井液柱压力不能平衡地层压力:井斜的影响:钻具组合的影响:泥浆液面下降的影响等。

五、井壁坍塌的征兆：

A、在钻井过程中发生坍塌：如果在轻微的坍塌，则使泥浆性能不稳定，密度、黏度、切力、特别是含沙量要升高，返出岩屑增多，可以发现许多菱角分明的片状岩屑，如果坍塌层是正钻地层，则钻井困难，泵压上升，转盘扭矩增加，钻头提起后，泵压正常，但钻头放不到井底。如果坍塌层在上边，则泵压升高，钻头提高井底后，泵压下降，且上体下放都得阻力，甚至井口泥浆返出流减少或不返泥浆。

B、起钻时发生井塌：正常情况下，起钻时是不会发生井塌的，但在发生井漏厚，或在起钻过程中未罐泥浆或少罐泥浆，则随时有发生井坍塌的可能，井坍塌发生后，上提遇卡，下放遇阻，而且阻力越来越大，钻具可以转动，单扭矩增加，开泵泵压上升，悬重下降，井口流量减少甚至不返泥浆，停泵后有回压，起钻时钻杆内返喷泥浆。

C、下钻发生井塌:井塌发生后，由于泥浆的悬浮作用，塌落的岩屑没有集中，下钻时可能不遇阻，但井口不返钻井液， 或者钻杆内返喷泥浆。如果塌落的岩屑集中，则下钻遇阻，当钻头未进入塌层之前，开泵泵压正常，当钻头进入塌层之后，则泵压升高，悬重下降，井口反出量减少或不返泥浆，但钻头一提离塌层， 则一切恢复正常。向下划眼时，虽然阻力不大，但泵压忽大忽小，有时会突然升高， 悬重也随之下降，井口返量也呈现忽大忽小的状态，有时甚至不返泥浆。 从返出的岩屑中可发现带棱角的岩块和经长期研磨而失去棱角的岩屑。

D、划眼情况不同:如果是缩径造成的遇阻， 经- -次划眼即恢复正常，如果是坍塌造成的则划眼时经常整系、别钻，钻头提起后放不到原来的位置，甚至越划越浅。搞得不好，还会划出一个新眼。

六、井壁坍塌的预防：

A、采取适当的工艺措施，设计合理地井身结构，表层套管应封掉上部的松软地层，因为这些地层容易坍塌，对钻井液液柱压力的反应最敏感，要用套管封隔已知的漏层，因为钻遇这些地层，往往是钻井液有进无出，必然引起上部地层的大段坍塌，在同一裸眼井段内不能让喷、漏层井存，因为在这种情况下，防喷则漏，防漏则喷，无论喷、漏，都会引起地层坍塌。

B、要尽量减少套管鞋下口袋长度，因为较长的口袋是下部岩屑的储藏所，同时也容易引起水泥环脱落。

C、调整泥浆性能使其适应所钻地层:对于未胶结的砾石层、砂层，应使钻井液有适当的密度和较高的黏度和切力:对于不稳定的裂缝发育的泥页岩、煤层、泥煤混层，应使钻井液有较高的密度和适当的黏度、切力和较小的失水量，这样，一方面减少或防止地层的坍塌， 另一方面也可以把坍塌的岩块携带到地面，防止岩屑沉淀堆集成砂桥:要控制钻井液的PH值在9左右，可以减弱高碱性对泥页岩的强水化作用:采用钻井液内混油的办法，如混入原油、 柴油、白油等,因为泥页岩都是亲水的，而非亲油的，混入油类的矿化度，使之与泥页岩中的水矿化度相当或稍高，减少渗透压，降低井壁处泥页岩的含水量和孔腺压力，使泥页岩强度增加:促进有得于混页岩稳定的离子交换作用，泥页岩中的Na离子是引起黏土水化的主要根源，如果在钻井液中加入钾、Ca等离子，与泥页岩中的 Na离子进行交换，就可以有效的降低泥页岩的膨胀压。

D、保持钻井液液柱压力:起钻时连续灌浆，保持井内液面不降:停式或测井时应有专人观察井口，即时往井内灌泥浆:钻柱或套管柱下都装有回压阀时要定时向管柱内灌浆，防止回压阀挤坏，而使泥浆倒流，把井壁抽場:如果管柱内外压力不平衡，停泵后立管有回压，不能放回水，也不能接方钻杆接单根，因为这样会使环空泥浆倒流，致使环空液柱压力降低。

E、减少压力激动:控制起钻速度，特别是钻头泥泡或扶正器泥泡的情况下，上提钻柱时，井口液面不降或外滋,通俗叫法拔活塞”，这是很危险的，应立即停止起钻，接方钻杆开泵循环钻井液，消除泥泡， 如果消除不了，应该边循环边起，待起出小井径段后，再正常起钻: 下钻后或钻方钻杆后不宜开泵过猛， 排量应由小到大，待聚压正常后，再进行下步动作，复杂井，深井等应分段循环。循环压力，起下钻通过这些地层时要严格控制速度，减少对地层的外力干扰。

G、不可长期停止循环:如因故停钻，泥浆在井内静止的时间不可过长。H负压钻进时，尤其要注意液柱压力，液柱压力不能小于裸眼井段某些地层的坍塌压力，否则，应将这些地层用套管封隔。

七、坍塌卡钻的处理:

坍塌卡钻以后可能有两种情况：

一种是钻井过程中，可能会遇到一些情况。其中一种情况是可以使用小排量循环来解决，但是另一种情况则无法建立循环。当发生严重坍塌时，井场无法循环但是仍能转动，上下也有一定的活动距离。然而，随着时间的推移，活动距离会逐渐变小，转动扭矩则会逐渐变大，这说明砂子越来越紧密，最终会被卡死。在这种情况下，不能仅仅依靠转动来解决，而应该严格控制扭矩，为倒扣留一条后路。此时需要分析坍塌的是钻具的上部还是下部，如果是钻具的下部坍塌，最好将钻具提卡并立即倒扣。如果倒扣得当，可以将卡点以上的钻具全部倒出。需要注意的是，坍塌发生后的初期阶段掩埋的钻具并不多，且砂子比较疏松。但是随着时间的推移，砂子越来越紧密，卡点会迅速上移，这时候倒扣的时间越早，倒出的钻具可能就越多，给下一步处理留下的困难也就越小。然而，坍塌卡钻的部位往往是上部松软地层，下部钻具并未埋藏，但是钻具失去活动性后，就有可能粘卡，形成上部坍塌卡下部粘卡的复合卡钻。在这种情况下，不应该盲目倒扣，因为倒出的钻具数量不可能很多。如果钻头的水眼被堵死，可能会形成一种卡钻的局面，而且下部粘卡井段需要套铣的不是塌块，而是地层。井越深，地层越硬，套铣也就越困难，最后可能不得不放弃。因此，此时应该为下部容易处理假设条件，首先下炸弹将钻头炸掉或将钻铤炸裂，为以后恢复循环假造条件。当上部并眼套通之后，只要能恢复循环，就可以按照粘吸卡钻的方法处理了。如果不先进行爆炸，在套铣过程中，钻头的水眼肯定会被堵死，以后要想循环就不可能了。有人提出不爆炸而进行射孔是否能行得通？实践证明，钻铤上是射不开孔的，即使能射开，射孔的孔眼也很容易堵死，没有任何实用价值。 

下一步只能是套铣倒扣了，在松软地层宜采用长简套铁，目前为了加快处理速较硬地层，宜减少套铣简长度，尽量减少套铣过程中的失误。套选至扶正器时，宜下震击器震击解卡，因为大量事实证明，扶正器以下很少有砂子堆积, 没有必要去做磨铣扶正器的工作。如果要套铁扶正器，也不能全面套铣， 应套铣扶正条根部，因为扶正器上的硬质合金，镶装在扶正条的表面， 其根部并无硬质合金，是比较容易套铣的。这就是“避实击虑、避硬吃软"的办法。剥离的扶正条仍在井内，等钻铤倒出后，再唐铣打捞。

八、砂桥卡钻：

砂桥卡钻也叫沉砂卡钻其性质和坍塌卡钻差不多,其危害较粘吸卡钻更严重。

砂桥形成的原因：

1、在软地层中用清水钻进是极易产生砂桥，因为软地层机械钻速快，岩屑多，而清水的悬浮能力差，岩屑下沉快，一旦停泵时间略长，九容易形成砂桥，

2、表层套管下得太少，松软地层暴露太多，套管鞋下郁的井径太大，在平时循环时积存了不少的岩屑，如果井内压力有波动，这些沉砂失去了支特力，就要下滑而形成砂桥。有时下钻或电测套管鞋处遇阻就是这事原因。

3、在钻井液中加入絮凝剂过量，细碎的砂粒和混入钻井液中的黏土絮凝成团，停止循环三五分钟，即形成网状结构，搭成砂桥。

4、某些井机械钻速快，循环排量小，环空中钻井液中的钻屑浓度大，一部分岩屑附于井壁，排不出来，一且停止循环就容易形成砂桥。某些钻井工作者一味的追求高压喷射而降低泵的排量，却吃了不少苦头。某些井起钻之困难难比上青天。

5、改变井内原有的钻井液体系，或急剧改变钻井液性能时，破坏井内原以形成的平衡关系，会导致井壁滤饼的剥落和原已粘附在井壁上的岩屑的滑移，而且是形成砂桥。

6、井内钻井液长期静止之后，由于切力太小，岩屑向下滑落，有的滑落速度快，有的滑落速度慢，在某一特定井段，岩屑浓度变得极大，但尚未形成具有一定抗压强度的砂桥，因此下钻时钻头可以顺利通过，但是钻井液却返不上来，遇到这种情况，如果钻具下入过多，开泵过猛，就促使岩屑挤压在一起，泵压越高，挤压得越紧，最终造成砂桥卡钻。

7、有些井施工时间很长，钻井液性能不足以抑制地层的坍塌， 使泥页岩井段的井径变得很大。而砂岩井于零，大量岩屑就此沉积下来。但这些堆积起来的岩屑，没有粘合性，在自然倾角以内， 处于稳定状态,对钻井施工影响不大。可是此处岩屑越积越多，当达到自然倾角以上时，稍有触动，即可垮塌，像泥石流- 一样， 将下部并眼埋住，这些岩屑和钻井液混合在一-起， 结构很疏松，所以下钻时可能遇阳，也可能不遇阻。但开泵循环时，把岩屑挤压在一起，形成砂桥，致使警泵。泵压越高，形成的砂桥越结实。

8、浸泡解卡制时，容易把井壁滤饼泡松泡垮，增加了解卡剂中的固体含量。排解卡剂时，如开泵过猛或排量过大，极易将岩屑与滤饼挤压在一起， 形成砂桥。

9、钻井液被盐水或石青污染后，极易破坏井壁结，当湿钻屑充墙了环空时，形成泥环，会阻断气流形成砂桥。