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泥浆教授
发布时间:2011-3-15  

天津钻井工程资讯

1、钻井井下复杂问题分类

钻井井下复杂问题的内容涉及到井下复杂情况、井下事故等。

石油钻井中,通常把井斜超标填井、井漏、井涌、起下钻遇阻划眼、钻头泥包等井下问题称为钻井井下复杂情况,钻(管)具仍然保持连接状态并且具有活动能力。这类问题通过实施针对性的工艺和技术措施即可解除,处理相对较为简单。天津钻井工程资讯

通常把卡钻、井喷、钻(管)具及工具落井、卡电缆及仪器固井水泥留在套管内等井下问题称为钻井井下事故,钻(管)具失去连接或不能活动、或失去对井眼的控制能力等。这类问题必须采用专门技术和工艺、使用专用工具和设备以及多方技术配合处理,才能恢复到正常状态。井喷等重大钻井井下事故需要成立专门抢险指挥机构、组成专门抢险队伍处理才能完成。

一般情况下,只要处理措施和方法得当,钻井井下复杂情况将逐步好转并恢复正常状态。如果处理方法不当,将使问题更加复杂甚至转化为钻井井下事故。如井漏就可能引起井塌,井塌就可能引起卡钻;井身质量不好就可能产生键槽,键槽就可能造成卡钻;钻具刺漏就可能导致钻头泥包或干钻,甚至会造成钻具断落或卡钻。再如井喷与卡钻、钻具断落与卡钻、井塌与卡钻都可能同时存在。井下复杂情况往往是井下事故的先导,井下事故往往是井下复杂情况继续恶化的必然结果。一切形式的其他卡钻都可能引起粘吸(压差)卡钻,都会产生连锁反应。一旦钻具失去了活动自由,就限入十分被动的局面,所以在钻井工作中,要注意井下出现的各种变化,把精力放在消除复杂问题上。

钻井井下复杂问题虽然不能直观,但通过各种现象,可以观察其端倪,寻其规律。利用现有的条件,根据泵压、悬重、钻井液进出口流量、机械钻速的变化,以及钻具上下活动转动时的阻力变化情况,可把钻井井下复杂问题分析判断出来。现把发生井下复杂情况的各种特征列于表1中,把发生井下事故的各种情况特征列于表2中。利用表1基本上可以把井下复杂情况判断清楚,利用表2基本上可以把发生在井下的事故类型判断清楚。

2、井下复杂问题原因分析

钻井工程是勘探开发石油天然气的主要手段之一。而一般钻井工程讲述的是钻井方法、井身结构设计、井眼轨道设计与轨迹控制、钻柱设计、钻头使用、钻井液设计与油气井压力控制、钻井水力学与钻井参数的优化配合、固井工程及完井方法等各种钻井环节必不可少的内容。我们把这些称之为常规钻技术。但是钻井工程存在着大量的隐蔽性、模糊性、随机性和不确定性问题。由于对客观情况的认识不清或主观意识的决策失误,往往人产生许多情况甚至造成严重的事故,轻者耗费大量人力、物力和时间,重者导致全井废弃。

任何复杂问题的发生与发展都有其主观原因,钻井事故与复杂情况也不例外。因此,钻井工作者必须对钻井事故与复杂情况发生的主要原因有一个清析的认识,一旦出现异常情况时,思想上会有一个正确的判断,行动上也会采取正确的措施。只有这样,在大多数情况下,才可以避免事故的发生,把复杂情况带来的损失降至最低限度。

造成井下事故与复杂情况有诸多因素,主要有地质因素、工程因素和综合因素。

(1)地质因素

钻井的对象是地层,面里层有硬有软,压力有高有低,孔隙有大有小,如果对这些情况没有足够的了解,就要发生难以预料的问题。首先我们应该了解设计井的地层孔隙压力、地层破裂压力、地层坍塌压力及一些特殊地层(如盐膏、软泥岩、沥青)的蠕变应力,作为井身结构和钻井液设计的主要依据。一般地说,在同一个裸眼井段内不能让喷、漏层同时存在,不能让蠕变层与漏层同时存在。如果在井身结构上无法实现上述要求,而且高压层和蠕变层在漏层的下部,那就应对漏层进行预处理,不能盲目向深部钻井。如果高压层和蠕变层下部有低压层或漏失层,那就只好把高压层或蠕变层用套管封掉。其次,对一些特殊地层如在一定温度、压力下发生蠕变的岩盐层、膏盐层、沥青层、富含水的软泥岩层、吸水膨胀的泥岩层、裂缝发育容易坍塌剥落的泥岩层、煤层及某些火成岩侵入层都应该有较详细的了解,因为这些地层是造成井下复杂的主要源地。同时对一些地质现象如断层、裂缝、溶洞、特高渗透层的位置及硫化氢、二氧化碳的存在和含量也应有所了解。以上这些资料对打成一口井来说至关重要。但地质部门所提供的比较详细的资料是油气层资料,而对工程上所需要的重要资料则提供不多,或不够详细,甚至有些数据与实际情况相距甚远,即使是已经开发的油田,由于注水开发的结果,地下的压力系统变化很大,也很难以邻井的资料作为主要依据。

(2)工程因素

由于钻井作业的隐蔽性、复杂性,所以“安全第一”应作为钻井作业的主导思想。但是由于这些人思想认识的模糊或者为某各片面的局部利益所驱动,为钻井事故或复杂问题的发生创造了条件。由于地质资料掌握不全不准,或虽有可靠地质资料而未严格地按科学方法进行井身结构设计,使同一段裸眼中喷、漏层并存,治喷则漏、治漏则喷。虽然下了套管但不装井控设备,或虽然装了井控设备但不讲求质量,一旦钻遇高压层,应急使用时,到处刺漏,甚至造成井喷失控。钻井液体系和性能与地层特性不相适应,甚至片面强调节约钻井液处理剂,使钻井液性能恶化,造成裸眼井段中的某些地层的缩径或坍塌。或者钻井液密度不合适,也会造成井喷、井漏或井塌。操作不当,下钻速度过快会产生很大的激动压力,易将地层憋漏。起钻速度过快会产生很大的抽吸力,易将油气层抽喷或将结构松软的地层抽塌,特别是在钻头或扶正器泥包的情况下更为严重。钻井设备发生故障,被迫停止钻具的活动或钻井液的循环,是发生井下事故的最普通最常见的因素。管理工作薄弱,有章不循,有表(指重表、泵压表、扭矩表)不看,遇事不思,盲目决断,但求省力,不顾后果起钻猛提,下钻猛压,遇卡硬转,遇漏硬憋,这是造成井下事故的常见原因。发现井下复杂情况,不当机立断,正确处理,丧失时机,把本来不复杂的问题弄的复杂化了,把本来不应该发生的事故却人为的造成了。由于自然灾害或组织工作不善,停工时间过多,钻井周期过长,产生复杂情况的机会也就越多。尤其在裸眼井段内长时间停止循环,其后果是显而易见的。

工程上的因素,有些是人为的因素,因此通过做工作是可是以避免的。反之,如复杂情况处理的不好,会导致事故的发生。小事故处理的不好,会酿成更大的事故,甚至会造成部分井眼或全部井眼的报废。我们说,钻井工程是隐蔽工程,每前进一步都有一定的风险,而处理井下复杂情况与井下事故更是如此,因井下情况千差万别,看不见,摸不着,全靠人们凭经验和知识去判断,不同的人会有不同的认识,可能做出不同的结论,然而正确的结论只能是一个。但是井下情况又并非完全不可知。由于现代仪器仪表的发展,许多井下情况可以测知或预测,如利用井下测量仪可以知道井眼的轨迹,利用dc指数和页岩密度的计算,可以预知下部地层中有无高压层存在;利用泵压、悬重、扭矩、钻井液进出口流量变化,可以显示井下发生的许多复杂问题。因而人们在复杂情况发生的初期,就可以利用现有的资料和长期工作中积累的经验加以分析判断,从中得出比较切合实际的认识。

作为钻井工作者来说,在复杂问题面前必须利用从各种渠道得来的信息,去粗取精,去伪存真,由此及彼,由表及里地进行分析,使自己的认识比较符合客观实际,才能找出复杂问题产生的真正原因。如果利用现有的资料,若不足以弄清井下情况,还可以采取必要的手段:如电测、井下照相、打铅印等,同时要对每次处理过程中的特殊现象如遇阻、遇卡、扭矩变化、泵压变化、钻井液性能变化、钻具上的擦痕(下井前就要检查钻具上是否有旧擦痕及其所在位置)进行仔细地观察,这些都可以给我们带来极有价值的信息,帮助我们消除不正确的认识,确定事故原因及处理方案。

钻井时会遇到井下地层、压力、温度的各种变化,而这些变化的地下信息,往往在钻井时尚末掌握,在钻到复杂地层时,就可能发生钻井事故,这是钻井发生事故的客观因素。一个有经验的钻井人员,应能及时识别钻井事故的象征,准确地判断事故的类别,正确果断地采取措施处理事故。否则,钻遇复杂情况时,如果没经验,不能及时识别事故、也不能准确地判断下正确地处理,就会使井下情况更复杂。导致事故的发生,甚至形成恶性事故,导致井的报废。这就是事故发生的主观因素。

目前,由于受勘探开发投资的制约和不同决策地位人员素质的影响,比较多地存在着以下问题:一是片面强调简化井身结构的问题,该下技术套管的不下,造成钻井井下复杂甚至出现井下事故;二是不能客观分析井下情况,为发现和保护油气层而过分强调降低钻井液密度,造成井塌、卡钻、倒扣、侧钻、甚至报废了井;三是一味地强调安全钻井,钻井液密度过高,这就带来了井漏、压差卡钻等问题,并且不能发现低压油层。

3、井下复杂问题处理原则

钻井井下复杂问题的预防与处理是一个复杂性系统问题,是钻井技术系统的重要组成部分。因此,预防与处理钻井井下复杂问题,应按系统工程和价值工程原则,采取定性与定量相结合的方法进行系统的技术经济分析,综合各方面成功的经验做法进行科学的决策、设计和施工。认真搞好全井的设计是安全钻井和避免井下复杂问题的关键,是一个系统原则问题,而且是复杂性系统原则问题。在钻井前,应详细了解已钻井的情况,如果是探井,应尽量掌握地震资料。一方面在钻井前尽量掌握地下各种信息;另一方面,在钻井中也要借助各种方法和仪器掌握地下各种信息。多年的经验证明,最重要的还是生产一线的钻井队长,钻井工程师、钻井监督,经验要丰富,技术要过硬。这样,钻井遇到复杂情况,才能有过硬的应变能力。

具体讲,处理井下复杂问题应遵守以下四条基本原则:

(1)安全原则

井下复杂问题多种多样,处理的手段和使用的工具也多种多样。但这些工具和方法在正常钻井中接触不多也不很熟悉。而且往往要采取一些强化措施如处理井下事故中拉压、扭转都要比正常钻井时所用的力量要大得多。这些措施往往又强化到设备和工具所能承受的极限强度,稍有不慎就人造成新的事故,甚至由井下事故引发人身事故。处理事故过程中,工序复杂,起下钻具次数频繁也增加了发生新事故的机会。如果造成事故套事故的局面,处理的难度就更大了,甚至无法继续进行正理。所以在处理井下事故与复杂情况的过程中,必须从设备、工具、技术方案、技术措施、人员素质各个方面综合考虑。

(2)快速原则

一旦发生井下复杂问题,其情况会随着时间推移而更趋恶化。如果井内失去循环,就增加了井塌、油气上窜的可能,井塌又进一步加剧了卡钻,油气上窜又进一步增加了井喷的可能。所以在安全第一的原则下,必须抓紧时间进行处理,要迅速地决策,迅速地组织,迅速的施工,工序衔接要有条不紊。随着井下情况的变化及人们认识的加深,部分修改名全部修改原定方案的事是常有,所以在确定第一方案的同时要有第二代甚至第三方案的考虑,早作准备。要争取以最快的速度见到实际的效果。

(3)灵活原则

处理井下复杂问题是一个多变的过程,很难有一个一成不变的方案。有时井情况变了,人们的思想认识也要随着改变。要做到灵活机动,这一点最关键的是实时地掌握现场的第一手信息,特别是关键时刻的关键信息,有些信息稍纵即逝,很难捕捉到,有些信息一般人认为无所谓,而聪明的工作者却可据此得出符合实际的认识,及时地调整方案,加速了处理过程。所以我们既要重视过去的经验,又不拘泥于过去的经验;既要灵活机动,又不违反客观规律;既要大胆思考,又要符合逻辑思维程序。

(4)经济原则

由于井下问题的复杂性,处理的难易程度相差很大,在目前技术水平下有的事故没有处理成功的可能性;有的事故虽有处理成功的可能性,但难度很大,需要耗费相当多的物资和时间;有的事故初期看来处理难度不大,但在处理过程中,井下情况却越变越复杂;有的事故用不同的方案进行处理会有不同的经济效果。因此面对不同的情况,从各种处理方案的安全性、有效性、工艺的难易程度、工具材料费用、占用时间、环境影响等方面进行综合评估,在经济上合得来则干,合不来则止。发生事故本已造成了经济损失,处理事故的原则是把这种损失降到最低限度。

近年来,钻井技术已经有了很大的发展,如计算机技术、随钻测试技术、井下动力钻具、高效钻头、顶部驱动装置、钻井液技术等,不但提高了钻井速度,降低了成本,也减少了钻井的风险性。待将来钻井工程实现全过程的机械化、自动化、即实现闭环控制的时候,钻井事故与复杂情况将会大减少。

随着钻井信息技术的发展和利用,将有可能测定钻头处的钻进参数、水力参数、地层特性、井眼走向、并有可能预测地层孔隙压力、漏失压力,这样一来钻井工程中的许多模糊性变得不模糊了,许多不确定性可以确定了,有助于避免钻井事故的发生,钻井管理工作将从避免风险转移到风险管理了。随着钻井技术的发展,处理井下事故的技术也必然会有飞速的发展,事故的处理将会更安全更迅速。但不管具体作业如何变化,而总的思路总的原则是不会变化的。

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