卡钻事故原因分析及处理

卡钻事故原因分析及处理

冯宗伟

（长城钻探钻井液公司技术中心，北京）

摘要正确分析钻井过程中发生的卡钻事故原因，根据井下卡钻类型做好相关的防卡预案和解卡措施，是实现安全、快速和低成本钻井的关键。本文分析了钻井过程中所出现卡钻现象原因，并根据不同的卡钻原因将卡钻分成了沉砂卡钻、压差卡钻、键槽卡钻、泥包卡钻、井塌卡钻、缩径卡钻和落物卡钻等七大类，同时按照不同的卡钻类型制定了相应的防卡解卡措施，为保障井下安全提供了一定的技术支持。

关键词钻井液密度卡钻解卡

钻井过程中，由于各种原因造成的钻具陷进井内不能自由活动的现象，称为卡钻[1]。地层原因、钻井液性能不良、操作不当等都可能造成卡钻。必须针对不同情况进行分析，以便有效的解卡。及早地发现井下异常并采取适当措施是防卡的关键。通过对不同卡钻原因的分析和总结，制定相关的防卡解卡措施，以便减小钻井过程中卡钻事故的发生频率，提高钻速，降低钻井成本。

1 卡钻事故类型及产生的原因

1.1 沉砂卡钻

用清水钻进或用粘度小、切力低的钻井液钻进时，由于其悬浮岩屑的能力差，稍一停泵岩屑就会下沉，停泵时间越长，沉砂量就越多，尤其是在钻速较快时更是如此，严重时就可能造成下沉的岩屑堵死环空、埋住钻头与部分钻具，形成卡钻。此时若开泵过猛还会憋漏地层，或卡的更紧。沉砂卡钻的表现是：接单根或起钻卸开立柱后，钻井液倒返甚至喷势很大，重新开泵循环，泵压很高或憋泵，上提遇卡，下放遇阻且钻具的上提或下放越来越困难，转动时阻力很大甚至不能转动。

1.2 压差卡钻（泥饼粘附卡钻）

凡是使用水基钻井液和有固相钻井液时，钻井液中的自由水在液柱压力大于地层压力所产生的压差作用下，渗入地层，而钻井液的固相部分难以渗入地层，则糊在井壁上形成了一层泥饼。当钻具接触井壁时，尤其是在钻井液密度较高时在压差的作用下形成一个推力，将钻具压在井壁并嵌入泥饼中。如果钻具与井壁泥饼所产生的摩阻力与钻具在钻井液中的重量之和大于钻机安全提升拉力时，则发生卡钻事故。通常称为泥饼粘附卡钻或压差卡钻[2]。

发生粘卡后，钻具不能上提下放或转动，但开泵正常且泵压正常，一般没有大量的沉沙返出，振动筛上比较干净。

1.2.1 压差卡钻原因

凡是泥饼质量和井身质量差以及井内压差大时都容易发生粘附卡钻。造成粘卡的原因是多方面的，它与泥饼摩阻系数、钻井液密度及钻具与井壁的接触面积等因素有关。

1）钻井液因素

钻井液性能不好，失水量过大，钻井液净化差，固相含量高，加之地层渗透性好，便会在井壁上形成厚厚的泥饼。如果含沙量高则形成一层“砂饼”，从而提高泥饼的摩阻系数。若遇到漏失层，钻井液中加入了堵漏材料（如锯末、贝壳

渣等），这样同样会提高泥饼的厚度和摩阻力；另外，为了平衡高压地层而采用加重钻井液时，高密的钻井液会在非高压层产生很大的压力差，增加了对钻具的横向推力。

2）钻井液受污染

如遇盐水层或石膏层，钻井液受到盐水和钙的浸污后性能变坏，失水变大，泥饼质量变差，如果处理不及时就会有造成粘卡的危险。

3）活动钻具不及时

设备故障无法活动或钻具折断后靠在井壁上等原因，使钻具与泥饼相接触的相对静止时间增长，都可能发生粘卡。如果及时活动钻具，使井壁与钻具之间有了一层钻井液，使钻柱四周有液柱压力存在，可以避免卡钻事故的发生。

4）井身结构

井斜过大，会使钻具的大部分贴在井壁上，增加了粘卡的机会。实践证明，定向井发生粘卡的频率超过了直井。

1.3. 键槽卡钻

键槽卡钻多发生在硬地层中，井斜和方位变化大时，形成了急弯（狗腿）的地方。钻进时，钻柱紧靠狗腿段旋转，起下钻时钻柱在狗腿井段上下拉刮，在井壁上磨出一条细槽（形如键槽），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时被卡住。键槽卡钻发生前即可发现钻杆接头偏磨严重，下钻不遇阻，钻进正常，泵压也正常，但起钻到狗腿处常遇卡。随着井深的增加而愈加严重，能下放但不能上提，严重时可卡死。

1.4. 泥包卡钻

凡是钻头或扶正器泥包而造成的卡钻就叫泥包卡钻。泥包卡钻的种类有：干钻造成钻头泥包，排量不足而引起的钻头泥包，钻井液性能差引起钻头泥包而产生的卡钻。

1.4.1 泥包卡钻原因

1）钻井液循环

在没有钻井液循环的情况下钻进，失去了润滑和冷却钻头的手段而造成钻头迅速泥包，甚至烧死牙轮钻头轴承。在没有钻井液冲洗井壁的情况下，所钻的井眼与钻头一样大，井眼也不规则，很容易造成卡钻。

钻头干钻往往是工作中疏忽大意造成的，大体有三种情况：一是钻井泵上水不好，在钻井中出现倒车，转不动，提不起钻具的现象，卡钻后再开泵时开不开；二是在钻进时司钻与副司钻配合不好，副司钻不与司钻取得联系就停泵，司钻也看不见泵压的变化和返出钻井液的情况而造成干钻；三是在钻进过程中钻杆刺坏，短路循环造成干钻，如果司钻经验不足或大意，出现干钻，有时由于灌钻井液阀门坏或没关好而造成短路。总之只要钻头没有钻井液通过，20min左右即可把钻头烧坏，如此时再开泵是开不通的。

干钻引起钻头泥包卡钻的现象主要有：①转盘负荷增大，上提钻具有阻力；②开泵后泵压下降，甚至没有泵压；③钻井液返出正常，钻屑没有返出或突然减少；④井口不返钻井液，此时恢复循环已晚。出现钻头泥包的征兆后，应立即停止钻进，分析情况并设法恢复循环或起钻检查。干钻卡钻后是开不通泵的，应套铣倒扣处理。

2）钻井液性能差

当钻遇易水化分散性地层时，若钻井液体系的抑制性较差，导致大量的低密度固相分散到钻井液中，钻井液膨润土含量增加，切力变大，钻井液变稠，流动性差，钻头此时的水力压力破岩作用较弱，钻井液中的大量无用固相容易粘附在钻头周围形成钻头泥包，扶正器泥包，从而容易引起在小井眼处卡钻事故的发生。

1.5 井塌卡钻

由于地层出现大量的剥落掉块现象造成钻头无法下钻到底，上提遇阻而发生卡钻的现象称为井塌卡钻。一般在严重井塌之前，先有大块泥饼和小块地层脱落，换钻头后下钻不能到底，有时在钻井液中携带出大块未切削的上部岩石，在钻进中突然发生憋泵、上提遇阻、泵压上升、憋泵甚至钻具不能转动等现象，都说明可能是井塌卡钻[3]。

1.5.1 井塌卡钻原因

1）地层原因

在易吸水膨胀的泥、页岩，胶结不好的砾岩、砂岩等地层中，当使用的水基钻井液性能较差时,