钻井液常用处理剂地作用机理一

word钻井液常用处理剂的作用机理一钻井液处理剂用于改善和稳定钻井液性能,或为满足钻井液某种性能需要而参加的化学添加剂。处理剂是钻井液的核心组分，往往很少的加量就会对钻井液性能产生很大的影响。钻井液原材料和处理剂的种类品种繁多，为了使用和研究方便将按其功能进展分类。根据2006年API钻井液处理剂分类方法，将钻井液处理剂分为降滤失剂、增粘剂、乳化剂、页岩抑制剂、堵漏材料、降粘剂、腐蚀抑制剂、外表活性剂、润滑剂/解卡剂、加重剂、杀菌剂、消泡剂、泡沫剂、絮凝剂、除钙剂、pH控制剂、高温稳定剂、水合物控制剂。共计18类。其中润滑剂/解卡剂合并，另外增加了水合物控制剂我国钻井液标准化委员会根据国际上的分类法，并结合我国的具体情况，将钻井液配浆材料和处理剂分为16类，分别为粘土类、加重剂、碱度控制剂、降滤失剂、降粘剂、增粘剂、页岩抑制剂、絮凝剂、润滑剂、解卡剂、杀菌剂、缓蚀剂、乳化剂、堵漏剂、发泡剂、消泡剂。这16类处理剂所起的作用不同，但在配制和使用钻井液是，并不同时使用这些处理剂，而是根据现场需要选择其中的几种。下面对这16种处理剂进展介绍。11 / 111 粘土类粘土的本质是粘土矿物。粘土矿物是细分散的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。粘土矿物是整个粘土类土或岩石的性质，它是最活跃的组分。晶质含水的层状硅酸盐矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等；含水的非晶质硅酸盐矿物：水铝英石、硅胶铁石等。1.1 粘土矿物的两种根本构造单元1.1.1 硅氧四面体与硅氧四面体晶片硅氧四面体：有一个硅原子与四个氧原子，硅原子在四面体的中心，氧原子在四面体的顶点，硅原子与各氧原子之间的距离相等，其结构见右图。图1硅氧四面体结构硅氧面体晶片：指硅氧四面体网络。硅氧四面体网络由硅氧四面体通过相临的氧原子连接而成，其立体结构见右图。图2 硅氧四面晶片结构图1.1.2 铝氧八面体与铝氧八面体晶片铝氧八面体：六个顶点为氢氧原子团，铝、铁或镁原子居于八面体中央(如右图所示)。图3硅氧八面体结构图铝氧八面体晶片：多个铝氧八面体通过共用的OH连接而成的AL-O八面体网络图4铝氧八面体与铝氧八面体晶片构造示意图1.1.3 晶片的结合四面体晶片与八面体晶片以适当的方式结合，构成晶层。晶层可分为如下几种：11:1型晶层：由一个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体晶片构成。图5 1:1型晶层结构图22:1型晶层：由两个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体晶片构成。图6 2:1型晶层结构图1.2 几种常见粘土矿物的晶体构造1.2.1 高岭石高岭石的单元晶层构造是由一片硅氧四面体晶片和一片铝氧八面体晶体组成的，所有的硅氧四面体的顶尖都朝着同样的方向，指向铝氧八面体。硅氧四面体晶片和铝氧八面体晶片由共用的氧原子连接在一起。高岭石晶体结构示意图图7高岭石的晶体构造立体图图8高岭石的晶体构造高岭石特点a 1:1型粘土矿物化学组成Al4Si4O10(OH)4或2Al2O34SiO24H2Ob 几乎不存在晶格取代，负电量少c 晶层间引力以氢键为主，引力强，晶层间距C=7.2 低3-15 mmol/100g土)，在三种常见的粘土矿物中，高岭石的最低。原因在于高岭石几乎不存在晶格取代，所以带负电荷很少，周围吸附的阳离子数目少，可发生交换的阳离子数目就更少了，所以小。e造浆率低高岭石晶层间以氢键为主，引力较强，晶层间连接严密，水分子不易进入晶层间，水化作用仅限于外外表，故水化分散能力差，造浆率低。1.2.2 蒙脱石蒙脱石可看做是叶石蜡脱石晶体结构示意图9：图9蒙脱石的晶体构造立体图图10蒙脱石的晶体构造蒙脱石特点a 2:1型粘土矿物，化学组成Al2Mg3Si4O10OH2nH2Ob 存在晶格取代，取代位置主要在AL-O八面体中，即AL3+被Mg2+、Fe2+和Zn2+等取代，产生的负电荷由等量的Na+或Ca2+来平衡。c晶层间引力以分子间力为主，引力弱，晶层间距4nm大70130mmol/100g土)，原因在于蒙脱石存在晶格取代，所以带负电荷较多，周围吸附的阳离子数目较多，可发生交换的阳离子数目多，所以大。e 造浆率高蒙脱石晶层间引力以分子间力为主，层间引力较弱，水分子易进入晶层，引起蒙脱石水化膨胀。蒙脱石负电荷多，吸附阳离子数量多，水化阳离子给粘土带来厚的水化膜，使蒙脱石水化膨胀。蒙脱石负电荷多，吸附阳离子数量多，水化阳离子给粘土带来厚的水化膜，使蒙脱石水化膨胀。因为蒙脱石具有很强的水化膨胀能力，造浆率高，所以它是钻井泥浆的主要配浆材料。1.2.3 伊利石伊利石晶体结构示意图图11伊利石晶体结构伊利石特点A 2:1型粘土矿物化学组成K，Na，Ca2mAl，Mg4Si，Al8O20OH4nH2O b存在晶格取代，取代位置主要在Si-O四面体中，且取代数目比蒙脱石多，产生的负电荷由等量的K+来平衡。c晶层间引力以静电力为主，引力强，晶层间距C=10，介于高岭石与蒙脱石之间2040mmol/100g土)伊利石由于晶格取代作用产生的负电荷由K+来平衡，由于蒙脱石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的负电荷离晶层外表近，故与K+产生很强的静电力，K+不易交换下来。K+的大小刚好嵌入相邻晶层间的氧原子网格形成的空穴中，起到连接作用，周围有12个氧与它配位，因此，K+连接通常非常结实，不易交换下来。e造浆率低三种粘土矿物的晶体结构和物理化学性质的特点如表12。表12 粘土矿物晶体结构与物理化学性质矿物名称晶型晶层间距/10-1nm层间引力阳离子交换容量/mmol(100g粘土)-1高岭石1:1氢键力,吸力强3-5蒙脱石2:1分子间,吸力弱70-130伊利石2:1吸力较强20-401.3 钻井液中粘土矿物分类粘土在钻井液中按照其功能可分为膨润土、抗盐土、有机土。1.3.1 膨润土以蒙脱石为主要成分的配浆土称为膨润土。其可以分为API钻井级膨润土(改性膨润土)、未处理天然膨润土(试验用钠膨润土)、OCMA膨润土(改性膨润土)。膨润土密度在3之间；可以造成液体的粘稠流动性质；API钻井级膨润土在去离子水中加量为6.4%时表观粘度大于15mPas，滤失量小于15mL。膨润土用于水基钻井液中提高塑性粘度，静切力和动切力，以增强钻井液对钻屑的悬浮和携带能力，降低滤失量，形成致密泥饼，增强造壁性。1.3.2 抗盐土抗盐土主要有凸凹棒土和海泡石两种粘土。凹凸棒土、海泡石由平行长轴的双硅链组成，这些硅链形成了一种带网结构，在其边缘连在一起，通过铝或镁原子在八面体方向把每条链的上下局部连在一起，形成凹凸面。由于其结构是三维链组成，所以不会膨胀；其矿物结晶为针状；具有很高的吸水容量。密度为3；API钻井级凹凸棒土海泡石在去离子水中加量为6.4%时表观粘度大于15mPas，水分小于16%。可用于海水或盐水钻井液中起到提粘作用并且形成泥饼，堵漏效果良好。1.3.3 有机土有机土组成：由钠膨润土经季铵盐类阳离子外表活性剂处理而成的亲油膨润土。所选择的季铵盐必须有很强的润湿反转作用，常用十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基卞基氯化铵。主要作用是在油中分散，形成结构；在油基钻井液中做增粘剂和降滤失剂。2 加重剂(加重材料)钻井液加重剂用于提高钻井液密度的处理剂又称加重材料，由不溶于水的惰性物质经研磨加工制备而成。为了对付高压地层和稳定井壁，需将其添加到钻井液中以提高钻井液的密度。加重材料应具备的条件是自身的密度大，磨损性小，易粉碎；并且应属于惰性物质，既不溶于钻井液，也不与钻井液中的其它组分发生相互作用。2.1 API级重晶石BaSO4、活化重晶石重晶石为含钡硫酸盐矿物，化学成分为65.7%BaO、34.3%SO3，密度为3之间，是制取钡和钡化合物的最重要的工业矿物原料。由于重晶石密度大、硬度适中、化学性质稳定、不溶于水和酸、无磁性和毒性，是全世界应用最广泛的钻井液加重剂。2.2 铁矿粉(氧化铁矿粉、钛铁矿粉)钻井液加重剂的主要用铁矿粉和钛铁矿粉，前者的主要成分为Fe2O3，密度3；后者的主要成分为TiO2、Fe2O3，密度3，均为棕色或黑褐色粉末。铁矿粉和钛铁矿粉均具有一定的酸溶性，因此可应用于需进展酸化的产层。2.3 碳酸钙粉CaCO3、石灰石石灰石粉的主要成分为CaCO3，密度为2.79g/cm3。易与盐酸等无机酸发生反响，生成CO2、H2O和可溶性盐，因而适于在非酸敏性而又需进展酸化作业的产层中使用，以减轻钻井液对产层的损害。但由于其密度较低,一般只能用于配制密度不超过3的钻井液和完井液。2.4 新型钻井液加重材料四氧化锰加重材料，四氧化锰又称四氧化三锰，分子式为Mn3O4，呈红色或黑褐色球状颗粒,粒径平均值小于，密度3，熔点为1564，不溶于水，可溶于盐酸。贝克休斯公司使用这种重材料开发出的逆乳化钻井液，塑性粘度大幅度降低，改善钻井液的流变性能，同时降低加重材料发生沉降的趋势，可在高温/高压井和小井眼中使用。2.5 无机盐NaCl、KCl、CaCl2、CaBr2、ZnBr2可用于钻井液加重剂的可溶性盐包括无机盐和有机盐，与惰性不溶固体加重剂相比，可溶性盐钻井液加重剂能降低钻井液中固相含量，有利于流变性调控和提高机械钻速，但本钱较高，对钻具的腐蚀性强，使用中一般要参加缓蚀剂。无机盐有氯化钠、氯化钾、氯化钙、溴化钙和溴化锌，其中溴化锌饱和溶液的密度达3。有机盐有甲酸钠、甲酸钾和甲酸铯，其中饱和溶液的密度达3。与无机盐相比, 有机盐与其他处理剂的配伍性更好，腐蚀性较低，储层保护性能和环境保护性能更佳，特别是甲酸铯钻井完井液体系更是近年开展起来的新型高效的高温高压储层钻井完井液体系。2.6 加重材料用量的计算加重剂用量：加重后的泥浆重量等于原泥浆重量加上加重剂重量。计算公式：1式中：W加-参加加重剂重量，公斤或吨；V原-原浆体积，公升或米3；加-加重剂密度，g/cm3；原-原浆密度，g/cm3；重-欲加重泥浆的密度，g/cm3。降低泥浆的密度所需的加水量。计算公式：.2式中：X -参加水的重量，公斤或吨；V原-原浆体积，公升或米3；水-水的密度，g/cm3；原-原浆密度，g/cm3；稀-加水稀释后泥浆的密度，g/cm3。3 无机处理剂无机处理剂按钻井液标准委员会制订的分类方法，无机处理剂呗划分在其它类。无机处理剂的数量较多，下面介绍常用的几种处理剂。常用的无机处理剂3.1.1 烧碱NaOH乳白色晶体，密度23，易溶于水，溶解时放出大量热，溶解度随温度升高而增加，水溶液呈碱性，易吸收空气中二氧化碳和水分，并与二氧化碳生成碳酸钠能提高钻井液的烧碱主要调节钻井流体pH值；与单宁、褐煤等酸性处理剂一起配合使用，使之分别转化为单宁酸钠、腐殖酸钠等有效成分；可控制钙处理钻井液中Ca2+的浓度。3.1.2 纯碱Na2CO3白色粉末，密度3，易溶于水，36时溶解度最大，水溶液呈碱性，pH值为。在水中易电离和水解。Na2CO3=2Na+CO32- CO32-+H2O=HCO3-+OH-纯碱通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为钠粘土，改善粘土的水化能力。Ca-粘土与Na2CO3反响能生成Na-粘土和CaCO3，在钻水泥塞或钻井流体受到钙侵时，参加适量的纯碱使Ca2+沉淀成CaCO3；含羧钠基官能团-COONa的有机处理剂遇到钙侵或Ca2+浓度过高而降低其溶解性时，可参加适量的纯碱，使其恢复能效。3.1.3 氧化钙CaO氧化钙吸水后变成熟石灰CaOH2，氧化钙在水中溶解度低，常温下为0.16%，水溶液呈碱性，溶解度随温度升高而降低。在钙处理钻井液中，提供Ca2+，以控制粘土的水化能力，使之保持适度絮凝状态；在油包水乳化钻井液中，是必要的组分，用以调节钻井流体pH值10X围，未溶Ca(OH)2的量保持在3X围；防止地层中CO2和H2S等酸性气体对钻井液的污染。3.1.4 石膏CaSO4生石膏CaSO42H2O熟石膏CaSO4，白色粉末，密度3，在水中溶解度低，常温下为0.2%，在40以下，溶解度随温度升高而增大，在40以上，溶解度随温度升高而降低。在钙处理钻井液中，提供Ca2+，用石膏处理可防止钻井液pH值过高。3.1.5 氯化钠NaCl白色晶体，常温下密度3，在水中溶解度大，常温下为水，溶解度随温度升高而增大。主要用于配制盐水钻井液和饱和盐水钻井液，以防止岩盐井段溶解，抑制井壁泥岩水化膨胀。为保护油气层，配制无固相清洁盐水钻井液，或作为水溶性暂堵剂用。3.1.6 氯化钾KCl白色立方晶体，常温下密度3，在水中溶解度大，溶解度随温度升高而增大。KCl具有较强的抑制页岩渗透水化能力，为无机盐类页岩抑制剂，与聚合物配合使用，成为具有强抑制性的钾盐聚合物防塌钻井液。3.1.7 重铬酸钠和重铬酸钾Na2Cr2O72H2O重铬酸钠为红色或橘红色针状晶体，常温下密度3，在水中溶解度大，常温下为190g/100g水，具强氧化性。重铬酸钾K2Cr2O7；橙红色三斜晶体，常温下密度3 ，在水中溶解度大，常温下为水，具强氧化性。重铬酸盐在水中发生水解呈酸性Cr2O72-+H2O=2CrO42-+2H+在钻井液中CrO42-能与有机处理剂起复杂的氧化复原反响，生成Cr3+极易吸附在粘土外表，又能与多官能团有机处理剂络合。可提高钻井液的抗温性、防腐性，但有毒。3.1.8 混合金属层状氢氧化物MMH由一种带正电的晶体胶粒组成为正电胶。正电胶具有较强的抑制粘土水化能力，与膨润土和水形成的复合体具有独特的流变性能。MMH主要由二价和三价金属离子组成的具有类水滑石层状结构的氢氧化物。3.2 无机处理剂的作用机理3.2.1 离子之间交换吸附主要是粘土颗粒外表的Na+和Ca2+之间交换。这一过程对改善粘土造浆性能、配制钙处理钻井液以与防塌等方面都很重要。3.2.2 控制钻井液的pH值每种钻井液体系均有其合理的pH值X围；然而在钻进过程中，钻井液pH值会因发生盐侵、盐水侵、水泥侵和井壁吸附等各种原因而发生变化，其中pH值趋于下降的情况更为常见。因此，为了使钻井液性能保持稳定，应随时对pH值进展调节。3.2.3 沉淀作用如果过多的Ca2+或Mg2+侵入钻井液，将会削弱粘土的水化和分散能力，沉淀过多的Ca2+、Mg2+，这种沉淀作用还可以用来使某些因受到污染而失效的有机处理剂恢复其作用。3.2.4 络合作用利用某些无机处理剂的络合作用，可以除去钻井液中的Ca2+、Mg2+等污染离子。3.2.5 与有机处理剂生成可溶性盐由于许多有机处理剂，如丹宁、腐殖酸等在水中溶解度很小，不易吸附在粘土颗粒上，因而不能发挥其效能。只有通过参加适量烧碱使之转化为可溶性盐，使之发挥作用。保持钻井液的碱性。3.2.6 抑制溶解作用钻遇岩盐和石膏地层时，大段盐膏地层，使用盐水钻井液、饱和盐水钻井液、石膏处理的钻井液等，抑制可溶性岩层的溶解。【知识园地】卡钻事故原因分析与处理冯宗伟长城钻探钻井液公司技术中心，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、快速和低本钱钻井的关键。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展分析，以便有效的解卡。与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，降低钻井本钱。1 卡钻事故类型与产生的原因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、埋住钻头与局部钻具，形成卡钻。此时假如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。压差卡钻泥饼粘附卡钻但凡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，而钻井液的固相局部难以渗入地层，如此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，如此发生卡钻事故。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，振动筛上比拟干净。压差卡钻原因但凡泥饼质量和井身质量差以与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、钻井液密度与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。如果含沙量高如此形成一层“砂饼，从而提高泥饼的摩阻系数。假如遇到漏失层，钻井液中参加了堵漏材料如锯末、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，如果处理不与时就会有造成粘卡的危险。3活动钻具不与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。如果与时活动钻具，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，可以防止卡钻事故的发生。4井身结构井斜过大，会使钻具的大局部贴在井壁上，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. 泥包卡钻但凡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。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，井眼也不规如此，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：转盘负荷增大，上提钻具有阻力；开泵后泵压下降，甚至没有泵压；钻井液返出正常，钻屑没有返出或突然减少；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，假如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。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,滤失量较大，岩石吸附了大量的自由水，岩石吸水后发生膨胀掉块，大量的块状岩石沉积在环型空间内，增加钻具的附加拉力，当附加拉力超过一定程度的时候，钻具就会被卡死在井下，出现卡钻现象。2钻井液性能钻井液的性能不好，井壁泥饼质量差，导致失水量大，大量的钻井液滤液进入地层岩石，长时间的浸泡加之钻井液的抑制性差等原因容易引起泥页岩地层发生水化膨胀，改变井壁岩石应力状态，导致井眼不稳定，井壁出现掉块、垮塌，严重时容易造成卡钻。3钻井液密度钻进时，在井眼的形成过程中，岩石的原始应力状态遭到破坏，当钻井液密度小于设计密度时，钻井液液柱压力小于地层坍塌应力，井壁地层压力得不到与时的平衡，在岩石应力作用下岩石原始结构发生改变，破坏井壁的稳定性，引起卡钻。4施工原因在井眼不稳定地层，起钻时未与时灌好钻井液以与抽吸作用使得井内压力平衡得到破坏，井下产生负压差，在负压差作用下井壁产生坍塌而造成卡钻。1.6 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、岩屑与加重剂，致使井径缩小。主要表现是：遇阻的位置固定，循环时泵压增大，上提困难，下放容易，起出的钻杆接头的上部经常有松软泥饼。1.7 落物卡钻由于操作不小心，将卡瓦牙、吊钳牙或其他小工具掉落井内，卡于井壁与钻具之间而造成落物卡钻。2各种类型卡钻事故的预防措施2.1 沉砂卡钻的预防为了预防沉砂卡钻，应确保钻井液的性能满足清岩和悬浮岩屑的要求，随时做好设备和循环系统的检查维护，在因故停止钻进时，防止停止井内循环；缩短接单根时间，在发现泵压升高与岩屑返出量较小时要控制钻速，加大排量洗井，停泵前要将钻具提离井底并随时活动钻具5-6。井塌卡钻的预防预防井塌卡钻的主要措施有：使用低失水、高矿化度和适当粘度的防塌钻井液，在破碎易塌地层适当增大钻井液密度；起钻时要灌好钻井液，随时保证钻井液柱的高度，防止抽泣作用引起的井壁坍塌。压差卡钻泥饼粘附卡钻的预防压差卡钻的预防措施主要是调节好钻井液性能，尽可能降低钻井液密度，提高钻井液的润滑性能，降低泥饼的粘滞系数；并要加强活动钻具或采用加扶正器的方法使钻具居中78。2.4 键槽卡钻的预防为了防止键槽卡钻的发生，必须首先要保证井眼质量，防止出现狗腿段；起钻时或再次下钻时应在键槽井段反复划眼，与时破坏键槽的形成，并在起钻到键槽井段时要低速慢起，严禁使用高速提升7。2.5 缩径卡钻的预防采用低密度、低固相、低失水的优质钻井液，或将油混入其中，并在下钻遇阻井段划眼以扩大缩径处的直径，常活动钻具即可有效地预防缩径卡钻。2.6 落物卡钻的预防这种卡钻的原因是显而易见的，只要严格执行操作规程，加强责任心就可防止其发生。2.7 其他预防卡钻并非无法防止，只要做好以下几点，就可以防止卡钻事故的发生。1保持良好的联系。要求井队成员定时通报井眼的情况，要确保不断记录井眼状况，并在交接班时把情况交接清楚。统计数据明确大多数卡钻事故发生在交接班前后、这个时间发生的卡钻事故要比平时高出两倍半。2制定应急措施。要始终掌握钻遇的地层情况，并估计到可能出现的问题，提前做好各种复杂情况的应变计划，一旦出现问题就不会使你措手不与。3不断了解井下情况。扭矩、摩阻、岩屑、泵压的变化都能明确井下情况是否良好。记录全部的数据，与时发现井下变化趋势，将有助于判明井眼已出现或即将出现的问题。4保持良好的钻井液性能。保持钻井液性能参数在指定的X围内，特别是密度、流变性、低密度固相以与失水等。当钻井液性能发生变化时，要与时找出发生变化的原因，并对井下情况作适当的调整。5不断地活动钻具。在裸眼井段中，任何时候都要尽可能保持钻具的运动。6保持井眼干净。钻进时要尽快把岩屑携带出来，以保证井眼干净。一定要牢记，在大肚子井眼和定问井中,要用更高的环空返速来有效地净化井眼。在起钻前必须将钻屑循环干净。7采取措施要与时果断。一旦发生卡钻，要尽快地采取行动进展解卡，而不能让问题变得更复杂。3各类卡钻事故的处理方法卡钻事故发生后，首先要根据上提、下放、转动、开泵循环情况，以与了解到的井眼情况和卡钻前的各种现象进展分析，准确判断出卡钻的原因，再采取相应的措施，但不管哪种性质的卡钻，都要设法调整钻井液的性能，与时去除岩屑，清洗井眼，一般常用下述几种方法进展解卡。3.1 上提、下放和转动钻具解卡在循环钻井液洗井的同时配合活动钻具，假如卡的不严重时可以得到解决，但活动钻具要针对不同的类型的卡钻来进展，如果是沉砂卡钻或井塌卡钻如此不要上提钻具，以免卡得更死，那么可以下放和旋转钻具，并设法憋开循环，用倒划眼的方法慢慢上提解卡。起钻遇卡键槽、缩径或泥包卡钻时，可提到原悬重后猛放钻，切不可猛力上提，以免将钻头卡的更死。对于压差卡钻，可以采取猛提猛放和转动钻具的方法使较轻的粘附卡钻得以解脱。3.2 浴井解卡在采用上述方法无效时，对于压差卡钻、泥包卡钻、缩径卡钻、沉砂卡钻等情况可采用浴井解卡。这种方法既是向井内泡油、泡盐水、泡酸或采用清水循环等方式，泡松粘稠的泥饼，降低粘滞系数，减少与钻具的接触面积，减少压差，从而活动钻具解卡。在浴井之前，首先要弄清卡点的深度，这可以根据弹性材料受拉时的拉力与伸长量的关系实测出卡点的位置，先用大钩以一定的力上提钻具，测出钻具受此拉力时的伸长量，可根据下式计算出卡点的井深5：式中：L卡点以上钻杆长度，mE钢材弹性模量，取10Ma钻杆的绝对伸长量，cmF净拉力负荷，K 钻杆截面积，cm知道卡点深度后，计算出所需的泡油量，并将其注入卡钻井段，使粘附等卡钻解除。一般要求注入的原油量要返至卡点以上100米。卡点以下钻具全部泡上原油，并使钻杆内的油面高于管外油面，泡油量可按以下式计算：=-H2式中：V0泡油量，m3 KhD井径附加系数，一般取dp钻杆外径，mdb钻杆内径，mH1环空泡油高度，mH2钻杆内注油高度，mdpi钻杆内经，m打入原油后，每隔1014min 替入少量的钻井液，使原油上返，以加强原油的渗透浸泡作用。在油浴期间要配合活动钻具，浸泡612h后如不能解卡，可替出原油重新浸泡或在原油中参加一定量的柴油，可提高浸泡效果。有时用碱液或清水作浸泡剂可获得很好的解卡效果。在石灰岩地层中，可以用低浓度的盐酸溶解解卡。3.3 上击、下击解卡在钻进中假如遇上垮塌、粘性、膨胀性等易卡地层，可在钻杆与钻铤之间或在钻铤之间接上震击器，一旦遇卡，便立即下击或上击解卡。起钻中遇卡，如缩径、键槽等引起的卡钻经活动不能解除时，可以在卡点处倒开钻具，再接下震击器，对扣后，下击解卡。然后循环洗井，慢慢上提钻柱，如仍有卡的现象时，可以转动钻具倒划眼轻轻上提910。下钻过程中遇阻，未能与时发现而导致卡钻，或较轻的泥饼粘附卡钻时，均可用上击器向上击震解卡。3.4 倒扣套铣解卡遇到严重的卡钻时用以上方法不能解除且不能循环时，现场常用倒扣、套铣的方法来取出井内全部或局部钻具。倒扣是使转盘倒转，将井内正扣钻杆倒出。每次能倒出的钻杆数量决定于井内被卡钻具丝扣松紧是否一致，通常希望从卡点处倒开。对卡点以下的钻具要下套铣筒将钻具外面的岩屑或落物碎屑等铣掉，然后再倒出钻具，这是一种比拟复杂的处理方法，费时较长。其倒扣、套铣的步骤如下10：将卡点以上钻具重量全部提起，使卡点附近钻具不受拉力和压力，然后倒转转盘，将钻杆丝扣倒开，起出井外。如果倒出的钻具还不到卡点处，可用反扣钻杆下接反扣公锥，下到井内钻具处造扣，然后上提，使卡点处钻具不受力，再反转转盘倒扣，如此反复进展直到将卡点以上钻具全部倒出，再进展套铣。套铣时使用套铣筒，要选择铣鞋，铣筒的外径比井眼的小，其内径要比钻杆接头外径大，如套铣119mm的钻杆时可用165mm的套铣筒，套铣筒的长度一般为50m左右，也有更长的，接在钻杆下面下入井内，套住井内钻具后再进展套铣，套铣一个套铣筒的长度后起钻，再下入反扣钻杆与反扣公锥进展倒扣，如此反复进展，直到把井内全部钻具倒出。3.5 爆炸倒扣套铣这是处理卡钻事故的一种新倒扣方法。首先测出卡点的位置，然后用电缆将导爆索从钻具内孔送到卡点以上第一个接头丝扣处，在导爆索中部对准接头的同时，将钻具卡点以上的全部重量提起，并给钻具施加一定的倒扣力矩，点燃爆索爆炸时产生剧烈的冲击波与强大的震动力，足以使接头局部发生弹性变形，与时把扣倒开，这与钻杆接头卸不开时用大锤敲打钻杆母接头后就可卸开的原理是一样的。同时，由于导爆索爆炸产生大量的热，使钻杆接头处受热，熔化其中的丝扣油，并产生塑性变形，也有助于卸开丝扣。这种方法具有安全、可靠、速度快、钻具一般不易破坏，不需要反扣钻具和打捞工具等优点，同时加快处理卡钻的速度，但要严格的控制药量，并合理操作，倒扣后铣套、打捞。3.6 爆炸、侧钻新井眼。当采用上述各种方法均无效时，或卡点很深，用倒扣方法处理很浪费时间，会使井眼情况严重恶化时，可将未卡局部钻具用炸药炸断起出，然后在留在井内的钻具顶上打水泥塞，再另侧钻一新井眼。4 结论坚持预防为主、安全第一的理念，在复杂的地质环境下对可能产生的卡钻事故做好提前预防,对现场钻井液工程师来说，要控制好钻井液性能，保证钻井施工不受钻井液性能的影响，将卡钻事故遏制在萌芽状态，使钻井施工顺利，提高钻井效率，降低本钱。当井下发生卡钻事故时,要保持清醒的头脑,不能盲目的采取措施,要对卡钻产生的具体原因进展具体分析,选择最优的解卡方法对其进展处理，将钻井损失降到最低。