【導(dǎo)讀】″套管內(nèi)開窗側(cè)鉆技術(shù)42. 鉆井是一項(xiàng)隱蔽的地下工程，存在著大量的模糊性、隨機(jī)性和不確定性，是一項(xiàng)真正的高風(fēng)險(xiǎn)的作業(yè)。對象是地層巖石，目標(biāo)是找油找氣。據(jù)近年來的鉆井資料分析，在鉆井過程中，處理井下復(fù)雜情況和鉆井事故的時(shí)間，約占鉆井總時(shí)間的3%~8%。正確處理因地質(zhì)因素產(chǎn)生的井下復(fù)雜情況，避免或減少因決策失誤、處理不當(dāng)而造成的井下事故是提高鉆井速度，降低鉆井成本的重要途徑，也是鉆井工程技術(shù)人員的主要任務(wù)和基本功。造成井下復(fù)雜與事故有諸多因素，但概括起來主要是地質(zhì)因素和工程因素兩大類。主要成分CaO、MgO和CO2等有溶解與重結(jié)晶等作用。固控完好，處理量滿足要求。防止操作失誤、違規(guī)，使井下情況復(fù)雜化或造成更大事故。準(zhǔn)確判斷井下情況，制訂正確的處理措施，及時(shí)分析，修正處理方案，具有多種應(yīng)急手段。質(zhì)量合格、性能可靠。

　　

【正文】 計(jì)算精度； ③指重表誤差，井壁摩擦力等影響拉力值的精確度。 實(shí)際上，現(xiàn)場將井內(nèi)被卡鉆柱認(rèn)定為鉆鋌部位，即浸泡時(shí)注入量以大鉆柱為目標(biāo)。 壓差卡鉆程度的計(jì)算 按照壓差卡鉆的理論，摩擦力是與鉆柱與慮餅的接觸面積A井筒靜液柱壓力pm與地層壓力pd差，井壁慮餅的磨阻系數(shù)μ成正比。即： ………………kN…………（2） 式中：μ—濾慮餅?zāi)ψ柘禂?shù)，根據(jù)現(xiàn)場測定值確定； A—鉆柱與井壁接觸面積，cm2。 pm，pd—井壁靜液柱壓力與地層壓力，MPa 由公式（2）可以得出以下結(jié)論 ①濾餅性質(zhì)影響卡鉆程度，其影響主要表現(xiàn)在三方面：一是慮餅的摩阻系數(shù)μ，二是慮餅的厚度，影響鉆柱的接觸面積，三是慮餅的滲透性，影響壓力傳遞； ②接觸面積A與井眼尺寸、鉆柱外徑有關(guān)，相同井眼尺寸內(nèi)，鉆柱外徑越大，接觸面積越多，井斜角大，鉆柱與井壁接觸幾率也越大，卡鉆也容易發(fā)生； ③壓差，壓差越大，卡鉆程度越嚴(yán)重，加重鉆井液容易造成卡鉆的原因是在壓差的作用下容易將鉆柱推向井壁，造成卡鉆。 分析公式（2）時(shí)，也應(yīng)注意以下問題： ①按公式（2）中的表述，當(dāng)壓差pmpd=0時(shí)，不存在卡鉆，因F=0。浸泡卡鉆原理，除降低（濾餅的）摩阻系數(shù)μ外，也可降低壓差減少卡鉆程度。因此，此公式很有指導(dǎo)意義。但是在某些條件下，壓差不大或負(fù)壓時(shí)，也發(fā)生井壁卡鉆，原因在哪里？ 將井壁卡鉆的主因歸結(jié)為壓差，稱為壓差卡鉆。將井壁卡鉆的主因歸結(jié)為慮餅性質(zhì)，稱為粘吸卡鉆。所謂粘吸卡鉆，就是由水基鉆井液中負(fù)電分散體系（粘土以及處理劑的負(fù)電水化效應(yīng)）與鉆柱表面游離的鐵離子正電荷的相互吸引而產(chǎn)生的粘吸卡鉆。壓差是條件，根本原因是粘吸，如改變鉆井液體系，即使存在壓差，井壁卡鉆的幾率也將大大減小。 ②公式（2）中接觸面積A，若A=0，則F=0，即鉆柱不與井壁接觸，雖然接觸，不給相對靜止接觸的時(shí)間（轉(zhuǎn)動），卡鉆的可能性也減少。這就告訴我們，在鉆進(jìn)中減少卡鉆的條件是：不給鉆柱靜止停留在井筒內(nèi)的時(shí)間。而且靜止時(shí)間越長卡鉆越嚴(yán)重。 上擊器震擊動載計(jì)算（震擊模型見圖41） 上擊器震擊動載采用能量法計(jì)算撞擊時(shí)的變形，由變形再計(jì)算動載，得出計(jì)算公式為： Q上……kN…………（3） 式中： …………kN/cm…………剛度系數(shù)； …………系數(shù)； ΔL1—在上提拉力p作用下，震擊器以上鉆柱的變形（伸長量），cm； h—震擊器的有效打擊行程，cm； E—鉆柱鋼材的彈性系數(shù)，MPa； F1，L1上擊器以上的鉆柱橫截面積（cm2）和長度（cm）； F2，L2上擊器以下的鉆柱橫截面積（cm2）和長度（cm）； 由公式（3）可以分析得出如何正確使用上擊器： ①震擊器的結(jié)構(gòu)參數(shù)h一定時(shí)（設(shè)計(jì)確定）震擊動載Q上與C2成正比，而C2與L2成反比，與F2成正比，即震擊器越靠近卡點(diǎn)（L越短），下部鉆具直徑越大，則動載越大； ②Q上與ΔL1成拋物線關(guān)系，當(dāng)ΔL1的值超過h的一半后Q增加很快，當(dāng)ΔL1值增加到一定程度后，動載Q增加緩慢，而ΔL1與上提力p成正比，因此上提力p的大小確定動載大小； ③當(dāng)ΔL時(shí)，Q上=0，即上提力太小，是變形量ΔL等于或小于自由形成的一半時(shí)，震擊器空擊。 下?lián)羝髡饟魟虞d計(jì)算（震擊模型見圖42） 下?lián)羝飨聯(lián)魟虞d計(jì)算，利用能量守恒原理，將上部鉆柱自由下落的動能轉(zhuǎn)變?yōu)楸豢ㄣ@柱的變形能，求出震擊器的動載可以得出： Q下……………………KN…………………（4） 式中：K1，K2，K3為計(jì)算系數(shù) W1—震擊器上部鉆柱重量，kN。 W2—震擊器至卡點(diǎn)的鉆柱重量，kN； C1,C2—震擊器上下鉆柱剛度系數(shù)kN/cm。 由公式(4)可以得出，動載QT與震擊器自由行程h的平方根成正比，當(dāng)h一定時(shí)，與震擊器上部鉆柱重量成正比。 鉆柱在井筒內(nèi)自由降落時(shí)的速度與對井底沖擊力計(jì)算 a、鉆柱在井筒內(nèi)自由降落時(shí)的速度 鉆柱在井筒內(nèi)自由降落時(shí)，可視為在液體中的自由落物，在降落過程中，鉆柱受潛水阻力、井壁摩阻力和液體阻力。下降速度越大，所受阻力越大。當(dāng)下降速度達(dá)到一定值時(shí)，重力與阻力平衡，下降速度不再增加，等速下降。鉆柱在井筒內(nèi)降落時(shí)受力狀態(tài)見圖43。 鉆柱在井筒中降落速度v按下式計(jì)算： ………………………………………⑸ 式中： —鉆井液密度，kg/m3； —井眼實(shí)際井徑，m； —落魚外徑，m； m—鉆井液動力粘滯系數(shù)； L—落魚鉆柱長度，m ； m—落魚鉆柱質(zhì)量，kg； g—重力加速度，； ； —鋼材密度，7850kg/m3； a—井斜角，176。； f—井壁濾餅?zāi)Σ料禂?shù)，~； 將已知數(shù)據(jù)代入后可求出A、B、C、D、系數(shù)，代入公式⑸可得出方程式，用龍格—庫塔法求解，可求出落魚在井筒內(nèi)降落速度v。 由公式⑸可知：落魚的長度L與直徑越大，井眼與鉆柱的間隙越寬，井斜角越小時(shí)，下落速度越快。鉆井液動力粘滯系數(shù)、濾餅的摩擦系數(shù)越大，會減緩鉆柱的下降速度。 b、自由降落鉆柱對井底的沖擊力 根據(jù)撞碰原理：mv=FT…………………………………………⑹ T—鉆柱與井底巖石碰撞接觸時(shí)間與巖石的剛度（硬度）有關(guān)，硬地層時(shí)間短，塑性地層碰撞時(shí)有塑性變形，接觸時(shí)間長。鉆柱降落距離越大，速度v越大，鉆柱重量越大，地層越硬，對井底的碰撞力越大（接觸時(shí)間T短）將會對鉆頭鉆具造成極大破壞。 c、自由降落鉆柱（帶鉆頭）對三牙輪鉆頭的破壞 設(shè)沖擊力均勻作用在三個(gè)牙輪上，則每個(gè)牙輪承受F/3，而作用在牙輪軸上的力為RB（見圖44）。 則…………………………kN…………⑺ a—牙輪軸的水平夾角，一般為34176。~38176。 地層反力RB使牙輪軸產(chǎn)生彎曲（單臂梁）而從根部折斷。 水平分力………………kN…………⑻ RT的作用將三個(gè)牙輪向井眼外推移，受井眼直徑限制，此力作用在井壁上。若井眼井徑擴(kuò)大率較大，三個(gè)牙輪向外作用后，迫受三個(gè)巴掌焊縫脹開，漲大程度由井徑確定。 處理井下事故常用的鉆柱結(jié)構(gòu) 在處理井下事故作業(yè)中，一般情況下不能使用原鉆進(jìn)的鉆具結(jié)構(gòu)。需根據(jù)井下條件、打撈目的、入井工具等選配最安全的滿足打撈作業(yè)的鉆柱結(jié)構(gòu)?？傇瓌t是下得去，用得上，起得出。表41為常用的處理井下事故時(shí)的鉆柱結(jié)構(gòu)。 表41處理井下事故常用鉆柱結(jié)構(gòu) 序號 工具 尺寸選擇 井下條件 鉆柱結(jié)構(gòu) 1 公錐 根據(jù)落魚 水眼尺寸 水眼暢通， 魚頭無損傷 公錐+安全接頭+鉆鋌30m+鉆桿 2 母錐 根據(jù)落魚外徑 母錐+安全接頭+鉆鋌30m+鉆桿 3 打撈矛 有效打撈 尺寸比水眼 大3mm 復(fù)雜 打撈矛+安全接頭+下?lián)羝?上擊器+鉆鋌 +加速器+鉆桿 一般 打撈矛+安全接頭+鉆桿 4 打撈筒 內(nèi)徑比落魚 小3mm 復(fù)雜 打撈筒+安全接頭+下?lián)羝?上擊器+鉆鋌 +加速器+鉆桿 一般 打撈筒+安全接頭+鉆桿 5 磨鞋 直徑較井眼直徑 小10~25mm 磨鞋+打撈杯+鉆鋌50~80m+鉆桿 6 銑鞋 外徑較井眼直徑 小10mm，內(nèi)徑大于套銑鉆具7mm 復(fù)雜 銑鞋+套銑筒+配合接頭（或安全接頭） +下?lián)羝?上擊器+鉆鋌30~50+鉆桿 一般 銑鞋+套銑筒+配合接頭+鉆桿 7 反循環(huán) 打撈籃 外徑小于井眼直徑12~25mm 打撈籃+打撈杯+鉆鋌50~80m+鉆桿 8 磁力 打撈器 外徑小于井眼直徑10~40mm 磁力打撈器+打撈杯+鉆鋌30m+鉆桿 5.典型鉆井工程事故處理實(shí)例 .大慶油田葡深1井鉆鋌公扣折斷鉆鋌落井事故 事故發(fā)生時(shí)間：1998年12月19日7：00 事故處理結(jié)束時(shí)間：1999年6月15日 事故發(fā)生井深：， 事故發(fā)生經(jīng)過 該井為松遼盆地西部斷陷古龍斷陷北部葡萄花構(gòu)造上的一口預(yù)探井。1998年7月18日開鉆，使用F320鉆機(jī)。，進(jìn)尺慢，泵壓下降1MPa，檢查泵時(shí)發(fā)現(xiàn)活塞刺，分析鉆頭到后期（，使用93：35小時(shí)），決定起鉆。13：（鉆頭已進(jìn)入技套井段內(nèi)，）時(shí)，因轉(zhuǎn)盤輸出軸承損壞，準(zhǔn)備換軸承，間斷循環(huán)鉆井液。22：00開泵時(shí)，方鉆桿跳動，懸重下降350KN，判斷為鉆具折斷。12月20日7：30起完鉆，發(fā)現(xiàn)f178mm鉆鋌與f203mm鉆鋌間的配合接頭631410外螺紋根部（2扣處）斷裂。 落魚長度：+f305mm近鉆頭穩(wěn)定器+f229mm雙向減振器+f305mm穩(wěn)定器+f229mm鉆鋌2根+f305mm穩(wěn)定器+f229mm鉆鋌3根+731630接頭+f203mm鉆鋌12根，（見圖51）。 魚頂深：。 落魚行程：。 落魚在鉆井液中重量（，正電膠鉆井液體系）：（計(jì)算重量）。 事故原因分析 ⑴　，滿眼鉆具結(jié)構(gòu)鉆進(jìn)。使用f114mm公錐打撈一次成功。以后使用牙輪鉆頭、滿眼鉆具結(jié)構(gòu)，、2次使用卡瓦打撈筒，2次使用公錐順利撈獲，前6次斷鉆鋌均發(fā)生在鉆進(jìn)中。本次接頭折斷是第7次，發(fā)生在起鉆過程中。 本井使用的鉆鋌全是國產(chǎn)修復(fù)鉆鋌，入井前已經(jīng)長時(shí)間使用，均屬于疲勞破壞（本次事故處理完后，采用進(jìn)口鉆鋌）。 ⑵　本次鉆鋌落井是由于631410接頭外螺紋刺斷造成，泵壓下降1MPa，鉆速慢（鉆井液短路循環(huán)），判斷為泵活塞刺（誤判），因而起鉆時(shí)未采取有效應(yīng)急措施。，又長時(shí)間循環(huán)，加劇了刺口加大，終因下部鉆具太重而斷裂。起出斷口僅有2cm的新截面長度。 事故處理經(jīng)過 一起普通的鉆鋌落井事故，由于在打撈過程中又發(fā)生第二次落魚掉井，使井下情況復(fù)雜化，因而延誤了事故處理時(shí)間。 本次事故處理共分4個(gè)階段，歷經(jīng)5個(gè)月25天，其中事故處理時(shí)間118天20小時(shí)，組織停工時(shí)間53天18小時(shí)。直接經(jīng)濟(jì)損失843萬元。 ⑴　1998年12月20日—1999年元月20日，用31天時(shí)間10次打撈（5次下公錐，1次下卡瓦打撈筒，4次下絲錐），（鉆頭、近鉆頭穩(wěn)定器與1/2減振器長度）。打撈情況見表51。 表51第一階段打撈情況 序號 打撈時(shí)間 打撈工具 魚頂深度 m 打撈情況 1 5189。178。公錐 打撈成功，起鉆至1612m遇卡，鉆具落井 2 卡瓦打撈筒 顯示不明顯 打撈失敗 3 5189。178。公錐 撈獲f203mm鉆鋌12根，f229mm鉆鋌1根。 4 5189。178。公錐 撈獲f229mm鉆鋌2根。 5 5189。178。公錐 打撈成功，魚頂起鉆至1788m遇卡，公錐脫掉 6 5189。178。公錐 造扣成功，1300kN上提活動，減振器螺紋拉斷，撈出f229mm鉆鋌2根+f229mm減振器的一半。， 7 絲錐 打撈失敗 8 內(nèi)撈矛 打撈失敗 9 內(nèi)撈矛 打撈失敗，撈矛卡瓦片掉入井內(nèi) 10 絲錐 絲錐落井（）， 第一階段打撈作業(yè)評述 ①。在井筒內(nèi)是自由落體，當(dāng)高速降落時(shí)，同時(shí)又受到液體的阻力，阻力與下降速度的平方成正比，當(dāng)阻力平衡鉆具重力時(shí)，落魚在井筒內(nèi)等速下降。利用沖量等于動量原則，mv=FT，可計(jì)算出鉆具沖向井底的動載，而這種動載直接作用在鉆頭上。由于鉆鋌是彈性體，本身還加有減振器，這種動載依次向上傳遞，逐漸減弱。直接受力的鉆頭被破壞。這種破壞有2種形式，一是牙輪軸折斷（彎曲變形），二是巴掌焊縫斷開。巴掌開裂漲大（受井底井壁限制）在井徑縮小處便造成卡堵。本井第一次打撈成功后起鉆至1612m時(shí)遇卡，便是由于鉆頭巴掌裂開造成的。起鉆時(shí)應(yīng)采用相應(yīng)的措施，避免卡阻。 ②，再次對鉆頭造成損傷，同時(shí)使落魚鉆具斷成3段，、。 ③第五次下鉆打撈，，同樣是由于鉆頭巴掌裂開漲大所致，由于落魚重量輕，鉆頭巴掌已被卡死，未能落到井底。 ④第六次下鉆打撈，上提1300KN，落魚卡死，將減振器螺紋拉斷。 ⑤第七次下絲錐打撈是錯(cuò)誤的決策。減振器螺紋被拉斷，可見落魚卡死的程度，即使打撈成功，還能拔出來嗎？ ⑵　1999年元月20日—1999年2月6日，17天時(shí)間打撈絲錐，下鉆12次（接頭對扣5次，卡瓦打撈筒6次打鉛印1次），均未成功。打撈情況見表52。 表52絲錐打撈情況 序號 時(shí)間 作業(yè)內(nèi)容 打撈工具 打撈情況描述 類型 尺寸 mm） 1 對扣 411接頭 無扭矩，打撈失敗 2 對扣 521接頭 無扭矩，打撈失敗 3 打撈 卡瓦打撈筒 f273 無扭矩，打撈失敗 4 打撈 卡瓦打撈筒 帶壁鉤 f273 打撈失敗 5 打撈 卡瓦打撈筒 帶彎接頭 f273 打撈失敗 6 打撈 彈性打撈筒 f273 打撈失敗 7 打撈 彈性打撈筒 f273 掌片斷2只，未撈獲 8 拔魚頭 鉤子 9 打撈 彈性打撈筒 打撈失敗 10 對扣 帶f165 可彎肘節(jié) 打撈失敗 11 對扣 彎接頭 20度 打撈失敗 12 打鉛印 鉛模 魚頭不規(guī)則，絲錐可能碎裂 第二階段打撈作業(yè)評述 第二階段打撈絲錐作業(yè)費(fèi)時(shí)17天，一無所獲。此階段作業(yè)的指導(dǎo)思想，仍然是建立在井壁泥餅厚、井眼小被卡的設(shè)想上，對井下落魚被卡的性質(zhì)和嚴(yán)重程度分析不夠。此階段作業(yè)是可以不進(jìn)行的，應(yīng)直接進(jìn)行套銑（因已