粘吸卡鉆也叫壓差卡鉆是鉆井過程中最常見的卡鉆事故。最容易卡住的是鉆鋌,由于鉆柱失去了活動的自由,卡點可能逐漸上移。
一、粘吸卡鉆的原因
井壁上有濾餅的存在是造成粘吸卡鉆的因在原因,因為大多數鉆井液是固、液兩相流體,其中的固相顆粒吸附在井壁上就形成了濾餅。有人認為濾餅是由于鉆井液的濾失造成的,沒有濾失量就不會有濾餅,基于這種思維,他們總認為鉆井液在砂巖中的濾失量大,才會形成濾餅。其實不然,在裸眼井段內,泥頁巖也有濾餅,而且要比砂巖井段的濾餅厚得多。
這是因為濾餅的形成有三種原因:
第一是吸:附鉆井液中的固相顆粒吸附在巖石表面,無論砂巖泥巖都有這種特性。
第二是沉積:鉆井液在流動過程中,靠近井壁的流速幾乎等于零,鉆井液中的固相顆粒便沉積在井壁上。泥巖井段的井徑要比砂巖井段的井徑大得多,沉積作用更為顯著,所以泥巖井段容易形成厚濾餅。
由于泥巖含有大量的微細裂紋,這些微細裂紋有些是地層應力造成的,有些是在鉆頭破碎巖石時造成的,一旦泥巖表面被水浸潤之后,在這些微細裂紋中形成一層吸附膜,可以發生有效的分裂作用,降低泥巖的堅固度而使其破碎脫落,所以泥巖井段井徑大多大于鉆頭直徑。但在泥巖相對穩定之后由于水的浸潤,泥巖表面的分子、原子或離子表現出極性,具有未平衡的自由的一部分力場,這部分力場的方向指向鉆井液,能夠吸附鉆井液中的大量帶異性電荷的粒子。在吸附平衡建立之前,吸附物在鉆井液中的濃度逐漸變小,而在泥巖表面上的濃度逐漸加大。如果增大鉆井液中某些粒子的濃度,也就增大它們在單位時間內吸附到泥巖表面的數目,這是一個累積的過程。加之,又在鉆井液液柱壓力和鉆柱旋轉動力的作用下,吸附層的一部分水分被擠回鉆井液中,井壁上就形成了一層比較厚的成分比較復雜的濾餅,這些濾餅的性能比砂巖井段的濾餅更差。
由此我們可以得出結論,只要濾餅存在,就有粘吸卡鉆的可能,砂巖井段可以粘鉆,泥巖井段也可以粘鉆,不過泥巖井段的井徑往往是不規則的,和鉆柱的接觸面積比較少,所以卡鉆的機會比較少一些。
地層孔隙壓力和鉆井液液柱壓力的壓差存在,是形成粘吸卡鉆的外在原因。在同一裸眼井段中,地層孔隙壓力梯度不會是統一的,而鉆井液液柱壓力總是要平衡該井段中的最高地層孔隙壓力,對那些地層壓力梯度相對低的地層必然會形成一個正壓差。當鉆柱被井壁濾餅粘吸之后,緊靠井壁一邊鉆柱的一側所受的是通過濾餅傳來的地層孔隙壓力,另一側所受的是鉆井液液柱壓力,如果后者大于前者,即有正壓差存在,可把鉆柱壓向井壁,進一步縮小吸附面之間的間隙,增強了吸附力,并進一步擴大了鉆柱與井壁的接觸面積。
鉆柱在靜止時,由于任何井都有一定的斜度,鉆柱因其自身重量所產生的水平分力而壓向井壁的下側,驅走了中間的隔離層,使鉆柱與濾餅之間的距離縮小,當縮小到二者之間的極性分子互相起作用的范圍內時,便發生的吸附作用,這就是發生粘吸卡鉆的主要原因。
二、粘吸卡鉆的預防
1、使用中性鉆井液,或陽離子體系鉆井液;
2、目前使用的水基鉆井液,絕大部分是陰離子體系鉆井液,這種鉆井液隨著井斜的增加或鉆井液密度的提高,粘吸卡鉆的可能性越來越大,最好的辦法就是不讓鉆柱靜止;
3、對于陰離子體系的鉆井液來說,要求有好的潤滑性、較小的濾失量、適當的粘度和切力,必要時加入潤滑濟以減少濾餅的摩阻系數;
4、搞好固控工作,把無用的固相盡量清除干凈;
5、盡可能做到近平衡壓力鉆進;
6、使用合理的鉆柱結構,總的思路是增加支撐點,減少接觸面;
7、直井粘卡后為了防止卡點上移最好將鉆柱總重量的三分之二下壓,減少鉆柱與井壁濾餅的接觸面積,斜井則不能壓,因為下部鉆具靠井壁下限,越壓越死;
8、指重表必須靈敏可靠,以防做出錯誤的判斷;
9、要保持良好的井身質量;
10、在鉆柱中帶上隨鉆震擊器,因為在粘卡發生的最初階段,震擊解卡是很有效的。
三、粘吸卡鉆的處理
1、強力活動:粘吸卡鉆隨著時間的延長會越來越嚴重,所以在發生粘吸卡鉆的初期階段,就應在設備和鉆柱的安全負荷內用最大的力量進行活動。
2、震擊解卡:如果鉆柱上帶有隨鉆震擊器,應立即啟動震擊器上擊或者下擊,以求解卡,這比單純的上提下壓的力量要集中,見效也快得多。若沒有隨鉆震擊器,應先測卡點位置,用爆破松扣法從卡點以上把鉆具倒開,然后選擇適當的震擊器下鉆對扣后震擊以求解卡。如果震擊不能解卡,可用注解卡劑邊浸泡邊震擊,其效果會更好。
3、降壓解卡法:即泥漿液柱壓力和地層孔隙壓力之差別。