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第三章 井下落物事故
井下落物事故种类繁多,广义而言,凡钻具、套管、油管、电缆、钢丝绳等落入井下,都
是井下落物,而且是大型落物,?我们放在其它章节中论述。本章所说的井下落物是指那些碎小的不规则的没有打捞部位可与打捞工具连接的落物,如牙轮、刮刀片、手工具等。这些落物,有的掉到井底,成为继续钻进的拦路虎;有的掉到钻头或扶正器以上部位,成为造成卡钻的直接原因;有的掉在井眼中途,横梗在井眼中,阻断了钻具运行的通路;这些事故不消除是无法继续钻进的。落物事故是井下事故中发生频率最多的事故,造成的损失也是非常大的。
第一节 落物事故发生的原因
1. 产品质量有问题:如牙轮钻头在厂家规定的参数内运行时,仍然发生牙轮裂开、焊缝裂开、巴掌断裂、连接螺纹断裂、密封失效轴承早期磨损、掉齿、掉水眼等,?这些现象,除某些外界因素影响外,主要是产品质量上存在某种缺陷而引起的。刮刀钻头的刮刀片折断落井和刮刀片材质、锻造工艺及焊接质量有关。
2. 使用参数不当:过高的钻压,过高的转速,使钻头过早地产生疲劳现象。送钻不均,使钻头产生冲击负荷。溜钻、顿钻、又使钻头在短期内承受超过其设计能力的巨额载荷。这些都足以造成钻头事故。
无论是牙轮钻头的牙轮还是刮刀钻头的刀片,都不可能在同时间内全部落井,总是先有一个或半个落井,而操作者不查,在井下已有别钻、跳钻或进尺锐减的情况下,仍不甘心起钻,而要反复试探,这样就把第二个第三个牙轮或刮刀片别入井下,使事故更加恶化。
3. 起下钻过程遇阻遇卡时,?操作不当,猛提猛压,除容易造成卡钻外,也容易使钻头受损,如五十年代末在玉门油田经常发生起钻遇阻时拔掉牙轮的事故,七十年代初在江汉油田经常发生下钻时顿掉牙轮的事故,发生这些事故的钻头都是当时上海钻头厂制造的钻头,除钻头质量有问题之外,操作不当也是发生事故的主要原因。
4. 超时使用:?任何钻头在一定的钻井方式下都有一个可供参考的使用寿命,但不是固定不变的,它和钻遇的地层条件、钻进参数、钻井液性能、井底温度、井底清洁程度都有密切关系;?而且同一个厂家生产的钻头,其质量也非整齐划一,工作寿命也是有区别的。所以我们不能以厂家介绍的钻头使用时间做为唯一的依据,而应根据钻头在井下的实际工作情况分析判断,决定起钻时间。影响牙轮钻头使用寿命的最主要因素是轴承的磨损,轴承的磨损有个过程,由紧配合到松配合到滚珠掉落、牙轮卡死、牙轮偏磨、直至牙轮脱落是一个较长的过程,有经验的操作者,不难发现其异象如进尺减慢、扭矩增大、转速不匀、别钻、跳钻等。如果停钻及时,绝不会发生问题。
5. 钻头与接头连接螺纹的规范不一致,或者是在大扭矩下将母螺纹胀大,或者不加控制的打倒车造成整个钻头落井。
6. 顿钻造成钻头事故。由于机械故障,或工具失效,或操作失误,或套铣中途遇卡的钻具,都有可能使钻具顿入井底,给钻头施以极大的冲击力,造成部分或整个钻头的落井事故。
7. 从井口落入物件。除正常钻进外,?井口往往处于不封闭状态,在起下钻、接单根及其它作业过程中,井口工具及其另件落入井中的机会较多, 大者如卡瓦、吊卡、小者如榔头、橇杠、形形色色,?不一而足。这些物件有的落入井底; 有的粘附在井壁或坐落在壁阶上,?随时有造反的可能;有的横梗在井筒中间,阻断了钻具运行的通道。
在钻进过程中,?有时为了测斜,需要投入测斜仪,为了取心,需要投入钢球,但这些工序只有在钻具完整地情况下才能有效。一旦钻具断落,?地面没有发现,仍盲目地投入这些物件,十之八九会落入下部落鱼的环形空间内,将成为卡钻的主要因素。
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第二节 井内有落物的象征
1. 井底有较大的落物时,钻头一接触落物就会发生别钻或跳钻,钻压越大,别、跳越历害,
根本不会有进尺。起出钻头检查,有明显地伤痕。
2. 井底有较小的落物时,有较轻的跳钻或别钻现象,时而有,时而没有,没有一定的规律性。机械钻速相对较低。起出钻头检查,若是镶齿则有断齿或掉齿现象,若是铣齿则齿顶有被锤击的现象。
若井底有更小的落物如牙轮的牙齿及轴承的滚珠、滚柱等,在钻进时井底也比较平稳,不发生跳钻别钻现象,?但钻头磨损很快,特别是对PDC钻头为害甚大,达不到预期的进尺和工作时间。起出钻头检查,有折齿和掉齿现象,钻头巴掌外缘有明显地横向刻痕,甚至下部钻铤和配合接头上也有刻痕。
3. 若钻具在井内,?从环空中掉入落物,若掉在井径大的地方,待在壁阶上,则起下钻无妨碍;若掉在井径小的地方,?则会对钻具的起下形成阻力,严重时会造成卡钻。若落物正好在钻头以上,往往是上提遇阻下放不遇阻,在没有阻力的情况下,可以转动钻具,但上提有阻力时,转动就相当困难。这种落物不一定是从井口落入的,往往是从井壁掉下的,如坍塌的砾石、水泥块、岩块等。
4. 若有较大的落物落不到井底,而是横梗在井眼中部,则下钻会遇阻,转动有别劲,起出钻头或其它工具检查,会有明显地伤痕。
第三节 预防井内落物的措施
1. 防止从井口落入任何物件:?首先对井口常用的专用工具如吊卡、卡瓦、安全卡、吊钳等进行仔细地检查,?每一个螺钉、轴销、穿销、都要紧固齐全。一般情况下,井口不许使用撬杠、榔头等手工具,不得已而用时,要采取防掉措施,如盖好井口、拴保险绳等。上卸钻头必须使用钻头盒。双吊卡起下钻要用小补心。总之,要堵塞一切可能落物的漏洞。
2. 钻头使用要根据井下实际情况掌握,?若井下有异常情况如别钻、跳钻、扭矩增大、应仔细判断是什么原因造成,?一般的说有三种情况:(1)井下有落物,调整钻压、转数不起作用,进尺锐减或无进尺;(2)钻遇特殊地层,?如钻遇砾石层就会跳钻,钻遇某些泥页岩层也会别钻,但有进尺,且钻速基本均匀,调整钻压转数后会见到明显效果;?(3)钻头早期磨损如轴承旷动、牙轮互咬、牙轮卡死、都会发生别钻、跳钻现象,但有进尺而钻速降低。遇到这些情况,如果一时判断不清,虽然钻头使用时间不够,也要及早起钻,勿贪小利而酿大祸。
3. 井下情况不正常,如悬重下降、泵压下降、在地面查不出原因时,绝对禁止从钻具水眼内投入任何物件如测斜仪、憋压钢球等。
4. 裸眼井段井径不规则,?有多个壁阶存在,下钻时在此井段要慢速下放,以防某个牙轮接触壁阶受力过大而折落。因为壁阶遇阻和缩径遇阻不一样,缩径遇阻是三个牙轮同时受力,而壁阶遇阻只有一个牙轮受力,很容易发生顿落牙轮事故,?而且顿落的牙轮不是掉到井底,而是待在壁阶上,状态很不稳定,一旦下落,便会造成恶性卡钻。
5. 表层套管和技术套管的套管鞋必须与管体本身连接牢固,并且用粘结剂粘牢或用电焊焊死,套管鞋与井底的距离越小越好,?而且应坐在不易垮塌的砂岩井段,因为这部分的水泥石往往固结不好,很容易掉水泥块和套管鞋,给正常钻进带来麻烦。
6. 钻头的配合接头螺纹规范必须与钻头连接螺纹的规范一致,防止整个钻头脱扣入井。
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第四节 井下落物的处理
井下落物妨碍正常钻进,必须加以处理。但井下落物有大有小,形状各异,因此,处理井下
落物的方法也是多种多样。
一. 不规则细碎物件的打捞:
如牙轮、刮刀片、钳牙、卡瓦牙、小型手工具等可用打捞器进行打捞。常用的打捞器有以下几种:
(一) 一把抓
一把抓也叫指形打捞篮,?如图3-1所示,是最古老最简单的一种打捞工具。牙高与牙数根据管子的直径决定,一般牙高为管子直径的3/4,或等于管子直径,牙数以8～10个为宜。抓齿在入井前要做退火处理,以防扭断。一把抓接在打捞钻柱下边下入井内,?在距井底0.5～1m的位置,循环好钻井液,然后停泵慢转下放,把落物从井壁处拨向井眼中心,?使一把抓容易套着落物。在抓齿接触井底以后,慢慢加压,加一点压力,?转动一二圈,再加一点压力,再转动一二圈,使一把抓齿向内收拢,包住落物。最大压力以每英寸管子直径不超过10kN为宜,?转动总圈数以6～8圈为限。打捞过程不能循环钻井液,以免把落物冲向井壁。然后上提钻柱,?转动不同的方向试探井底,如各向方入一样,说明一把抓已经包好,即可起钻。如各向方入有高有低,说明落鱼未进入一把抓,?则找方入最多的方向再加压转动一次。
使用一把抓,下钻要慢要稳,因为一把抓齿在与壁阶接触时会提前收拢或变形而失去打捞的作用。
这种工具在浅井(1500m以内)?打捞效果较好,深井打捞就很少用它,因为一把抓齿往往会提前收拢而失效。
(二) 随钻打捞杯
随钻打捞杯是在钻进过程中用于打捞细碎落物如牙齿、滚柱、滚珠等小物件的工具,?在 磨铣井底落物的过程中,?也用于打捞铣碎的铁块,对于保持井底清洁,提高钻头使用寿命,减少或防止钻头意外损伤有重要作用。
如图3-2及图3-3所示,?随钻打捞杯是由芯轴、外筒、扶正块、下接头等组成,分G型打捞杯和H型打捞杯两种。G型打捞杯较短小,使用方便,但容量较小。H型打捞杯的外筒可卸下更换,也便于取出捞获的碎物,容量也较大,使用的效果比G型更
好。
随钻打捞杯的外筒外径较大,与井眼形成的环形间隙较小,而杯
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口处的芯轴直径较小,而与井眼形成的环形间隙较大。因此,钻井液上返时在杯口处流速突然
下降,?形成涡流,其携带能力也大大减弱,在钻井液中携带的较重碎物便落入杯中,在起钻时随钻具捞出。其打捞原理如图3-4所示。
随钻打捞杯,?可直接接在钻头上、磨鞋上或打捞篮上,在起钻前,改变排量冲洗井底,使形状大小不同的碎物在适应的排量下携带至杯口处,落入杯中。
打捞杯杯口处是平台肩,因此起钻至套管鞋处要特别注意,防止杯口挂住套管鞋,造成钻具事故。
随钻打捞杯的技术规格如表3-1所示
表3-1 随钻打捞杯技术规格
型号 LB-G-102 LB-H-102 LB-G-114 LB-H-114 LB-G-127 LB-H-127 LB-G-140 LB-H-140 LB-G-168 LB-H-168 LB-G-178 LB-H-178 LB-G-219 LB-H-219 LB-G-245 LB-H-245 LB-G-102 LB-G-102 井眼尺寸,mm 117.5～123.8 130.2～149.2 152.4～161.9 165.1～190.5 193.7～215.9 219.0～244.5 244.5～288.9 292.1～330.2 连接螺纹 2/8REG 3/2REG 3/2REG 3/2REG 4/2REG 4/2REG 6/8REG 6/8REG 55111117最大外径,mm 102 114 127 140 168 178 219 245 杯体内径,mm 92 106 116 124 151 160 202 217 接头外径,mm 95 108 108 108 140 140 197 197 水眼直径,mm 31.8 38.5 38.5 38.5 57 57 70 70 心轴外径,mm 66.7 79.0 82.6 82.6 114.3 114.3 146.0 146.0 注:代号LB为捞杯,G为固定式,H为可换式.
(三) 磁力打捞器
磁力打捞器是打捞井内可被磁化的金属碎物的一种工具,按磁铁类型分有永磁式和充磁式两种,按循环方式分有正循环式和反循环式两种。
正循环磁力打捞器的结构如图3-5所示,?由接头、外筒、橡皮垫、螺钉、压盖、绝缘筒、垫圈、磁铁、喷水头、铣鞋等组成。打捞器外筒由高导磁性材料制成,磁芯上端的磁力线通过接头和外壳传导,?组成磁力线通路,因此可以把外壳和引鞋看成是由磁性材料制成的磁铁外套,是磁
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铁的一个磁极;而永久磁芯的下端为另一个磁极。在引鞋与磁芯中间用非磁性材料(铜)隔开,
防止短路。打捞时,铁磁落物将两磁极搭通,使之牢固地吸附在磁力打捞器底部。
磁力打捞器技术规格如表3-2所示。
表3-2 磁力打捞器技术规格 公称直径, mm 86 100 125 140 176 190 200 225 255 290 接头螺纹 NC26(2/4IF) NC38(3/2IF) NC50(4/2IF) 1136/8REG 5适用井眼直径, mm 95～108 108～137 137～149 149～184 184～216 203～229 216～241 241～279 279～311 311～375 最大吸力,kN A型 3.5 5.5 9.5 11.0 18.0 21.0 23.0 28.0 38.0 42.0 B型 1.0 1.7 2.2 4.0 5.0 6.2 6.8 9.8 13.0 14.0 注：①适用温度：0～210℃;
②在0～210℃范围内，温度作用的衰减率为每度0.07%; ③振动对磁性物质的衰减率:A型为1%,B型为5%.
使用磁力打捞器,应注意以下几点:
(1)铣鞋的选定:如井下落物尺寸大、数量多、分布广,应选用平鞋,因为平鞋的底面与磁芯底面处于同一平面,与落物的接触面积大,距离近,易于打捞。但打捞时钻压不宜大于10kN,?在有压力的情况下不许转动,?因为那样做,容易损坏磁芯,甚至有可能使磁芯再掉入井中。
若估计落物在井底被泥饼粘住或陷入地层,?应选用拨鞋,它是高出磁芯并割有螺旋线切面的引鞋,可以拨动井底落物。当拨鞋接触井底落物时,?可以慢慢转动钻具,?拨动落物。当
磁芯接触落物时,禁止转动,以防损坏磁芯。 ???????
若井眼不规则或井底是锥形,?磁芯无法接触落物时,可选用铣鞋,它可以钻切井壁,修整井眼,使磁芯接触落物。操作时要特别注意转动下放的深度和施加的钻压,防止将落物压入地层,更不能把磁芯别坏。 ???????
(2)充磁式磁力打捞器,下井以前必须先给磁芯充磁,并注意充磁极性,不得接反。 (3)?下井前应检查磁芯吸力、外观、螺纹及水眼情况,?连接磁力打捞器时应将磁力打捞器放在木板上进行,不许把工具直接放在转盘上,更不许在搬运和连接过程中猛烈震击磁力打捞器,以防失磁。 ???????
(4)?工具下至距落物2～3m时,开泵充分循环钻井液,并慢慢下放到井底,将井底积砂冲洗乾净。若用正循环法打捞,?可以直接开泵打捞或停泵打捞。若用反循环法打捞,?可上提钻具,停泵投球,再下放至距井底 0.3～0.5m循环钻井液,?边循环边下放打捞,然后上提 0.3～0.5m,?转动不同的方向,反复打捞几次。检查方入,如各方向方入一样,即可起钻。起钻时不许用转盘卸扣,以防将落物甩脱。
(四) 反循环打捞篮
反循环打捞篮是利用工具的特殊结构,?造成钻井液在井底的局部反循环作用将井底碎物冲入篮内而进行打捞的工具。如图3-6所示,它是由接头、筒体(包括外筒和内筒)、喇叭口、球座、篮框、篮爪、铣鞋等组成。筒体是双层结构,?上水眼向上倾斜45°,一般直径为20～25mm,数量4～6个。它使内筒空间与井眼环空连通,?但与内外筒之间的环形间隙隔开，反循环时,它是井底钻井液从内筒返出的通道。下水眼向下倾斜15°,直径一般为8～10mm,
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