水平井井下作业管柱卡钻机理分析及解卡工艺优化研究

引言

随着油气资源开发的不断深入，水平井技术凭借其高效开发储层的能力，在油气田开采中得到了广泛应用。然而，在水平井的小修作业过程中，管柱卡钻问题频发，已成为制约作业效率和经济效益的关键因素。管柱卡钻不仅显著延长了作业周期，还可能导致设备损坏以及次生事故的发生，从而进一步增加作业成本

。因此，深入研究水平井小修作业中管柱卡钻的机理，并在此基础上优化解卡工艺，对于提高作业效率、保障安全生产具有重要意义。本文旨在系统分析管柱卡钻的成因，探讨不同卡钻类型及其影响因素，并结合实际案例提出优化的解卡工艺方案，以期为水平井小修作业的安全高效进行提供技术支持。

1. 水平井小修作业解卡工艺研究

1.1 常见解卡方法原理与适用场景

1.1.1 震击解卡

震击解卡是利用震击器产生冲击力以解除卡钻的一种常用方法。其工作原理在于通过机械装置在井下产生高频率的震动或冲击力，从而破坏卡点处的物理连接，使被卡的管柱得以松动。对于砂卡和泥包卡等类型的卡钻事故，震击解卡具有较高的适用性。例如，在砂卡情况下，震击作用可以有效松动周围的砂土颗粒，减少其对管柱的束缚力；而在泥包卡中，震击能够破坏泥饼与管柱之间的粘附，从而实现解卡。然而，该方法也存在一定的局限性，尤其是在复杂地层条件下，过强的震击可能导致井壁坍塌或加剧管柱损伤，因此需谨慎操作。

1.1.2 浸泡解卡

浸泡解卡是通过向井内注入特定解卡液来降低摩擦系数并溶解堵塞物的一种化学处理方法。油基解卡液因其良好的润滑性和渗透性，在压差卡钻等复杂情况下表现出显著效果。

其原理在于通过改变井筒内的流体性质，减少管柱与井壁之间的摩擦力，同时溶解或分散造成卡钻的固相物质。例如，在川渝地区的“三高”气井中，利用油基解卡液体系成功解决了多次压差卡钻问题，一次解卡成功率达到 100%

。然而，该方法需要较长的处理时间，且对解卡液的配方和施工参数要求较高，否则可能无法达到预期效果。

1.1.3 切割管柱

当其他解卡方法无法奏效时，切割管柱成为一种不得已的选择。该方法通过使用专用切割工具将卡点以上的管柱切断，以便后续打捞作业的进行。切割位置的选择至关重要，通常需根据卡点深度、管柱材质及井眼轨迹等因素综合确定。此外，切割工具的选择也直接影响作业效率和安全性，常用的切割工具包括机械式切割器和液压式切割器等。切割完成后，还需对剩余管柱进行打捞和处理，以避免进一步复杂化井下情况。尽管切割管柱能够快速解决问题，但其不可逆性可能导致较高的经济损失，因此必须慎重考虑。

1.2 解卡工艺的局限性

尽管现有解卡方法在一定程度上能够有效应对卡钻问题，但各自存在明显的局限性。震击解卡虽然操作相对简单，但可能对井眼和管柱造成损伤。高强度震击可能导致井壁坍塌或管柱疲劳断裂，尤其是在复杂地质条件下，这种风险更为显著。浸泡解卡需要较长时间，且对解卡液的性能要求较高。如果解卡液配方不当或浸泡时间不足，可能无法完全溶解堵塞物，导致解卡失败。此外，切割管柱虽然能够快速解决严重卡钻问题，但其经济成本较高，且可能对井眼完整性造成不可逆的影响。因此，针对不同卡钻情况，需要优化解卡工艺，结合多种方法的优势，提高处理效率和成功率。

2. 水平井小修作业解卡工艺优化策略

2.1 引入新技术手段

为提升解卡效率和安全性，液压增力解卡与带压穿心打捞等新技术被引入水平井小修作业中。液压增力解卡通过精确调控液压力量，能够在减少对管柱损伤风险的同时，有效施加解卡力于卡点处，从而提高解卡成功率。带压穿心打捞技术则适用于高产井，其核心优势在于能够在保持地层压力的条件下进行打捞作业避免因压力失衡导致的产能损失，同时降低井控风险。

2.2 改进工艺参数

优化钻井液性能参数是提升井眼净化效果关键措施之一。通过调整钻井液密度与携砂能力，可有效清除井底沉积物，降低卡钻风险。此外，针对不同类型卡钻，合理调整震击频率与力度至关重要。例如，砂卡类型适合高频低幅震击，而泥包卡则需低频高幅震击以破坏堵塞物结构。改进解卡液配方也是重要环节，通过增强其润滑性与溶解能力，不仅可以缩短浸泡时间，还能显著提高解卡效率

2.3 综合解卡方案制定

基于不同卡钻类型与井眼条件，制定个性化综合解卡方案是提升解卡成功率的有效途径。例如，在砂卡与压差卡钻并存的情况下，可采用震击与浸泡联合使用的方法，先通过震击破坏砂桥结构，再注入高效解卡液以降低摩擦系数，从而实现对复杂卡钻情况的有效处理。同时，建立完善的应急响应机制，确保在卡钻发生时能够迅速采取科学合理的措施，进一步缩短作业时间并保障作业安全

3. 案例分析

3.1 案例选取与背景介绍

选取某油田一口水平井的小修作业案例进行分析。该井井斜角超过 80 度。在作业过程中，管柱在井底发生卡钻，严重影响作业进度。

3.2 卡钻机理分析

通过对该井的地质和工程数据进行分析，确定卡钻主要由地层高压和井眼净化不佳引起。高孔隙压力导致井漏，地层砂粒沉积形成砂桥，同时钻井液携砂能力不足，未能有效清除井底沉积物，最终导致管柱卡死。

3.3 解卡工艺应用与优化效果

采用综合解卡方案，首先进行震击解卡，破坏砂桥结构，随后注入高效油基解卡液，降低摩擦系数，最后通过带压穿心打捞技术成功解卡。优化后的解卡工艺显著缩短了解卡时间，减少作业成本，并确保管柱和井眼的完整性。

4. 结论与展望

（1）本文系统分析了水平井小修作业中管柱卡钻的机理，揭示了地质、工程和操作因素对卡钻的影响。通过优化解卡工艺，引入新技术手段和改进工艺参数，显著提高了卡钻处理的效率和成功率。研究结果表明，综合解卡方案在实际应用中表现出色，为水平井小修作业的安全高效进行提供了有力支持。

（2）尽管当前研究取得了一定成果，但水平井小修作业中管柱卡钻问题仍需进一步研究。未来应重点开发智能化监测与预警系统，通过实时数据分析提前识别卡钻风险。同时，研发新型高效解卡材料和技术，提升解卡工艺的适应性和效果。此外，加强跨学科研究，结合地质工程与力学分析，全面提升水平井小修作业的技术水平。

参考文献

[1]王海山.水平井修井工艺技术的应用研究[J].石油石化物资采购,2020,(19):54-54.