井下复杂情况与事故往往会使得正常的钻井作业中断和延误,有时甚至无法得到恢复和继续,造成所钻井报废。产生的原因可以归结为地质因素和工程因素两类。地质因素主要包括:地层的结构,如断层、裂缝、溶洞和特高渗透层;地层流体性质,如硫化氢、二氧化碳的存在;地层岩性,如盐岩层、膏盐层、沥青层、富含水的软泥岩层、裂缝发育易坍塌剥落的泥岩层、煤层及火成岩层等;地层压力,如地层的孔隙压力、破裂压力、坍塌压力的变化、地应力、蠕变应力等;地层温度。工程因素主要包括工程设计缺乏科学性和地质依据,钻井设备、工具质量问题导致停止活动钻具和钻井液循环,管理工作存在问题,如有章不循、有表不看、遇事不思和盲目处理等。
(1)地层流体(油、气、水)侵入井内的现象称之为井侵。如果井侵进一步发展,会发生因地层流体侵入井内引起井口返出的钻井液量比泵入量大,或停泵后井口钻井液自动外溢的现象,即溢流。有时甚至会发生硫化氢、二氧化碳等有毒有害气体的溢出事故。溢流进一步发展到钻井液涌出井口或防溢管口的现象,即井涌。井涌进一步发展到地层流体(油、气、水)持续无控制地流入井内的现象,即井喷。井喷着火事故是钻井工程中性质最为严重、损失巨大的灾难性事故,所以要坚决杜绝此类事故的发生。
(2)井漏是钻井作业发生最多、最复杂的工程事故。在钻井、固井、测试等各种井下作业中,各种工作液(包括钻井液、完井液、水泥浆及其他流体等)在压差作用下漏入地层的现象。井漏的直观表现为地面钻井液罐液面的下降,或者井口无钻井液返出,或者井口钻井液返出量小于注入量。井漏的危害极大,严重井漏还可能造成井塌、卡钻、井喷等复杂情况或者事故,大量钻井液及堵漏材料进入储层,还会造成储层严重伤害。井壁失稳会造成钻进无法正常进行,甚至会造成坍塌卡钻,坍塌卡钻处理不好会使部分井段或者全井报废,所以在钻井过程中应尽力避免此类事故的发生。
(3)卡钻是由于井内原因造成钻柱在井内不能上提、下放或转动的现象。各类卡钻事故包括压差卡钻(粘吸卡钻)、井壁失稳与坍塌卡钻、砂桥卡钻(沉砂卡钻)、缩径卡钻(小井眼卡钻)、键槽卡钻、泥包卡钻、落物卡钻、干钻卡钻、水泥卡钻、顿钻卡钻等。其中,粘吸卡钻是钻井过程中最常见的卡钻事故,最容易卡住的是钻铤,由于钻具失去了活动的自由,卡点可以逐渐上移,直至套管鞋附近。井壁上有滤饼的存在是造成粘吸卡钻的内在原因,地层孔隙压力与钻井液液柱压力的压差存在是造成粘吸卡钻的外在原因。
(4)钻具“刺、粘、断”事故是钻井过程中经常发生的事故,包括疲劳破坏、腐蚀破坏、机械破坏、振动破坏引起的断钻具、脱扣、滑扣、粘扣事故,以及疲劳破坏、振动破坏、氢脆破坏引起的钻柱整体破坏事故等。
(5)物体掉入井内的现象叫井下落物,井下落物事故繁多,凡是钻具、套管、油管、电缆、钢丝绳等落入井下,都是井下落物,且是大型落物。但是,现场常发生的落物事故是牙轮、刮刀片、手工具等碎小的不规则的小落物事故,这些落物掉到井底,成为继续钻进的“拦路虎”。有的掉到钻头或者扶正器以上部位造成卡钻事故;有的掉到井眼中途,横梗在井眼中,阻断了钻具运行的通道。这些事故不消除是无法继续钻进的。
(6)井斜复杂与事故。除了定向井、水平井之外,所有的直井都希望把井打得“笔直”,但是在实际钻井作业中很难实现。影响井斜的因素众多且复杂,井眼斜了,不仅会增加钻井施工难度,还可能造成钻井事故。井斜造成的危害主要包括:在斜井内钻柱易靠井壁产生摩阻;在弯曲井段,钻柱易产生弯曲,发生疲劳破坏;在井斜突变处,易产生键槽,发生卡钻;井斜大了,下套管困难,且不能居中,影响固井质量;更有甚者,井斜严重超标,达不到钻井目的,被迫填井重钻等。
(7)固井复杂与事故。如果固井出现问题将会导致油气井“残废”甚至报废。固井的重要环节是下套管和注水泥。其中,下套管过程中可能出现的复杂情况是卡套管、套管下完后循环不通、套管或回压阀挤毁、套管断裂、套管泄漏等;注水泥过程中可能出现的复杂情况是发生漏失、突然憋泵、替钻井液结束碰不起泵压、水泥窜槽与井口冒油冒气、水泥返高不够未能封住产层、封固段底部或主要产层严重窜空、固井时水泥浆在钻具内未替出或者将水泥浆全部替出环形空间等。
另外,井下钻具、套管、水泥石等常常发生腐蚀事故,包括电解腐蚀、化学腐蚀、氧腐蚀、二氧化碳腐蚀、硫化氢腐蚀等。空气钻井时,钻到井下储层遇到天然气时,还可能发生井下燃爆事故等。