作業(yè)施工對(duì)套管的損壞及預(yù)防措施

王連玉　萬(wàn)紅顯　何文勇　丁紅甫

中圖分類號(hào):TU7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0910113-01

套管的損壞是多方面的,本文從井下施工入手,提出并分析各種常見(jiàn)的作業(yè)施工對(duì)套管造成的損壞機(jī)理,采用有針對(duì)性的措施,從而提高我們?cè)谧鳂I(yè)施工中對(duì)油水井套管的保護(hù)意識(shí),降低井下工程事故的發(fā)生。

一、井下作業(yè)對(duì)套管的損壞機(jī)理

(一)正常維護(hù)作業(yè)起下鉆對(duì)套管的損壞機(jī)理

我們?cè)谛倍容^大的油水井起下鉆過(guò)程中常常見(jiàn)到,上提油管等鉆柱的懸重比直井同深度鉆柱的懸重要大,或是在下鉆過(guò)程中有輕微遇顯示。其所增加的懸重剛好與由于井斜造成鉆柱與套管的摩擦力相等,特別是在斜井的拐點(diǎn)處,套管收到拉傷、劃傷的程度更為明顯,井斜拐點(diǎn)處也受到鉆柱的沖擊而使拐點(diǎn)處的套管損壞,形成應(yīng)力集中力點(diǎn),在地應(yīng)力的作用發(fā)生套變、錯(cuò)斷等損壞現(xiàn)象。有時(shí)甚至發(fā)生卡鉆現(xiàn)象。起下鉆施工是井下作業(yè)幾乎每天都在進(jìn)行的工作,單吊環(huán)、頓鉆、小件物落井等各類事故幾乎每年都要發(fā)生,原因是沒(méi)有嚴(yán)格按照起下鉆操作規(guī)程進(jìn)行施工。首先是環(huán)形落物;其次是鉆柱落井;其后果一是鉆柱落井的瞬時(shí)沖擊力摩擦或撞擊在套管壁上,使套管發(fā)生變形或破損,抗內(nèi)壓能力減弱。二是如果井筒套管某一位置本身存在套變,會(huì)將鉆具卡死在井筒內(nèi),造成井筒狀況更加惡化,處理井筒更是難上加難。

(二)各種工藝措施施工對(duì)套管的損壞機(jī)理

1.常規(guī)的射孔對(duì)套管壁有極大地沖擊力,用大直徑射孔彈或射孔彈的裝藥量較大時(shí),點(diǎn)燃射孔彈的瞬間,氣流或子彈對(duì)有極大地沖擊。套管的損害一是外擠力引起射孔套管失穩(wěn)破壞;二是由軸向拉力和內(nèi)應(yīng)力引起的套管強(qiáng)度破壞。油水井的重炮措施,使本來(lái)射孔井段套管強(qiáng)度減弱的狀況更是雪上加霜,對(duì)套管的損壞尤為重要。

2.油管壓裂和套管壓裂,將使套管承受壓差和高溫差,處于直接承受的工作狀態(tài)。當(dāng)井內(nèi)溫度和壓力發(fā)生變化時(shí),套管內(nèi)將發(fā)生附加軸向力。套管受力有兩個(gè)突發(fā)點(diǎn):一是井口處套管,二是水泥面處套管。首先,當(dāng)套管內(nèi)有高壓液體流動(dòng)時(shí),會(huì)引起進(jìn)口處套管受力狀態(tài)的變化。高壓處理時(shí),井口處套管受力為壓力效應(yīng)力、溫度效應(yīng)力和重力三者的合力。其次是水泥面:研究表明,直接承壓將引起套管徑向變形,導(dǎo)致水泥面處套管受走線壓縮負(fù)荷。

3.酸化施工時(shí),酸液在井筒內(nèi)對(duì)鉆柱及推廣均產(chǎn)生腐蝕作用。酸一般用濃度10%-18%的鹽酸與土酸經(jīng)合,用高壓設(shè)備油管和射孔部位擠入地層,射孔部位的套管強(qiáng)度本身較弱,若射孔部分發(fā)生酸蝕,將進(jìn)一步降低套管強(qiáng)度,在外力的作用下,很容易發(fā)生損壞。經(jīng)試驗(yàn),濃度10%-18%的鹽酸在常溫、常壓下對(duì)鐵的腐蝕速度不大,但在酸化改造油層中,若緩蝕劑效果不好或不加緩蝕劑,則隨著溫度、壓力和攪拌的增加,腐蝕反應(yīng)速度大大加快。在反排殘酸過(guò)程中,如果不及時(shí)排殘酸,或者排殘酸不徹底,對(duì)井內(nèi)的鉆具和套管都會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用,降低了套管的強(qiáng)度和使用壽命。

4.在鉆洗、套銑、套管開(kāi)窗等修井作業(yè)施工中,不合理的操作對(duì)套管有著直接的損壞。鉆頭在井筒內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)并不是同心居中的,所以在工作過(guò)程中,鉆壓一部分作用在套管壁上,對(duì)套管直接產(chǎn)生傷害。

二、井下作業(yè)采取保護(hù)套管的措施

1.正常維護(hù)井下作業(yè)施工的套管保護(hù):

(1)起下鉆裝自封并裝4條螺絲固定牢固,并及時(shí)的更換自封膠皮,即可以避免起下鉆鉆柱晃動(dòng)而發(fā)生鉆柱接箍掛傷套管短節(jié)接箍。也可以避免小件落物調(diào)入井內(nèi)造成卡鉆事故損傷套管。

(2)起下鉆期間操作平穩(wěn),各崗位配合密切,嚴(yán)禁頓鉆、單吊環(huán)等事故發(fā)生。

(3)認(rèn)真查閱施工井的井史資料,要清楚井筒的斜點(diǎn)位置,油層深度(射孔孔眼附近是發(fā)生套管損壞的薄弱部位)、套變位置、4寸套懸掛器等位置。在這些部位要將下鉆速度控制在15-25根/h,切忌盲目施工而造成對(duì)井筒狀況惡化。

(4)長(zhǎng)期不作業(yè)的油水井內(nèi)有封隔器或橋塞、油管錨等,由于這些工具的錨爪長(zhǎng)期在套管內(nèi)壁,對(duì)套管內(nèi)壁有一定的抓傷程度,使套管強(qiáng)度降低,產(chǎn)生變形或破損。我們?cè)谕ň?、下封等過(guò)程中要注意指重表的懸重變化情況,避免引起井下事故造成井筒惡化。

2.分層壓裂工藝施工使套管得到了有效地保護(hù),分層壓裂隨著油田進(jìn)一步的開(kāi)發(fā),合層壓裂已適合不了加強(qiáng)改造措施、強(qiáng)化采油的需要。同時(shí),對(duì)于大面積進(jìn)行壓裂,原來(lái)的方法已難以適應(yīng)。目前國(guó)內(nèi)外分層壓裂技術(shù)發(fā)展很快,工藝技術(shù)水平也較高。而中原油田應(yīng)用雙封隔器實(shí)施壓裂,情況是比較好的。壓裂時(shí),使壓裂液僅進(jìn)入欲壓裂層,避免壓開(kāi)其它非選壓層。

3.現(xiàn)場(chǎng)酸化工藝對(duì)套管的防護(hù)辦法,油井酸化施工中采用緩蝕劑保護(hù)油管、套管、井下設(shè)備及集輸管線等,是一項(xiàng)成本低、易實(shí)施、見(jiàn)效快的措施。用化學(xué)的方法除掉腐蝕介質(zhì)或者改變環(huán)境性質(zhì)可以達(dá)到防腐的目的,除了采用緩蝕劑外,還有殺菌劑和除氧劑。此外,在反排殘酸時(shí),要及時(shí)的進(jìn)行反排,并且干凈徹底,以免套管、油管及井下設(shè)備在酸液中浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成腐蝕損壞。

4.在壓裂、化堵等高壓放壓時(shí),要控制好井底壓力與井口壓力的壓差。井筒內(nèi)壓力降低會(huì)導(dǎo)致套管有效應(yīng)力增大,引起套管縮徑變形。壓差過(guò)大或過(guò)快,當(dāng)套管承受的軸向載荷接近套管失穩(wěn)破壞的臨界值時(shí),容易引起套管的失穩(wěn)破壞。而在地層產(chǎn)生非均勻外壓作用時(shí),套管更容易發(fā)生縱橫彎曲變形。油層壓力與井口壓力的壓差過(guò)大,就會(huì)產(chǎn)生誘噴現(xiàn)象,使地層吐砂,在套管外壁形成空間,并向下滑塌形成不規(guī)則斜壁,使本來(lái)強(qiáng)度已消弱了的套管在射孔段及鄰近段發(fā)生損壞。

5.磨、套、鉆銑施工嚴(yán)格按照操作規(guī)程,要根據(jù)套管的尺寸、井筒狀況選取大小合適的鉆頭組合搭配合適的鉆柱。鉆柱不易很復(fù)雜(多一個(gè)工具就多一份發(fā)生事故的機(jī)率),為保證鉆頭垂直鉆進(jìn),磨、套、鉆銑鉆柱應(yīng)該加扶正器確保套管不會(huì)受到磨損。