渤海油田油水井套管損壞原因分析及修復(fù)

李繼勇,王萬(wàn)鵬,陳輝 衛(wèi)駿,王玉龍(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司,天津 300452)

董江波 (中石化河南石油工程有限公司井下作業(yè)公司,河南南陽(yáng) 473172)

渤海油田油水井套管損壞原因分析及修復(fù)

李繼勇,王萬(wàn)鵬,陳輝 衛(wèi)駿,王玉龍(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司,天津 300452)

董江波 (中石化河南石油工程有限公司井下作業(yè)公司,河南南陽(yáng) 473172)

套管是油氣井正常生產(chǎn)的重要保護(hù)屏障,套管腐蝕變形破損對(duì)油井的正常生產(chǎn)以及海洋生態(tài)環(huán)境都構(gòu)成了較大的威脅。目前,渤海油田由于完井質(zhì)量差、作業(yè)施工以及生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)套管均造成了不同程度的損壞?？偨Y(jié)了渤海油田油水井套管損壞的原因,并分析了錐形磨鞋修理點(diǎn)狀破損套管技術(shù)、銑鞋套銑修理?xiàng)l狀破裂套管技術(shù)、脹管器修理縮徑變形套管技術(shù)等,并結(jié)合QK18-2-P1井分析了套管修復(fù)的過(guò)程,為套損井的治理提供依據(jù)。

渤海油田;油水井;套管;損壞原因;修復(fù)

1 渤海油田套管損壞原因分析

1.1 完井質(zhì)量差引起油層套管的損壞

1)鉆井完井不合格引起油層套管損壞。鉆完井下套管的質(zhì)量不合格及下套管時(shí)絲扣未上滿(mǎn)﹑上斜、未涂密封脂等對(duì)套管的使用壽命有直接影響,嚴(yán)重時(shí)甚至試壓不合格[1]。QK18-2-P1井套管損壞主要就是由于完井質(zhì)量差引起的,套管點(diǎn)狀破損多且集中。

2)固井質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致套管損壞。固井質(zhì)量差,局部井段水泥混漿。造成水泥環(huán)與套管固結(jié)不牢,是造成套管變形的直接原因。

1.2 作業(yè)施工對(duì)套管的損壞

1)大型防砂施工作業(yè)是造成油層套管損壞的主要原因。

2)重復(fù)射孔對(duì)油層套管的傷害。重復(fù)射孔造成的孔眼疊加降低了套管抗外力的強(qiáng)度。使得套管易發(fā)生斷裂﹑彎曲﹑甚至錯(cuò)段。

3)磨銑、套銑施工對(duì)油層套管的損害。磨銑、套銑施工時(shí),磨、套銑工具在一定鉆速﹑鉆壓作用下,磨鞋、銑鞋在落物魚(yú)頂上發(fā)生徑向位移,造成磨、套銑工具與油層套管內(nèi)壁重復(fù)磨削,造成套管破損。

1.3 生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)油層套管的傷害

1)注水過(guò)程泥巖蠕變?cè)斐商坠軅Α，F(xiàn)場(chǎng)套變井套變位置在射孔井段以上至20m范圍內(nèi)的井占套變井的57%[2]。這個(gè)部位地層大部分是泥巖或粉砂質(zhì)泥巖的混合層段,造成套變的主要原因是某一方向注入水引起粘土膨脹造成的。

2)對(duì)于出砂嚴(yán)重的油層,在防砂效果不明顯時(shí)?？籽鄄煌昝阑虿梢憨p注水強(qiáng)度過(guò)高也會(huì)對(duì)油層套管造成傷害。PL19-3-C15及PL19-3-C12井套管損壞主要由于注水強(qiáng)度過(guò)高造成套管彎曲變形。

2 套損井的修復(fù)技術(shù)

2.1 錐形磨鞋修理點(diǎn)狀破損套管技術(shù)

對(duì)于套管發(fā)生點(diǎn)狀破損的情況比較常見(jiàn)(見(jiàn)圖1),主要原因是套管徑向應(yīng)力集中所致,同時(shí)還有套管質(zhì)量、固井質(zhì)量、地層應(yīng)力變化以及井筒作業(yè)等綜合因素引起的[3]。針對(duì)這種點(diǎn)狀破損的情況,由于套管損壞程度不大,不會(huì)影響到外徑較小的油管在井內(nèi)下入;只有當(dāng)外徑較大且滿(mǎn)眼尺寸的工具下入才會(huì)發(fā)現(xiàn),從而導(dǎo)致工具不能下到位,影響下步作業(yè),如刮管器(見(jiàn)圖2)。

圖1 點(diǎn)狀破損套管鉛印圖

圖2 套管點(diǎn)狀破損導(dǎo)致刮管器不能通過(guò)

對(duì)于套管發(fā)生點(diǎn)狀破損的情況,常見(jiàn)的有點(diǎn)狀變形、破損、卷邊等變形。這種變形的套損修理,較為簡(jiǎn)單,最適合的修理方法是錐形磨鞋修復(fù)。普通錐形磨鞋修理發(fā)生點(diǎn)狀破損的套管,由于錐形磨鞋的錐度較大,修理起來(lái)比較耗時(shí),修理效果也不理想;同時(shí)由于普通錐形磨鞋的齒形為研磨齒,且沒(méi)有保徑或者保徑部位沒(méi)有鋪焊研磨齒,在這種條件下,修理破損點(diǎn)的過(guò)程中由于鉆壓、扭矩等參數(shù)不易控制,錐形磨鞋很容易通過(guò)套管破損點(diǎn),但是上提鉆具時(shí)會(huì)遇卡。

為了解決普通錐形磨鞋修理發(fā)生點(diǎn)狀破損套管的局限性,筆者通過(guò)分析和調(diào)研,開(kāi)發(fā)研制出了用于修理發(fā)生點(diǎn)狀破損套管的專(zhuān)用錐形磨鞋(見(jiàn)圖3)。改進(jìn)主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn):①減小了錐形磨鞋的錐度,加長(zhǎng)了錐形部分的長(zhǎng)度;②更換普通錐形磨鞋合金齒齒形,將普通錐形磨鞋的研磨齒更換為切削齒;③增加錐形磨鞋保徑部分長(zhǎng)度;④在錐形磨鞋的保徑部分鋪焊研磨齒。通過(guò)對(duì)普通錐形磨鞋的改造,并成功的應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),解決了普通錐形磨鞋修理點(diǎn)狀破損套管的局限性,節(jié)約了作業(yè)時(shí)間,為后續(xù)作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

圖3 改進(jìn)后的錐形磨鞋

2.2 銑鞋套銑修理?xiàng)l狀破裂套管技術(shù)

對(duì)于套管發(fā)生條狀破裂變形的情況(見(jiàn)圖4),則不能用改進(jìn)型錐形磨鞋修理,由于套管一旦發(fā)生條狀破裂,且破裂條已經(jīng)向管內(nèi)凹陷,在這種情況下,若用改進(jìn)型錐形磨鞋修理,由于破裂條狀的套管存在彈性,在錐形磨鞋和鉆壓的作用下,破裂條狀內(nèi)凹陷部分就會(huì)恢復(fù)原位,不能起到修復(fù)破裂部位的作用[4]。

相比錐形磨鞋,銑鞋是套銑和磨銑井下落物的專(zhuān)用工具。在修復(fù)套管作業(yè)中,對(duì)于條狀破裂而無(wú)法采用錐形磨鞋磨銑進(jìn)行修復(fù),銑鞋能起到很好的修復(fù)作用,將已經(jīng)內(nèi)凹陷的條狀破裂套管從破裂根部切斷,達(dá)到修復(fù)的目的。但是,若用常規(guī)的長(zhǎng)城齒或鋸齒銑鞋修復(fù)發(fā)生條狀破裂變形的,則會(huì)由于銑鞋銑齒的水眼影響,銑鞋水眼部分和銑鞋切削齒在扭矩的作用下使已破裂的套管條狀部分產(chǎn)生撕裂,進(jìn)一步造成套管更嚴(yán)重的破損[5]。

為了解決長(zhǎng)城齒銑鞋和鋸齒銑鞋對(duì)修復(fù)套管的局限性,筆者選用波浪齒銑鞋或平底銑鞋,將銑鞋的切削齒更換為研磨差,這樣可以將已經(jīng)內(nèi)凹陷的條狀破裂套管從破裂根部切斷,達(dá)到修復(fù)的目的;然后再利用磨鞋等修理剩余毛刺。由于銑鞋不具有外齒,在修理套管過(guò)程中可以最大程度地避免對(duì)套管不必要的磨削等損傷,專(zhuān)門(mén)處理變形的部分。同時(shí),銑鞋修套過(guò)程中一定要控制好鉆壓、扭矩等參數(shù)不至過(guò)大,才能取得較好的效果。

2.3 脹管器修理縮徑變形套管技術(shù)

脹管器是用來(lái)修理縮徑變形套管的專(zhuān)用工具。在套管縮徑但并未破裂的變形,采用脹管器有很好的效果。脹管器一般采用向下沖擊脹管的方法對(duì)套管進(jìn)行修復(fù),必要時(shí)結(jié)合旋轉(zhuǎn)下壓通井的方法。同銑鞋一樣,脹管器不具備外齒,在修復(fù)過(guò)程中不會(huì)對(duì)套管產(chǎn)生磨削損傷,可以保證在修復(fù)套管變形的前提下不造成套管破裂,做到真正的“無(wú)傷修套”。必要時(shí),脹管器搭配錐形磨鞋通井能取得較好的效果。另外,脹管器的操作必須格外注意鉆壓的變化,密切關(guān)注同時(shí)分析套管的修復(fù)情況。

圖4 條狀破裂變形套管打印圖

3 QK18-2-P1井套管損壞修理實(shí)例

QK18-2-P1井是一口定向生產(chǎn)井,位于渤海西部海域,于2004年4月中旬完鉆投產(chǎn),完井套管程序?yàn)??20in×205.3m(K55)+?13 3/8 in×1245.21m(N80)+?9 5/8 in×2834.03m(13Cr L80)+?7in×3966m(13Cr L80),射孔段3520.4～3548.3m,3701.7～3863.9m。

2013年10月2日,P1井進(jìn)行補(bǔ)孔前刮管作業(yè)時(shí),下鉆至2489m遇阻,多次上下活動(dòng)管柱無(wú)法通過(guò),最大下壓4t未果。開(kāi)泵反循環(huán),排量25m3/h,泵壓2MPa,返出為清水,嘗試開(kāi)泵狀態(tài)下多次上下活動(dòng)管柱,最大下壓6t,每次上提均有最大2t的過(guò)提顯示,仍無(wú)法通過(guò)遇阻點(diǎn)。起鉆檢查刮管器本體及牙板有明顯磕痕?，F(xiàn)場(chǎng)分析認(rèn)為井下套管存在變形。

3.1 ?8 1/8 8 in錐形磨鞋修理套管

1)錐形磨鞋(見(jiàn)圖5)修理套管鉆具組合:?8 1/8 8 in錐形磨鞋+變扣(411×310)+?4 3/4 in震擊器+?3 1/8 2 in加重鉆桿9根+?3 1/8 2 in鉆桿。

2)緩慢下鉆至2487.64m遇阻,測(cè)上提/下放懸重:66t/30t。開(kāi)泵正循環(huán),排量25m3/h,泵壓1MPa,測(cè)正空轉(zhuǎn)扭矩3.5k N·m,下放管柱至遇阻位置啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)開(kāi)始磨銑通井:排量25m3/h,泵壓1MPa,鉆壓0.5～3t,轉(zhuǎn)速60r/min,扭矩7.5～9.5k N·m,返出口放至強(qiáng)磁吸附較多鐵屑。

磨銑至井深2487.71m時(shí),扭矩突然上漲至11k N·m,懸重恢復(fù)至66t;停轉(zhuǎn)盤(pán),下放鉆具暢通,上提鉆具至2487.7m時(shí)管柱遇卡,最大過(guò)提20t無(wú)法解卡,下放鉆具遇阻3t后鉆具自由;繼續(xù)上提鉆具,震擊多次后解卡;重新下放鉆具,在2487.64m遇阻,最大下壓13t無(wú)法通過(guò)遇阻點(diǎn)。

調(diào)整磨銑參數(shù),繼續(xù)磨銑,現(xiàn)象與上述情況相同,起鉆,錐形磨鞋兩側(cè)被磨平(見(jiàn)圖6)。

圖5 普通錐形磨鞋入井前

圖6 錐形磨鞋修套后

3.2 ?8 1/8 2 in改進(jìn)型錐形磨鞋修理套管

1)?8 1/8 2 in改進(jìn)型錐形磨鞋(見(jiàn)圖7)修理套管鉆具組合:?8 1/8 2 in改進(jìn)型錐形磨鞋+變扣(411× 310)+?4 3/4 in震擊器+?3 1/8 2 in加重鉆桿9根+?3 1/8 2 in鉆桿。

圖7 改進(jìn)型錐形磨鞋磨銑后

2)下鉆至2487.64m遇阻,上下活動(dòng)管柱無(wú)法通過(guò),測(cè)上提/下放懸重:66t/30t。開(kāi)泵正循環(huán),排量25m3/h,泵壓1MPa,測(cè)正空轉(zhuǎn)扭矩3.5k N·m,下放管柱至遇阻位置啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)開(kāi)始磨銑通井:排量25m3/h,泵壓1MPa,鉆壓0.5～3t,轉(zhuǎn)速60r/min,扭矩7.5～9.5k N·m,返出口放強(qiáng)磁吸附較多鐵屑。磨銑至2479.02m順利通過(guò)遇阻點(diǎn),多次劃眼無(wú)遇阻現(xiàn)象。

3)下鉆至2480.50m遇阻,上下活動(dòng)管柱無(wú)法通過(guò),啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)緩慢下放管柱磨銑通井:排量25m3/h,泵壓1MPa,鉆壓0.5～1t,轉(zhuǎn)速55r/min,扭矩扭矩7.5～9.5k N·m,磨銑至2480.52m順利通過(guò)遇阻點(diǎn),多次劃眼無(wú)遇阻現(xiàn)象。

4)下鉆至2486.43m遇阻,上下活動(dòng)管柱無(wú)法通過(guò),啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)緩慢下放管柱磨銑通井:排量25m3/h,泵壓1MPa,鉆壓0.5～1t,轉(zhuǎn)速55r/min,扭矩扭矩7.5～9.5k N·m;磨銑至井深2486.48m順利通過(guò)遇阻點(diǎn),多次劃眼無(wú)遇阻現(xiàn)象。

5)下鉆通井至2490.61m遇阻,多次上下活動(dòng)管柱無(wú)法通過(guò),啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)緩慢下放管柱磨銑通井:排量25m3/h,泵壓1MPa,鉆壓0.5～1t,轉(zhuǎn)速57r/min,扭矩扭矩7.5～9.5k N·m,套銑至2490.63m順利通過(guò)遇阻點(diǎn),多次劃眼無(wú)遇阻現(xiàn)象。

3.3 QK18-2-P1井套管修復(fù)結(jié)果

QK18-2-P1井進(jìn)行機(jī)械整形后,對(duì)套管進(jìn)行試壓2000psi×10min,合格(注:1psi=6894.757Pa)。套管修復(fù)成功,后續(xù)封隔器成功座封,井筒正常,作業(yè)順利開(kāi)展。

4 結(jié)論

1)渤海油田套管損壞主要原因是完井質(zhì)量差、作業(yè)施工損壞及生產(chǎn)過(guò)程損壞等,因結(jié)合具體情況,采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

2)針對(duì)不同套損情況應(yīng)采取不同的修理工藝,在施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制施工參數(shù),根據(jù)不同井段、不同井深優(yōu)化參數(shù),可得到較好的效果。

[1]《海上油氣田完井手冊(cè)》編委會(huì).海上油氣田完井手冊(cè)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1998.

[2]張春軼,鄧洪軍.塔河油田油井套損現(xiàn)狀及主要影響因素[J].油氣田地面工程,2011,30(7):68-69.

[3]艾軍.淺析油水井管套損壞的原因與對(duì)策[J].江漢石油職工大學(xué)學(xué)報(bào),2007,20(2):47-49.

[4]聶海光,王新河.油氣井井下作業(yè)修井工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003.

[5]孫克濱.油田套損井治理配套技術(shù)探討[J].經(jīng)營(yíng)管理者,2013(6):364.

[編輯] 洪云飛

TE973

A

1673-1409(2014)22-0077-04

2014-04-13

李繼勇(1987-),男,助理工程師,現(xiàn)主要從事海上修井方面的研究工作。