熱采井下泵作業(yè)中卡鉆事故成因及處理技術(shù)

許 坤

熱采井下泵作業(yè)中卡鉆事故成因及處理技術(shù)

許 坤

（遼河油田曙光工程技術(shù)處安全監(jiān)督站， 遼寧 盤錦 124109）

蒸汽吞吐是稠油油田開(kāi)采最經(jīng)濟(jì)有效的手段，工藝技術(shù)在較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用過(guò)程中已經(jīng)十分成熟，但是由于井底溫度高在下泵作業(yè)中總是發(fā)生套管變形、套管內(nèi)壁上集結(jié)許多礦物結(jié)晶和蠟、金屬密封器卡的現(xiàn)象，不能有效使油井進(jìn)行正常下泵開(kāi)采。針對(duì)熱采下泵過(guò)程中造成卡鉆原因進(jìn)行有效分析，制定解卡工藝，來(lái)處理熱采井下泵作業(yè)中卡鉆事故的發(fā)生，并制定有效的預(yù)防措施。

熱采；下泵作業(yè)；成因；處理技術(shù)

蒸汽吞吐是稠油油田開(kāi)采最經(jīng)濟(jì)有效的手段，工藝技術(shù)在較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用過(guò)程中已經(jīng)十分成熟，但是由于井底溫度高，在下泵作業(yè)中總是發(fā)生套管變形、套管內(nèi)壁上集結(jié)許多礦物結(jié)晶和蠟、金屬密封器卡的現(xiàn)象。冷家油田目前的注汽管柱結(jié)構(gòu)是Ф 100 mm喇叭口+Ф73.02 mm尾管+K332-152 mm密封+Ф114.3 mm隔熱管+KXX62-140伸縮管+Ф 114.3 mm隔熱管，密封器距油層上界30 m，喇叭口距油層上界10 m。注汽管柱相對(duì)復(fù)雜，對(duì)下井工具、管材、人員的操作要求較高，任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生了問(wèn)題都會(huì)造成不良的后果。針對(duì)冷家油田目前的注汽管柱結(jié)抅，分析卡鉆原因，選擇有效的解卡工藝，來(lái)應(yīng)對(duì)熱采井下泵作業(yè)中卡鉆事故的發(fā)生，同時(shí)制定有效的預(yù)防措施。

1 熱采下泵過(guò)程中造成卡鉆原因

1.1 套管變形

套管變形卡一般處于金屬密封器的上部，因注汽過(guò)程中在高溫高壓的作用下造成套管彎曲、縮徑、錯(cuò)斷，使注汽管柱不能正常起出。以冷 43-19-172井為例，該井上提注汽管柱卡,經(jīng)多次解卡無(wú)效,倒扣解卡成功。經(jīng)多次打撈,共撈獲4寸隔153根 +4寸平1根+φ80伸縮管1根后打撈無(wú)效。后大修作業(yè)，下脹管器在1 452.1～1 451.98、1 468～1 467、1 506～1 505.96 m漲管成功，將落物全部撈出。

1.2 套管內(nèi)壁礦物堆積

油井套管內(nèi)壁上集結(jié)許多礦物結(jié)晶和蠟，有些隔熱管外壁上存在大量的鐵銹和油污。在注汽過(guò)程中，粘附在套管和隔熱油管壁上的各種固體物質(zhì)脫落堆積到金屬密封器處，水分蒸發(fā)后變硬，造成轉(zhuǎn)抽作業(yè)時(shí)管柱卡。

施工過(guò)程中用腳踩管柱、拉送油管時(shí)撬棍和管鉗上的泥砂粘在管柱上、運(yùn)送過(guò)程中四輪車帶起的泥砂、井口操作人員為防止工具及手套打滑用土擦工具手套所攜帶的泥砂、操作失誤管子插入泥土中不及時(shí)清理，以上五種情況都不同情況的直接或間接的將泥砂帶入井內(nèi)，注汽過(guò)程中遇熱堆積在金屬密封器上，造成轉(zhuǎn)抽卡。

造成卡鉆的物質(zhì)主要來(lái)源于套管內(nèi)壁，0.1 m3的固體物質(zhì)可在注汽管柱與套管環(huán)空形成10 m的高度，足以將密封器和注汽管柱卡死。

1.3 金屬密封器位置達(dá)不到設(shè)計(jì)要求

隔熱管長(zhǎng)度一致又沒(méi)有隔熱管短接，金屬密封器位置達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，最多誤差達(dá)到4～5 m。

注汽管柱組配不準(zhǔn)確，注汽管柱受熱伸長(zhǎng)，造成金屬密封器座封在套管接箍位置，形成卡鉆。

以K(Y)331-150注蒸汽封隔器為例，這種類型封隔器在溫度達(dá)到 150°，上面的密封件自動(dòng)擴(kuò)張形成密封，下面的液缸運(yùn)動(dòng)壓縮下面的密封件也形成密封，達(dá)到雙重密封的作用。碳素鋼熱脹冷縮系數(shù)12×10-6m/℃，最高注汽溫度達(dá)到300°，1 700 m隔熱管熱膨脹最多產(chǎn)生伸長(zhǎng)5 m，使密封器座封于套管接箍位置，造成金屬密封器變形，液缸不能正?；乜s，密封件不能解封。

1.4 隔熱管質(zhì)量不過(guò)關(guān)

現(xiàn)在使用的隔熱管有些本身質(zhì)量不過(guò)關(guān)，襯管與外管脫離，隔熱效果差，等同于普通油管，井筒熱損失嚴(yán)重，造成套管溫度過(guò)高。操作過(guò)程中，隔熱管由于絲扣磨損等原因絲扣密封不嚴(yán)，隔熱管密封圈或襯管襯套使用不規(guī)范，上扣扭矩小等一系列的原因，造成大量熱損失使套管自身的熱脹冷縮變化加劇，造成套管變形損壞。

1.5 環(huán)空介質(zhì)熱損大

當(dāng)環(huán)空為清水時(shí)井筒熱損失最大，高壓氮次之，常壓空氣最小?，F(xiàn)在注汽管柱完井后，由于地層壓力低，金屬密封器上部200～300 m是水，其次是油，最上部是空氣。金屬密封器以上200～300 m熱損失最大，套管溫度最高也最容易引起變形。

1.6 注汽輪次多造成套管損壞

高溫增產(chǎn)措施是造成冷家地區(qū)套管損壞的主要原因。資料表明，注汽輪次越多，套管損壞越嚴(yán)重。注汽造成井下溫度過(guò)高，套管受熱膨脹。在下端及上端固定或在受到極大阻力的情況下，產(chǎn)生的軸向壓力為壓縮應(yīng)力。當(dāng)此熱應(yīng)力超過(guò)套管屈服點(diǎn)后，產(chǎn)生永久變形。轉(zhuǎn)抽時(shí)由于油田生產(chǎn)后期，硫化氫含量高，要壓井作業(yè)[1]。壓井時(shí)套管遇冷迅速收縮，由壓縮應(yīng)力轉(zhuǎn)變成拉伸應(yīng)力。此時(shí)的應(yīng)力大大超過(guò)了套管強(qiáng)度，引起套管接箍或本體斷裂。套管的損壞不僅是在溫度升高過(guò)程中的損壞，也是在溫度降低過(guò)程中的損壞。在注汽過(guò)程中由于各種原因，注注停停，套管熱脹冷縮反復(fù)壓縮——拉伸——壓縮——拉伸，反復(fù)達(dá)到一定的程度后，產(chǎn)生疲勞破壞變形、斷裂(圖1)。

2 熱采下泵過(guò)程中卡鉆的判斷方法

2.1 反洗井解卡法[2]

通過(guò)反洗井，根據(jù)泵壓、泵入量判斷。只能泵入極少量的洗井液，或泵入初始階段泵壓就很大，說(shuō)明管柱上部卡，如果泵入量超過(guò)10 m3泵壓升高說(shuō)明下部卡，而且是環(huán)空落物卡。

2.2 活動(dòng)管柱解卡法

通過(guò)活動(dòng)管柱，如果管柱可以在大于伸縮管伸縮距范圍內(nèi)活動(dòng)，證明是套變卡，反之則證明是金屬密封器卡[3]。

3 解卡工藝

3.1 活動(dòng)管柱解卡

因金屬密封器的質(zhì)量問(wèn)題和固體物質(zhì)脫落堆積造成的金屬密封器卡，通常下放管柱，迫使管柱下行基本上都能達(dá)到解卡的目的。這種解卡方法只適用于沒(méi)有伸縮管光管注汽的管柱，其他的不適用。注汽管柱中的KXX62-140熱力補(bǔ)償器俗稱伸縮管，整體長(zhǎng)度5.4 m，伸縮距4.1 m，伸縮管伸出后總長(zhǎng)9.5 m。由于伸縮管的存在，強(qiáng)行下放管柱金屬密封器解卡后管柱重力加速下行巨大的沖擊力會(huì)造成拉倒井架的惡性事故。解卡時(shí)若活動(dòng)解卡，必須計(jì)算出伸縮管上部管柱懸重。下放懸重是根據(jù)伸縮管上部隔熱管多少而定，一般情況是1 200 m，懸重大約30 t，所以解卡懸重下放時(shí)不能小于30 t，最大上提負(fù)荷根據(jù)井架而定。

3.2 倒扣套銑解卡

首先確定卡點(diǎn)位置，現(xiàn)在普遍使用現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)提拉法計(jì)算卡點(diǎn)，結(jié)果不準(zhǔn)確，相差幾十米甚至上百米，嚴(yán)重影響下步處理措施順利進(jìn)行，容易造成事故復(fù)雜化。應(yīng)該使用測(cè)卡儀準(zhǔn)確測(cè)量出卡點(diǎn)位置，測(cè)卡儀可以準(zhǔn)確測(cè)出2.54×10-3mm的應(yīng)變值，而且不受鋼材磁化的影響。倒出卡點(diǎn)以上管柱后，下套銑筒[4]，磨碎環(huán)空落物，擴(kuò)大套管內(nèi)通徑，解除卡鉆。

3.3 震擊解卡

震擊解卡效果大大高于活動(dòng)管柱解卡，可以反復(fù)震擊，直至解卡為止。冷家作業(yè)施工的井較深，可以不與加速器配合使用。上擊器[5]的位置盡量靠近卡點(diǎn)，打撈工具+安全接頭+ YSQ-108上擊器+100m鉆鋌+鉆柱至井口，YSQ-108上擊器最大可對(duì)被卡落物產(chǎn)生1 923 kN的瞬間上擊力，足以使被卡封隔器解卡。

3.4 擴(kuò)大套管內(nèi)徑解卡方法

套變?cè)斐傻慕饘倜芊馄骺ń饪ǎ话闾鬃兌继幱诮饘倜芊馄魑恢靡陨?，在套變以下金屬密封器可以自由活?dòng)。這種類型的卡處理起來(lái)和金屬密封器卡解卡方法基本相似，只是倒扣時(shí)要將管柱提到卡點(diǎn)位置，將金屬密封器卡在變形位置再進(jìn)行倒扣。通過(guò)倒扣、打撈再倒扣逐步倒出注汽管柱，當(dāng)魚頂位于變形套管以下時(shí)，通過(guò)漲管或者銑錐磨銑擴(kuò)大套管內(nèi)通徑，下打撈工具一次性撈出井內(nèi)全部管柱。

4 預(yù)防措施

（1）提高隔熱管質(zhì)量。長(zhǎng)期反復(fù)使用的隔熱管許多都內(nèi)外管失去密封性，起不到良好的隔熱效果，造成大量的熱量損失，套管溫度過(guò)高，增加了套管變形的機(jī)率。隔熱管在使用過(guò)程中要及時(shí)探傷，將不合格管子找出來(lái)，防止再次下入井內(nèi)。

（2）規(guī)范操作。由于管材自身存在的原因，隔熱管絲扣達(dá)不到密封要求。操作過(guò)程中不按要求安裝密封圈，不使用襯管、襯套等輔助密封工具，造成熱量損失造成套管變形。下井隔熱管必須將絲扣清潔，涂好高溫絲扣油，按標(biāo)準(zhǔn)上扣扭矩上緊扣。隔熱管接箍?jī)?nèi)不但要上好密封圈，還要加裝襯管、襯套，達(dá)到雙重密封的作用，從而保證密封性。

（3）下注汽管柱前進(jìn)行套管刮削，并用熱洗車大排量反洗井，徹底清除套管內(nèi)壁上的油、蠟、礦物結(jié)晶，防止注汽過(guò)程中下落卡死管柱。

（4）選擇合適的通井規(guī)按標(biāo)準(zhǔn)通井。通井規(guī)[6]外徑小于套管內(nèi)徑6 mm，長(zhǎng)度1.2 m為宜，直徑太小、長(zhǎng)度太短不能準(zhǔn)確判斷套變。操作過(guò)程中下至油層以上300 m就要以0.5 m/s的速度下放，如有輕微遇阻顯示即使能夠通過(guò)也要核實(shí)情況，選擇大一級(jí)的通井規(guī)再次通井，切不可盲目下入注汽管柱。

（5）使用的工具不許落地，放在管橋或滑道上。井口操作人員使用的手套過(guò)滑時(shí)，嚴(yán)禁用泥土擦，使用面紗清潔干凈。下井管柱在操作中不慎插入泥沙中，隔熱管在排放過(guò)程中落地，此類隔熱管及時(shí)甩掉，不能再次下入井內(nèi)。隔熱管運(yùn)送過(guò)程中要求用苫布包好，一旦發(fā)現(xiàn)隔熱管上有泥砂，必須及時(shí)更換。大風(fēng)攘砂天氣，井場(chǎng)隔熱管要用防污膜蓋好，防止沙塵粘附在隔熱管內(nèi)外壁上。

5 結(jié)束語(yǔ)

任何事故都是可以避免的，最少是可以降低的，只是我們采用的工藝技術(shù)、操作方法有待于提高。轉(zhuǎn)抽卡是井下作業(yè)中常見(jiàn)的卡鉆事故之一，主要是套管變形卡，套管損壞的原因是多種多樣的，有人為原因也有地質(zhì)原因，如何盡最大限度的防止套管的損壞才是我們工作的重中之重。地質(zhì)原因是不可避免的，人為原因是可控的，這就要求首先從保護(hù)地層的角度出發(fā)，控制好每一個(gè)環(huán)節(jié)最大限度地實(shí)現(xiàn)油井有效、長(zhǎng)期、穩(wěn)定的開(kāi)采。

［1］崔凱華，苗崇良．井下作業(yè)設(shè)備[M]. 北京:石油工業(yè)出版社,2007-05-01．

［2］吳琦.井下作業(yè)工程師手冊(cè)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2002-09-01．

［3］聶海光，王新河．油氣田井下作業(yè)修井工程[M]. 北京:石油工業(yè)出版社,2002-02-01．

［4］龍芝輝.鉆井工程[M]. 北京:中國(guó)石化出版社,2010-02 .

［5］王新純.鉆井施工工藝技術(shù)[M]. 北京:石油工業(yè)出版社, 2005-06-01 .

［6］胡湘炯，高德利．油氣井工程[M]. 北京:中國(guó)石化出版社, 2004-01．

Causes and Treatment Technology of Sticking Accidents in Downhole Pump Operation in Thermal Recovery

XV Kun
（Liaohe Oilfield Shuguang Engineering Technology Department Safety Supervision Station, Liaoning Panjin 124109，China）

The steam stimulation is the most economic and effective method for heavy oil field exploitation, the technology has been very mature. But due to high bottom hole temperature, casing deformation, formation of mineral crystallization and wax on casing internal wall, metal sealing device sticking phenomenon often happen in downhole pump operation, which can affect normal oil well production. In this paper, reasons to cause the sticking accidents in downhole pump operation in thermal recovery were analyzed, the process to treat the sticking accidents was developed, and effective precautionary measures were put forward.

Thermal recovery; Pump operation; Cause; Treatment technology

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）05-1155-03

2014-11-14

許坤（1981-），男，遼寧盤錦人，工程師，2004年畢業(yè)于重慶石油高等?？茖W(xué)校油氣開(kāi)采專業(yè)，研究方向：從事油田修井作業(yè)技術(shù)工作及安全管理。E-mail：41010243@qq.com。