帶壓作業(yè)下入油管彎曲原因分析及預(yù)防措施

李超 康超 賈秀鵬（勝利石油工程有限公司井下作業(yè)公司，山東 東營(yíng) 257064）

引言

帶壓作業(yè)主要是指在油氣水井井口帶壓狀態(tài)下，利用專業(yè)設(shè)備在井筒內(nèi)進(jìn)行的作業(yè)。帶壓作業(yè)范圍通常包括修井、完井、射孔、打撈、磨銑、壓裂酸化、搶險(xiǎn)及其它特殊作業(yè)等。通過(guò)調(diào)查和分析油管彎曲的機(jī)理和原因，有助于防止和減少塑性彎曲現(xiàn)象，提高帶壓作業(yè)下油管的成功率，促進(jìn)油氣田的大規(guī)模開(kāi)采。

1.存在問(wèn)題

帶壓作業(yè)井內(nèi)管柱的受力包括:井內(nèi)壓力作用在管柱最大橫截面的上頂力，管柱在井內(nèi)流體中的重力、浮力，油管通過(guò)防噴器時(shí)的摩擦力，帶壓起下作業(yè)裝置所施加管柱的力。

因此，管柱壓力計(jì)算應(yīng)為:Fsnub=Ffr+Fwp-W

管柱截面受力計(jì)算:

Fwp=0.7854*D2*P

式中:Fwp:管柱的截面受力，單位千牛kN

D:防噴器密封油管的外徑，單位毫米mm

P:井口壓力，單位磅/每平方英尺psi

油管通過(guò)防噴器時(shí)所受的摩擦力大小與防噴器類型、井內(nèi)溫度、井內(nèi)液體及井口壓力油管有關(guān)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通常取井內(nèi)壓力對(duì)管柱上頂力的20%-30%為摩擦力，這里取30%，所以Ffr=0.3*Fwp，則Fsnub=1.3Fwp-W。

因此，在井內(nèi)壓力的作用下，帶壓作業(yè)施工需采用較大的下壓力克服管柱的上頂力，完成下入管柱。當(dāng)下壓力超過(guò)管柱的抗屈服強(qiáng)度時(shí)，管柱就會(huì)發(fā)生彈性彎曲，甚至發(fā)生塑性變形，對(duì)管柱造成不可逆的破壞。

2.原因綜合分析

油管發(fā)生彎曲取決于抗屈服強(qiáng)度，而抗屈服強(qiáng)度與油管材質(zhì)有關(guān)。在材質(zhì)一定的情況下，油管發(fā)生彎曲主要受管柱橫截面積、井口壓力和無(wú)支撐長(zhǎng)度的綜合影響。

表1 不同井口壓力與下壓力關(guān)系表

2.1 井口壓力方面

根據(jù)Fsnub=1.3Fwp-W=1.3*0.7854*D2*P，對(duì)帶壓作業(yè)中常用的 2-3/8”、2-7/8”、3-1/2”三種型號(hào)油管的在 3000psi和5000psi的不同井口壓力下進(jìn)行了計(jì)算（。如表1）

可以看出井口壓力P越大，所需的下壓力Fsnub越大，而下壓力越大，油管發(fā)生彎曲的概率越大。

2.2 油管橫截面積

根據(jù)Fsnub=1.3Fwp-W=1.3*0.7854*D2*P，對(duì)帶壓作業(yè)中常用的2-3/8”、2-7/8”、3-1/2”三種型號(hào)油管的橫截面積進(jìn)行計(jì)算。

表2 油管橫截面積與下壓力關(guān)系表

從表2可以得出，管柱截面積越大，所需的下壓力越大，而下壓力越大，油管發(fā)生彎曲的概率越大。

2.3 油管無(wú)支撐長(zhǎng)度

油管無(wú)支撐長(zhǎng)度是指游動(dòng)卡瓦距最上密封防噴器之間的距離，如果加大力強(qiáng)行下入油管，在此處的油管就可能發(fā)生彎曲。

油管壓彎時(shí)，油管無(wú)支撐長(zhǎng)度計(jì)算，當(dāng)無(wú)支撐油管的柔度λ不小于油管臨界柔度λc時(shí)，按歐拉公式計(jì)算無(wú)支撐油管的臨界應(yīng)力。

σcr:臨界應(yīng)力（MPa）；E:楊氏模量（MPa）；λ:柔度

因此，管柱的無(wú)支撐長(zhǎng)度越大，臨界壓曲載荷就越小，管柱發(fā)生彎曲的概率就越大。

3.預(yù)防措施

帶壓作業(yè)下油管作業(yè)中，造成油管彎曲的機(jī)理和原因是多方面的，為了有效防止事故的發(fā)生，必須深入調(diào)查研究和分析，找出關(guān)鍵問(wèn)題所在。一般來(lái)說(shuō)，采取以下措施進(jìn)行預(yù)防是有效的:

3.1 盡量減少高壓力氣井的作業(yè)任務(wù)，縮短作業(yè)周期。

3.2 充分考慮井內(nèi)管柱的受力情況，盡量選用橫截面積小的油管進(jìn)行作業(yè)。

3.3 根據(jù)油管物理材質(zhì)的計(jì)算，選用屈服強(qiáng)度強(qiáng)的油管，可有效的避免發(fā)生彎曲。

3.4 減小固定、游動(dòng)卡瓦之間無(wú)支撐長(zhǎng)度的距離，增強(qiáng)油管的抗彎能力。

[1]吳千里.新型帶壓作業(yè)裝置[J].石油機(jī)械,2008,36(1):49-51.

[2]趙懷文，陳智喜.液壓與氣動(dòng)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1988.

[3]樊獎(jiǎng)平，張高峰.帶壓作業(yè)裝置現(xiàn)狀與發(fā)展[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2008,37(12):11-15.

[4]呂長(zhǎng)杰，趙云中，徐百鋼.帶壓作業(yè)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息，2010,(22)10:147-148.