塔河油田套管坐掛異常原因及對策分析

王偉志， 汪 露， 王存新， 晁美姣， 楊中強(qiáng)

(1中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心 2中石化西南石油工程有限公司鉆井工程研究院 3中石化華北石油工程有限公司西部分公司)

塔河油田三疊系碎屑巖油藏埋深4 200～4 500 m，奧陶系碳酸鹽巖油藏埋深5 300～7 000 m，屬于深井和超深井范疇。目前工區(qū)內(nèi)常用的套管懸掛器為“W”型和“WE”型兩種類型，氣井采用心軸式套管懸掛器，大部分井在二開中完作業(yè)時要使用套管懸掛器對套管進(jìn)行坐掛。套管坐掛就是將套管懸掛器安裝在套管頭內(nèi)，通過鍥型件夾持套管或螺紋連接套管并懸掛套管柱，其密封機(jī)構(gòu)與套管副密封、法蘭墊環(huán)組成一個密封的環(huán)形空間，后期通過井口裝置上的試壓孔來檢測套管懸掛器密封、套管副密封以及法蘭墊環(huán)的密封性能，保障井口裝置安全使用[1]。

套管坐掛如果不成功，套管懸掛器就不能發(fā)揮正常的密封作用，直接影響后期安全施工和井控安全[2]。通過收集近幾年塔河油田套管坐掛中經(jīng)常發(fā)生的異常，并對其進(jìn)行歸類分析，不僅給出了正確的套管坐掛方式，還總結(jié)出了部分預(yù)防措施。

一、套管懸掛器作用原理

1.“W”型套管懸掛器

該類型懸掛器為單錐面卡瓦、剖分式結(jié)構(gòu)，具有自鎖功能，依靠套管柱自重卡住套管，使卡瓦與套管形成牢固連接。其矩形密封圈位于支撐座和壓板之間，依靠壓板螺栓緊固壓縮密封圈進(jìn)行密封，屬于手動激發(fā)密封方式[3]。

2.“WE”型套管懸掛器

該類型懸掛器為單錐面卡瓦、剖分式結(jié)構(gòu)，具有自鎖功能，依靠套管柱自重卡住套管，使卡瓦與套管形成牢固連接。其矩形密封圈位于支撐座和卡瓦殼體之間，依靠自重壓縮密封圈進(jìn)行密封，屬于自激式密封方式[4]。

3.心軸式套管懸掛器

該類型懸掛器通過下端套管螺紋與套管形成牢固的連接。一種采用矩形密封圈，其矩形密封圈位于支撐座和懸掛器本體之間，依靠自重壓縮密封圈進(jìn)行密封；另一種采用金屬密封和“O”型密封圈，在懸掛器本體上加工一道錐形密封面，與套管頭內(nèi)相應(yīng)的錐孔臺階依靠管柱自重配合密封，兩者都屬于自激式密封方式[5]。

二、套管坐掛異常原因及處理措施

1.套管不居中

YK24井二開使用?311.2 mm鉆頭鉆至井深4 500 m中完，?250.88 mm套管下深4 498.5 m。該井使用?250.88 mm“WE”型套管懸掛器準(zhǔn)備對套管進(jìn)行坐掛，當(dāng)套管懸掛器下至套管頭法蘭面3 cm時不再下行，現(xiàn)場用將套管懸重由130 t下放至105 t，套管未下行，套管懸掛器也未下行，坐掛失敗。上提套管至140 t，準(zhǔn)備取出套管懸掛器時，發(fā)現(xiàn)右側(cè)卡瓦上升1 cm，左側(cè)卡瓦未動，且右后方卡瓦與套管頭間隙1～2 mm，丈量后發(fā)現(xiàn)套管不居中。

后期切割?311.2 mm套管30 cm，下放套管頭，取出?250.88 mm“WE”型套管懸掛器，將切割的套管進(jìn)行焊接，重新安裝套管頭，進(jìn)行正常坐掛。

2.井口水泥漿閃凝

TK150井二開使用?250.88 mm鉆頭鉆至4 620 m中完，?193.7 mm套管下深4 618.12 m。該井使用?193.7 mm“WE”型套管懸掛器準(zhǔn)備對套管進(jìn)行坐掛，發(fā)現(xiàn)水泥漿閃凝，下放套管全部重量，套管未下行，坐掛失敗(見圖1)。

后清理?311.2 mm套管與?193.7 mm套管之間水泥環(huán)，下掏2.2 m，然后用導(dǎo)鏈拉?193.7 mm套管，確保套管居中，最后安裝套管懸掛器，由于套管懸重全部放空，無坐掛噸位。

圖1 TK150井井口水泥漿閃凝

3.套管懸掛器尺寸不匹配

阿東1井三開使用?311.2 mm鉆頭鉆至井深5 807 m中完，?273.1 mm套管下深5 807 m。該井使用?273.1 mm“WE”型套管懸掛器準(zhǔn)備對套管進(jìn)行坐掛時，發(fā)現(xiàn)?273.1 mm套管懸掛器距離坐掛位置相差7 cm，無法坐掛到位?，F(xiàn)場將丈量數(shù)據(jù)與廠家提供的加工圖紙對比后，發(fā)現(xiàn)?273.1 mm套管懸掛器卡瓦尺寸較圖紙誤差2 mm。后期通過對懸掛器進(jìn)行打磨，正常坐掛。

S75-2井二開使用?250.88 mm鉆頭鉆至5 499 m中完，?193.7 mm套管下深5 497.06 m。該井使用?193.7 mm“W”型套管懸掛器準(zhǔn)備對套管進(jìn)行坐掛，當(dāng)套管懸掛器坐掛后，發(fā)現(xiàn)套管頭頂絲無法頂出，經(jīng)丈量發(fā)現(xiàn)套管頭臺階到頂絲中心距離為160 mm，而套管懸掛器臺階到端面距離為180 mm。后期通過更換套管懸掛器，正常坐掛，見圖2。

圖2 S75-2井套管懸掛器與套管頭不匹配

4.套管頭下沉

TH12273井二開使用?250.88 mm鉆頭鉆至6 074 m中完，?273.1 mm套管下深6 072.28 m。該井使用?273.1 mm“W”型套管懸掛器準(zhǔn)備對套管進(jìn)行坐掛期間，坐掛初始懸重120 t，緩慢下放套管進(jìn)行坐掛，下放至懸重55 t時，發(fā)現(xiàn)套管頭及?311.2 mm表套下沉25 cm，將剩余55 t懸重放空時，套管頭又下沉17 cm，確定套管已坐實。

后上提套管至懸重170 t時將套管懸掛器提出，再將?311.2 mm套管割斷，把套管頭上提至合適高度后，補(bǔ)焊47 cm高度的?311.2 mm套管并焊接固定后，重新將?273.1 mm套管坐掛，見圖3。

圖3 TH12273井對311.2 mm套管進(jìn)行切割后焊接

5.心軸式套管懸掛器裝反

S41-3H井三開使用?215.9 mm鉆頭鉆至5 082 m完鉆，?177.8 mm套管下深5 080.77 m，該井使用?177.8 mm心軸式套管懸掛器進(jìn)行坐掛。該井后期拆防噴器組合和鉆井四通，準(zhǔn)備安裝采氣樹時，發(fā)現(xiàn)套管懸掛器FOX扣有損壞,后確認(rèn)套管懸掛器裝反(見圖4)。

圖4 S41-3H井套管懸掛器扣損壞

后期先使用合適的細(xì)銼刀對損壞的FOX扣進(jìn)行修扣，再用FOX扣的短套管和心軸式懸掛器上扣，同時用套管鎖固脂均勻涂抹在心軸式懸掛器FOX母扣部分和準(zhǔn)備好的FOX套管公扣上。將加裝的套管高度預(yù)留17.4 cm，打磨好倒角，安裝70 MPa采氣樹四通，恢復(fù)正常作業(yè)(見圖5)。

圖5 S41-3H井井口整改后

三、用“W”型和“WE”型懸掛器進(jìn)行套管坐掛的推薦方法

(1)電動鉆機(jī)用液壓提升系統(tǒng)吊起上提防噴器組，離開套管頭約0.6 m，沒有液壓提升系統(tǒng)的一般鉆機(jī)，提起防噴器組后用三根泵拉桿(或其他約0.5 m的桿件)支承在套管頭上。

(2)清潔套管頭坐掛處，然后將與套管直徑相符的兩塊木板或U型墊板擺放在套管頭法蘭面上，再將套管懸掛器平衡地擺放在木板或墊板上。

(3)打開“W”型或“WE”型套管懸掛器，將塑料密封脂均勻地涂抹在套管懸掛器密封橡膠內(nèi)外圈表面，然后將套管懸掛器合在套管上，檢查尺寸是否匹配。

(4)確定尺寸匹配后，先把套管懸掛器連接固定好，密封壓板上的壓板螺絲帶上即可，不要上緊，防止坐掛時剪切壞密封橡膠唇邊，造成密封失效，再將套管懸掛器側(cè)面的卡瓦支撐螺絲拆卸掉。

(5)將套管提至坐掛噸位 (1 300～1 400 kN)。

(6)拉開墊板，讓套管懸掛器自由下落，坐進(jìn)套管頭內(nèi)。如果套管不居中，將鋼絲繩纏繞在套管上，使用倒鏈設(shè)法活動套管使之居中，套管懸掛器方即可自由平正下滑，套管懸掛器靜止后再用尺子檢查確認(rèn)一下平正度。

(7)下放大鉤的同時觀察指重表，記錄好懸重變化值，保證坐掛噸位在800～1 200 kN之間。針對“WE”套管懸掛器，為使密封橡膠唇邊與套管頭內(nèi)壁形成密封狀態(tài)，坐掛后還需要使用專用工具上緊懸掛器密封壓板上的螺絲。

(8)將套管頭上部法蘭外圓上的所有頂絲旋緊，輔助固定套管懸掛器，防止懸掛器發(fā)生晃動。

(9)測量準(zhǔn)備安裝的套管四通下部內(nèi)腔的深度。

四、結(jié)論與建議

(1)坐掛前認(rèn)真查看套管懸掛器使用說明，并對套管懸掛器進(jìn)行現(xiàn)場丈量，核對相關(guān)數(shù)據(jù)，可以杜絕套管懸掛器尺寸與套管頭不匹配和套管懸掛器裝反現(xiàn)象的出現(xiàn)。

(2)套管不居中時可考慮固井后留下兩只套管吊卡，接上一根場地的套管，減小上提噸位后拉正更容易，拉正使懸掛器進(jìn)入套管頭內(nèi)腔后，再上提到800～1 200 kN后坐掛。

(3)水泥漿返出地面時，要立即用一根直徑不小于12.7 mm的長約3 m的水管插入環(huán)空，盡量多沖出一些水泥漿；如果出現(xiàn)水泥閃凝卡瓦不能坐掛，要立即將套管頭內(nèi)水泥清理干凈，并且將兩層套管之間的水泥下掏至少2 m，然后拉正套掛再進(jìn)行坐掛。

(4)水泥漿閃凝后，如果套管自由端太短，伸長率不夠，套管懸掛器不能進(jìn)入套管頭內(nèi)腔，用倒鏈拉正后可以用防噴器重量下壓至要求的位置，緊好壓板后可以達(dá)到密封要求。

(5)通過減小表層套管口袋長度，提高表層套管固井質(zhì)量，可以避免在套管坐掛時出現(xiàn)套管頭及表層套管下沉的現(xiàn)象。