作业施工对套管的损坏及预防措施

王连玉　万红显　何文勇　丁红甫

中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0910113-01

套管的损坏是多方面的,本文从井下施工入手,提出并分析各种常见的作业施工对套管造成的损坏机理,采用有针对性的措施,从而提高我们在作业施工中对油水井套管的保护意识,降低井下工程事故的发生。

一、井下作业对套管的损坏机理

(一)正常维护作业起下钻对套管的损坏机理

我们在斜度较大的油水井起下钻过程中常常见到,上提油管等钻柱的悬重比直井同深度钻柱的悬重要大,或是在下钻过程中有轻微遇显示。其所增加的悬重刚好与由于井斜造成钻柱与套管的摩擦力相等,特别是在斜井的拐点处,套管收到拉伤、划伤的程度更为明显,井斜拐点处也受到钻柱的冲击而使拐点处的套管损坏,形成应力集中力点,在地应力的作用发生套变、错断等损坏现象。有时甚至发生卡钻现象。起下钻施工是井下作业几乎每天都在进行的工作,单吊环、顿钻、小件物落井等各类事故几乎每年都要发生,原因是没有严格按照起下钻操作规程进行施工。首先是环形落物;其次是钻柱落井;其后果一是钻柱落井的瞬时冲击力摩擦或撞击在套管壁上,使套管发生变形或破损,抗内压能力减弱。二是如果井筒套管某一位置本身存在套变,会将钻具卡死在井筒内,造成井筒状况更加恶化,处理井筒更是难上加难。

(二)各种工艺措施施工对套管的损坏机理

1.常规的射孔对套管壁有极大地冲击力,用大直径射孔弹或射孔弹的装药量较大时,点燃射孔弹的瞬间,气流或子弹对有极大地冲击。套管的损害一是外挤力引起射孔套管失稳破坏;二是由轴向拉力和内应力引起的套管强度破坏。油水井的重炮措施,使本来射孔井段套管强度减弱的状况更是雪上加霜,对套管的损坏尤为重要。

2.油管压裂和套管压裂,将使套管承受压差和高温差,处于直接承受的工作状态。当井内温度和压力发生变化时,套管内将发生附加轴向力。套管受力有两个突发点:一是井口处套管,二是水泥面处套管。首先,当套管内有高压液体流动时,会引起进口处套管受力状态的变化。高压处理时,井口处套管受力为压力效应力、温度效应力和重力三者的合力。其次是水泥面:研究表明,直接承压将引起套管径向变形,导致水泥面处套管受走线压缩负荷。

3.酸化施工时,酸液在井筒内对钻柱及推广均产生腐蚀作用。酸一般用浓度10%-18%的盐酸与土酸经合,用高压设备油管和射孔部位挤入地层,射孔部位的套管强度本身较弱,若射孔部分发生酸蚀,将进一步降低套管强度,在外力的作用下,很容易发生损坏。经试验,浓度10%-18%的盐酸在常温、常压下对铁的腐蚀速度不大,但在酸化改造油层中,若缓蚀剂效果不好或不加缓蚀剂,则随着温度、压力和搅拌的增加,腐蚀反应速度大大加快。在反排残酸过程中,如果不及时排残酸,或者排残酸不彻底,对井内的钻具和套管都会产生腐蚀作用,降低了套管的强度和使用寿命。

4.在钻洗、套铣、套管开窗等修井作业施工中,不合理的操作对套管有着直接的损坏。钻头在井筒内转动并不是同心居中的,所以在工作过程中,钻压一部分作用在套管壁上,对套管直接产生伤害。

二、井下作业采取保护套管的措施

1.正常维护井下作业施工的套管保护:

(1)起下钻装自封并装4条螺丝固定牢固,并及时的更换自封胶皮,即可以避免起下钻钻柱晃动而发生钻柱接箍挂伤套管短节接箍。也可以避免小件落物调入井内造成卡钻事故损伤套管。

(2)起下钻期间操作平稳,各岗位配合密切,严禁顿钻、单吊环等事故发生。

(3)认真查阅施工井的井史资料,要清楚井筒的斜点位置,油层深度(射孔孔眼附近是发生套管损坏的薄弱部位)、套变位置、4寸套悬挂器等位置。在这些部位要将下钻速度控制在15-25根/h,切忌盲目施工而造成对井筒状况恶化。

(4)长期不作业的油水井内有封隔器或桥塞、油管锚等,由于这些工具的锚爪长期在套管内壁,对套管内壁有一定的抓伤程度,使套管强度降低,产生变形或破损。我们在通井、下封等过程中要注意指重表的悬重变化情况,避免引起井下事故造成井筒恶化。

2.分层压裂工艺施工使套管得到了有效地保护,分层压裂随着油田进一步的开发,合层压裂已适合不了加强改造措施、强化采油的需要。同时,对于大面积进行压裂,原来的方法已难以适应。目前国内外分层压裂技术发展很快,工艺技术水平也较高。而中原油田应用双封隔器实施压裂,情况是比较好的。压裂时,使压裂液仅进入欲压裂层,避免压开其它非选压层。

3.现场酸化工艺对套管的防护办法,油井酸化施工中采用缓蚀剂保护油管、套管、井下设备及集输管线等,是一项成本低、易实施、见效快的措施。用化学的方法除掉腐蚀介质或者改变环境性质可以达到防腐的目的,除了采用缓蚀剂外,还有杀菌剂和除氧剂。此外,在反排残酸时,要及时的进行反排,并且干净彻底,以免套管、油管及井下设备在酸液中浸泡时间过长而造成腐蚀损坏。

4.在压裂、化堵等高压放压时,要控制好井底压力与井口压力的压差。井筒内压力降低会导致套管有效应力增大,引起套管缩径变形。压差过大或过快,当套管承受的轴向载荷接近套管失稳破坏的临界值时,容易引起套管的失稳破坏。而在地层产生非均匀外压作用时,套管更容易发生纵横弯曲变形。油层压力与井口压力的压差过大,就会产生诱喷现象,使地层吐砂,在套管外壁形成空间,并向下滑塌形成不规则斜壁,使本来强度已消弱了的套管在射孔段及邻近段发生损坏。

5.磨、套、钻铣施工严格按照操作规程,要根据套管的尺寸、井筒状况选取大小合适的钻头组合搭配合适的钻柱。钻柱不易很复杂(多一个工具就多一份发生事故的机率),为保证钻头垂直钻进,磨、套、钻铣钻柱应该加扶正器确保套管不会受到磨损。