DPT-75井试压过程套管挤毁事故分析

赵 文 彬

(中石化华北油气分公司石油工程技术研究院， 郑州 450006)



DPT-75井试压过程套管挤毁事故分析

赵 文 彬

(中石化华北油气分公司石油工程技术研究院， 郑州 450006)

剖析典型案例井DPT-75井套管挤毁事故的全过程，指出最易诱发事故的诸多因素，提出合理化的建议。在此基础上，制定了科学的气田试压流程规范，实现了试压的节点控制，现场再未发生此类事故。

大牛地气田；试压；套管挤毁；皮碗试压器；外挤力

井控安全技术直接影响着油田企业的发展。钻开目的层前的试压作业是测试防喷控制装置性能的关键性环节，井口试压过程中由于人为因素和设备因素导致的安全事故时有发生。目前未查阅到因试压造成套管变形破坏的相关文献，现有的套管破坏研究多侧重于固井及开采过程[1-4]。本次研究将对DPT-75井的井口试压过程套管挤毁事故原因进行分析，明确目前试压标准的缺陷以及现场操作问题。基于分析结果，提出合理化建议，制定并完善了钻井过程的井口试压流程规范。

1 事故概况

DPT-75井是中石化华北油气分公司所辖大牛地气田的一口致密低渗气藏水平井[5]，平均地层压力系数为0.80～0.85。该井采用三级井身结构，二开钻至水平段A靶点，下入技术套管封固上部井段，三开钻开目的层。表1所示为二开技术套管基本参数。

表1 二开技术套管基本参数

2016年4月25日15:30，该井二开试压完成，三开开钻验收合格后井队组合仪器钻头下至31.28 m处遇阻(第4根177.80 mm套管接箍位置为26.60 — 37.93 m)，反复起钻不能通过而无法起出钻具。改用普通101.60 mm光钻杆下钻(钻杆接箍127.00 mm)，遇阻位置为31.78 m处，开泵循环清洗卡点管壁，转动转盘拨动3圈，无法通过，起出的钻杆公扣端有磨痕，判断套管变形。

2016年4月26日安装铅模，铅模入井前外径为150.00 mm，在下入深度31.39 m处遇阻，起出的铅模外观呈椭圆形，测量铅模外径(最大151.00 mm，最小145.00 mm)。4月27日进行技术套管内径多臂井径测井，2次仪器下放当中，均在32.00 m处遇阻。

通过多次钻具组合下放，套管在井深32.00 m处附近受挤压而变形。初步分析认为，遇阻最窄处在井深32.00 m处，内径变形小于50.00 mm，技术套管的整体变形长度超过1.44 m。图1所示为挤毁套管变形预测简图。

图1 挤毁套管变形预测简图

2 事故处理

2016年4月27日起套管作业，先用反扣公锥下压4 t倒扣17圈，上提倒出套管3根，长26.60 m。其后下入卡瓦打捞矛，原悬重12 t，上提至16 t，倒扣18圈，倒扣出套管1根，长11.33 m。套管距离接箍4.90 — 6.60 m处变形严重，套管挤扁，变形长度1.70 m，宽度227.00 mm，厚度40.00 mm。图2所示为出井口挤毁套管。

图2 出井口挤毁套管

出井套管挤毁最严重处为井深32.35 m处，挤毁形状、长度与预测结果基本一致。4月27日，组合钻具为154.20 mmPDC钻头+双母+101.60 mm钻杆，实施套管作业，共下入8柱钻杆，总长225.00m，起下均无阻卡现象。重新下入Φ177.80 mm×N80×9.19 mm技术套管4根，总长45.49 m。对扣扭矩7 045 N·m，上扣19圈后上提悬重至40 t悬重不回，判断套管对扣成功后座挂技套卡瓦，座挂悬重30 t。4月28日，安装封井器进行封井器试压，封井器组均达到设计标准，随后进行组合钻具下钻。DPT-75井下钻遇阻复杂情况解除，共计耗费时间68.5 h。

3 事故分析

3.1 试压前井况分析

DPT-75井共入井宝钢产Φ177.80 mm×N80×8.05 mm技术套管196根(总长2 205.56 m)，入井宝钢产Φ177.80 mm×N80×9.19 mm技术套管76根(总长854.34 m，含浮箍、浮鞋、联入)。2种技术套管合计272根，总长3 059.90 m，下深3 053.11 m，阻位3 018.41 m，口袋1.89 m。

固井替浆过程中发生漏失，水泥浆未返出地面。其后进行环空反挤水泥，反挤压力最高达9.00 MPa， 持续48 h，候凝后测得水泥返高为30.00 m；测井过程中无阻卡现象(至反挤水泥完测完井此时套管完好)，外挤压力不超过10.0 MPa，排除反挤水泥挤毁套管的可能性。图3所示为井口50.00 m技术套管固井质量测井图。

图3 井口50.00 m技术套管固井质量测井图

DPT-75井钻完井过程发生漏失，导致固井水泥未返至井口。井口50.00 m范围内基本无水泥附着，该段套管无应力支撑是导致套管被挤毁的主要原因之一。

3.2 试压过程分析

2016年4月24日，井队实施了三开试压，使用大钩提127.00 mm钻杆单根接皮碗试验器下入井内。关闭3#、4#阀门，环空灌满清水，关闭防喷器下闸板。缓慢上提单根并观察套压表，皮碗井深由h1(8.50 m)上升到h2(7.30 m)，如图4所示。压力上升至34.98 MPa时刹住滚筒，稳压10 min，压降为0.48 MPa。

在正常井口试压过程中，皮碗上提高度为h1与h2之差，一般小于0.50 m。该井上移1.20 m，由此可判断皮碗失效或皮碗上部环空与表层套管之间密封失效。压力上升并保持了稳压10 min，于是排除皮碗失效的可能性。分析认为，技术套管与套管头密封不严，从而导致压力窜至技套与表套环空无水泥封固段。对技术套管的外挤力是套管被挤毁的主要原因之一，产生的外挤力大小与井口稳压值34.98 MPa一致。

图4 憋压过程皮碗上移示意图

同时，由于憋压过程中上提皮碗会对其下部技术套管产生负压作用，皮碗上提位移过大而导致下部套管负压严重。皮碗以下套管最大负压值为3.14 MPa[6-7]，井深超过100.00 m，可忽略不计。

负压差与外挤力的合力为38.12 MPa，而采用的技术套管抗挤强度仅为26.40 MPa，于是导致下入DPT-75井31.5 — 33.2 m处的技术套管严重挤毁。

3.3 事故认识

(1) 由于未对钻井过程的漏失现象给予足够重视，下套管前未进行承压措施而导致固井水泥失返，漏失的存在也使反挤水泥未返至井口，井口以下50.00 m范围内无任何水泥附着，为技术套管的挤毁埋下安全隐患。

(2) 在固井、候凝后安装套管头的过程中，未使橡胶性能充分发挥，未能密封环形空间，因而形成了试压过程中压力窜至技术套管与表层套管环空的通道。

(3) 现场试压过程中未对皮碗上移距离过大的现象进行及时调整，产生了外挤力与负压差，最终导

致了DPT-75井技术套管严重挤毁的事故。

4 结 语

(1) DPT-75井发生套管挤毁并非由单一事件引起，是钻完井连续作业过程中诸多事件所导致。严格规范钻完井过程中每一个环节的操作步骤，对井控安全工作至关重要。

(2) 下套管前井况必须满足承压要求。为了进一步提高固井质量，试压前要求确保入井工具及配件质量合格，质检书与合格证必须同时检查到位。

(3) 为了减少皮碗试压器提拉产生的抽吸作用，皮碗提拉起压后，可采用试压车从管汇试压口注入压力设定试压值。这种压力操控方式简单便捷，试压曲线明晰。

(4) 现行标准存在弊端。皮碗施压有一定危险性，易形成负压，压差过大可能导致套管受挤变形。在东胜气田JPH-305井曾发生过此类事故。建议针对致密低渗气藏试压15.00～20.00 MPa即可。

[1] 林泉清.井控安全技术在钻井中的重要性[J].中国石油和化工标准与质量,2013,33(12):160.

[2] 张宏军.固井过程中套损事故的判断分析与处理[J].石油钻采工艺,2013,35(5):40-42.

[3] 胡文平,张来斌,樊建春.套管挤毁问题研究现状及发展趋势[J].石油矿场机械,2006,35(5):1-4.

[4] 常龙,高连新,王为民.套管挤毁试验研究与有限元分析[J].焊管,2007,30(5):45-48.

[5] 郝蜀民,惠宽洋,李良.鄂尔多斯盆地大牛地大型低渗气田成藏特征及其勘探开发技术[J].石油与天然气地质,2006,27(6):762-768.

[6] 罗长吉,李杨,赵永会.固井技术[M].北京: 石油工业出版社,1999:33-57.

[7] 李子杰,巩同标.梁38- 平6 井套管事故原因分析及处理措施[J].石油钻采工艺,2009,31(6):107-109.

Analysis of DPT-75 Casing Collapse Accidents During Pressure Testing

ZHAOWenbin

(Petroleum Engineering Technology Research Institute, North China Oil and Gas Company, SINOPEC, Zhengzhou 450006, China)

By analyzing typical cases about DPT-75 casing collapse accidents, the most likely cause of accidents is found out and the rational suggestions are put forward. On this basis, the scientific testing process specification is made to implement the node control of pressure testing. Therefore, there is no such accidents in Daniudi gas field any more.

Daniudi Oilfield; pressure test; casing collapse; leather cup pressure tester; external extrusion force

2016-08-30

国家科技重大专项“低丰度致密低渗油气藏开发关键技术”(2016ZX05048)

赵文彬(1982 — )，男，研究方向为钻井工程。

TE256

A

1673-1980(2017)02-0054-03