起套管事故典型原因分析及其预防

2018-07-09汪光太

石油工业技术监督 2018年6期

汪光太，樊健

固井作为一项系统性强、涉及工序多、施工时间短、风险较高，需要各施工方密切配合和协调的施工作业，一次性成功是共同追求的目标。

下套管是在钻井过程中正常中完、套管完井作业时不可缺少的重要环节，属于固井作业中关键流程之一。但因套管串的结构、组成和强度等方面有不同于常规钻柱的特殊性，使得下套管作业的风险比较高。在钻井过程中如何全面识别下套管作业面临的主要潜在风险，并在下套管作业前和下套管作业过程中采取合理的风险削减程序、手段和方法，避免发生起套管事故，对于提质增效、确保将套管一次性顺利下到设计位置显得非常重要。

1 起套管事故的危害

起套管是钻井过程中不希望发生的事件，属于事故范畴。因为起套管会打破设计好的生产作业计划，造成高风险的重复作业，延迟正常的钻井进程，除给钻井作业带来额外的人力、物力、财力等经济损失外，还会给后续作业带来危害和隐患，具体体现在以下几方面。

1）发生抽吸，引起坍塌、溢流。套管外环形空间较小，起套管过程中比正常起钻柱时的抽吸作用更强，可使井筒压力突降而引发井壁掉块、坍塌，同时地层中流体容易进入井筒导致溢流[1]。

2）掉落扶正器。技术套管、生产套管大都安有套管扶正器，起套管易引发扶正器脱落，导致二次事故，磨铣处理扶正器落物增加额外的非生产时间和钻井成本[2]。

3）损坏套管扣。下套管遇阻、上提遇卡时大负荷上提下放活动，套管螺纹应力变化大且频繁，易造成螺纹变形，加上下套管时难以完全避免隐形碰伤、偏斜对扣、引扣不到位、上扣速度快等使用操作不当造成的黏扣，使得黏扣套管起出后，只能报废，不能重下[3]。

4）磨损套管，降低其强度。下套管、起套管、再下套管，会加重套管螺纹的磨损，卸套管时易损坏螺纹，特别是将目视检查不能发现的隐性疲劳损伤、黏扣套管重新入井，会影响套管连接螺纹的密封性能和承载能力，甚至导致脱扣，使套管柱螺纹连接强度减低、使用寿命缩短。

5）增加卡套管风险。起套管作业相当于延长了下套管作业时间，长时间作业易使泥岩地层吸水膨胀，起套管的作业时间会超过岩盐层等蠕变性地层原测定的蠕动安全作业时间，导致井眼缩径，同时起套管时会刮积钻井液形成的井壁滤饼，这些综合因素易导致起套管遇卡，增加卡套管风险。

6）损坏密封件。起回接套管时，会造成回接插头密封件磨损、脱落而报废。

2 起套管典型原因分析

起套管事故并非只发生在深部地层，而是各次开钻均可发生。通过收集近几年的起套管案例，发现下套管遇阻并不是导致起套管的唯一原因，未通井也并非是造成起套管的唯一因素，通过综合分析表明，引发起套管的典型案例原因详见表1：

1）设计变更。像W1井（表1）一样，在下套管过程中突然决定更换套管种类和壁厚、改变套管串结构而导致起套管。

表1 起套管典型案例

续表1

2）套管串工具选型不合理。选择的尾管悬挂器内径太小且下套管前未对其通径，使下一层尾管悬挂器时不能通过，如W2井。

3）未通井。下套管前不通井或部分裸眼段通井，即使是几十米深的表层套管，也难以将其下到设计位置，如W3井。

4）短起下钻当通井。通井是井眼准备的必备过程，短起下钻当通井也会造成套管难以顺利下入，如W4井。

5）下套管前调低钻井液密度。为压稳地层，防止地层坍塌和缩径，下套管前井眼准备时应避免将钻井液密度降得比钻进时还低，否则会影响顺利下套管，如W5井。

6）套管浮箍(回压凡尔)失效。如套管浮箍质量欠佳，下到一定深度会使套管浮箍损坏而不能起正常作用，下套管阻力增加，开泵不通，如W6井。

7）套管浮箍(回压凡尔)安装错误。套管浮箍上下顺序不能安颠倒，否则下到某一深度，阻力会突然增加，接循环头开泵会憋压不通，被迫起套管，如W7井。

8）将划眼当通井。下钻通井时不顺畅，存在多处阻卡点和长段划眼段时，划眼到底后必须短起下钻和重新通井确认，如划眼后不通井，下套管也存在不顺的隐患，如W8井。

9）套管内落物。套管内掉落物时，也必须及时起套管进行处理，如W9井。

10）通井钻具组合欠佳。通井是下套管前井眼准备时的必经过程，通井的关键在于选择合适的钻具组合，而采用光钻铤钻具组合下钻，只能起到划眼的作用，不能全面修正井壁和清除虚滤饼，也无法模拟下套管时的窄环空情况，下套管时遇阻在所难免，如W10井、W11井。

11）套管水眼被堵。井眼准备调整钻井液性能时如不及时筛除堵漏材料，易造成下套管灌浆时堵塞浮箍，而使开泵循环不通，如W12井。

12）地层井漏。套管下到位，循环顶通水眼时如发生井漏，应及时起套管，如W13井。

13）套管未有效刮壁。下回接套管前也需做好井眼准备，如不刮套管壁或刮壁器尺寸太小，都会给下回接套管带来隐患，如W14井。

14）回接套管插入不密封。遇阻强压，损坏喇叭口，插头密封件毁坏，插入头回接不到位，无法密封承压，如W15井。

3 预防发生起套管事故的措施和方法

避免起套管事故，不能只想到井眼准备方面，而应坚持问题导向，通过全面分析各种起套管事故典型原因，应在设计、套管和附件、井眼准备、现场操作等方面做全盘考虑，采取相应的措施和方法，起套管事故是可防可控的。

3.1 重视设计源头管理

套管设计一方面要使其抗拉、抗挤、抗内压强度满足标准规定，另一方面还需考虑套管防腐、螺纹气密封等生产要求。坚持这两大原则的同时，还要特别关注库存和套管采购进度，设计套管时不选库存中没有的套管种类和采购进度难以满足钻井进度要求的套管材料，同时坚持设计的严肃性，避免钻井过程中等套管和更改套管串设计的情况发生，从而防止在下套管过程中又去更换套管种类和壁厚、改变套管串结构而导致起套管。

3.2 确保套管及其附件质量

入井套管到井后应及时检查和通径，核查钢级、壁厚与设计的一致性，特别应核实尾管悬挂器内径尺寸，应能满足下一开钻完井时，钻完井工具的通过性，防止下一级尾管悬挂器不能通过上一级尾管悬挂器的情形发生。

套管浮箍应经过出厂检验，采用合格产品，标明承压能力，套管浮箍除耐温性、密封性和可钻性要求外，承压能力必须符合下套管作业和固井设计要求，禁止有瑕疵的套管浮箍入井。

3.3 强化井眼全面准备

井眼准备是预防发生起套管事故的关键过程。对于裸眼井段下套管，要从地层压力平衡、井壁稳定低阻、起下通畅、钻井液清洁性和润滑性能等方面着手，注重全面性，把握以下工艺环节。

1）下套管前压稳。为压稳地层，下套管前井眼准备时，不可为提高下套管速度而将钻井液密度降得比钻进时还低，以防地层掉块、坍塌和缩径。

2）下套管和固井期间压稳。在钻井过程中发生过漏失的井段或承压低存在潜在漏失的层位，应设法进行承压堵漏，提高地层承压能力，使其满足下套管和注水泥期间的最高当量循环密度。

3）蠕变地层评价和改造。对于含有蠕变泥岩、膏盐岩的裸眼井段，应进行蠕变测量，评价下套管和固井作业时间的安全性。存在危险、不在安全作业时间范围内的应进行扩眼，确保下套管和固井安全。

4）通井。对于地层复杂的裸眼段，可以先进行光钻铤钻具组合通井，但不能作为井眼通畅性的依据，还必须接配有稳定器的钻具组合通井，带稳定器的通井组合，其关键不在于稳定器数量，而在于稳定器的有效工作直径，必须确保稳定器外径磨损不超过2 mm。

通井过程中对电测缩径井段、起下钻遇阻卡井段、全角变化率超过设计规定的井段必须划眼。通井到底后对于上部划过眼的井段应进行短起下钻拉井壁，直至进一步确认井眼通畅为止。

5）循环和注封闭液。通井过程中对于定向井、水平井应分段循环，在全角变化率大的井段反复大幅度活动钻具，以清除岩屑床，到底后大排量循环钻井液并活动钻具。进一步调整钻井液性能，进出口密度一致后，按设计排量洗井，洗井时间不少于两个循环周，直至振动筛处无岩屑返出。最后起钻前可在关键井段注入高黏、含润滑剂的封闭液。

对于尾管回接时的套管井眼准备，更需重视，据不完全统计，在尾管回接时发生的起套管事故最多，占比超过30%以上。回接套管井眼准备，必须做到刮管通井、铣喇叭口、铣回接筒缺一不可。首先下带刮管器的钻具组合进行刮管、通井作业，刮除附于套管壁上的水泥、岩屑和泥垢。根据回接筒长度、内径，合理确定铣锥、铣柱组合，最安全的办法是铣锥、铣柱单独下，先用铣锥抛铣喇叭口，再用铣柱抛铣回接筒内部。在铣柱起钻前，要进行停泵、钻柱不旋转状态下的试插，确保试插到位[4]。