作業施工對套管的損壞及預防措施

王連玉　萬紅顯　何文勇　丁紅甫

中圖分類號:TU7文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0910113-01

套管的損壞是多方面的,本文從井下施工入手,提出并分析各種常見的作業施工對套管造成的損壞機理,采用有針對性的措施,從而提高我們在作業施工中對油水井套管的保護意識,降低井下工程事故的發生。

一、井下作業對套管的損壞機理

(一)正常維護作業起下鉆對套管的損壞機理

我們在斜度較大的油水井起下鉆過程中常常見到,上提油管等鉆柱的懸重比直井同深度鉆柱的懸重要大,或是在下鉆過程中有輕微遇顯示。其所增加的懸重剛好與由于井斜造成鉆柱與套管的摩擦力相等,特別是在斜井的拐點處,套管收到拉傷、劃傷的程度更為明顯,井斜拐點處也受到鉆柱的沖擊而使拐點處的套管損壞,形成應力集中力點,在地應力的作用發生套變、錯斷等損壞現象。有時甚至發生卡鉆現象。起下鉆施工是井下作業幾乎每天都在進行的工作,單吊環、頓鉆、小件物落井等各類事故幾乎每年都要發生,原因是沒有嚴格按照起下鉆操作規程進行施工。首先是環形落物;其次是鉆柱落井;其后果一是鉆柱落井的瞬時沖擊力摩擦或撞擊在套管壁上,使套管發生變形或破損,抗內壓能力減弱。二是如果井筒套管某一位置本身存在套變,會將鉆具卡死在井筒內,造成井筒狀況更加惡化,處理井筒更是難上加難。

(二)各種工藝措施施工對套管的損壞機理

1.常規的射孔對套管壁有極大地沖擊力,用大直徑射孔彈或射孔彈的裝藥量較大時,點燃射孔彈的瞬間,氣流或子彈對有極大地沖擊。套管的損害一是外擠力引起射孔套管失穩破壞;二是由軸向拉力和內應力引起的套管強度破壞。油水井的重炮措施,使本來射孔井段套管強度減弱的狀況更是雪上加霜,對套管的損壞尤為重要。

2.油管壓裂和套管壓裂,將使套管承受壓差和高溫差,處于直接承受的工作狀態。當井內溫度和壓力發生變化時,套管內將發生附加軸向力。套管受力有兩個突發點:一是井口處套管,二是水泥面處套管。首先,當套管內有高壓液體流動時,會引起進口處套管受力狀態的變化。高壓處理時,井口處套管受力為壓力效應力、溫度效應力和重力三者的合力。其次是水泥面:研究表明,直接承壓將引起套管徑向變形,導致水泥面處套管受走線壓縮負荷。

3.酸化施工時,酸液在井筒內對鉆柱及推廣均產生腐蝕作用。酸一般用濃度10%-18%的鹽酸與土酸經合,用高壓設備油管和射孔部位擠入地層,射孔部位的套管強度本身較弱,若射孔部分發生酸蝕,將進一步降低套管強度,在外力的作用下,很容易發生損壞。經試驗,濃度10%-18%的鹽酸在常溫、常壓下對鐵的腐蝕速度不大,但在酸化改造油層中,若緩蝕劑效果不好或不加緩蝕劑,則隨著溫度、壓力和攪拌的增加,腐蝕反應速度大大加快。在反排殘酸過程中,如果不及時排殘酸,或者排殘酸不徹底,對井內的鉆具和套管都會產生腐蝕作用,降低了套管的強度和使用壽命。

4.在鉆洗、套銑、套管開窗等修井作業施工中,不合理的操作對套管有著直接的損壞。鉆頭在井筒內轉動并不是同心居中的,所以在工作過程中,鉆壓一部分作用在套管壁上,對套管直接產生傷害。

二、井下作業采取保護套管的措施

1.正常維護井下作業施工的套管保護:

(1)起下鉆裝自封并裝4條螺絲固定牢固,并及時的更換自封膠皮,即可以避免起下鉆鉆柱晃動而發生鉆柱接箍掛傷套管短節接箍。也可以避免小件落物調入井內造成卡鉆事故損傷套管。

(2)起下鉆期間操作平穩,各崗位配合密切,嚴禁頓鉆、單吊環等事故發生。

(3)認真查閱施工井的井史資料,要清楚井筒的斜點位置,油層深度(射孔孔眼附近是發生套管損壞的薄弱部位)、套變位置、4寸套懸掛器等位置。在這些部位要將下鉆速度控制在15-25根/h,切忌盲目施工而造成對井筒狀況惡化。

(4)長期不作業的油水井內有封隔器或橋塞、油管錨等,由于這些工具的錨爪長期在套管內壁,對套管內壁有一定的抓傷程度,使套管強度降低,產生變形或破損。我們在通井、下封等過程中要注意指重表的懸重變化情況,避免引起井下事故造成井筒惡化。

2.分層壓裂工藝施工使套管得到了有效地保護,分層壓裂隨著油田進一步的開發,合層壓裂已適合不了加強改造措施、強化采油的需要。同時,對于大面積進行壓裂,原來的方法已難以適應。目前國內外分層壓裂技術發展很快,工藝技術水平也較高。而中原油田應用雙封隔器實施壓裂,情況是比較好的。壓裂時,使壓裂液僅進入欲壓裂層,避免壓開其它非選壓層。

3.現場酸化工藝對套管的防護辦法,油井酸化施工中采用緩蝕劑保護油管、套管、井下設備及集輸管線等,是一項成本低、易實施、見效快的措施。用化學的方法除掉腐蝕介質或者改變環境性質可以達到防腐的目的,除了采用緩蝕劑外,還有殺菌劑和除氧劑。此外,在反排殘酸時,要及時的進行反排,并且干凈徹底,以免套管、油管及井下設備在酸液中浸泡時間過長而造成腐蝕損壞。

4.在壓裂、化堵等高壓放壓時,要控制好井底壓力與井口壓力的壓差。井筒內壓力降低會導致套管有效應力增大,引起套管縮徑變形。壓差過大或過快,當套管承受的軸向載荷接近套管失穩破壞的臨界值時,容易引起套管的失穩破壞。而在地層產生非均勻外壓作用時,套管更容易發生縱橫彎曲變形。油層壓力與井口壓力的壓差過大,就會產生誘噴現象,使地層吐砂,在套管外壁形成空間,并向下滑塌形成不規則斜壁,使本來強度已消弱了的套管在射孔段及鄰近段發生損壞。

5.磨、套、鉆銑施工嚴格按照操作規程,要根據套管的尺寸、井筒狀況選取大小合適的鉆頭組合搭配合適的鉆柱。鉆柱不易很復雜(多一個工具就多一份發生事故的機率),為保證鉆頭垂直鉆進,磨、套、鉆銑鉆柱應該加扶正器確保套管不會受到磨損。