熱采井下泵作業中卡鉆事故成因及處理技術

許 坤

熱采井下泵作業中卡鉆事故成因及處理技術

許 坤

（遼河油田曙光工程技術處安全監督站， 遼寧 盤錦 124109）

蒸汽吞吐是稠油油田開采最經濟有效的手段，工藝技術在較長時間的應用過程中已經十分成熟，但是由于井底溫度高在下泵作業中總是發生套管變形、套管內壁上集結許多礦物結晶和蠟、金屬密封器卡的現象，不能有效使油井進行正常下泵開采。針對熱采下泵過程中造成卡鉆原因進行有效分析，制定解卡工藝，來處理熱采井下泵作業中卡鉆事故的發生，并制定有效的預防措施。

熱采；下泵作業；成因；處理技術

蒸汽吞吐是稠油油田開采最經濟有效的手段，工藝技術在較長時間的應用過程中已經十分成熟，但是由于井底溫度高，在下泵作業中總是發生套管變形、套管內壁上集結許多礦物結晶和蠟、金屬密封器卡的現象。冷家油田目前的注汽管柱結構是Ф 100 mm喇叭口+Ф73.02 mm尾管+K332-152 mm密封+Ф114.3 mm隔熱管+KXX62-140伸縮管+Ф 114.3 mm隔熱管，密封器距油層上界30 m，喇叭口距油層上界10 m。注汽管柱相對復雜，對下井工具、管材、人員的操作要求較高，任何一個環節發生了問題都會造成不良的后果。針對冷家油田目前的注汽管柱結抅，分析卡鉆原因，選擇有效的解卡工藝，來應對熱采井下泵作業中卡鉆事故的發生，同時制定有效的預防措施。

1 熱采下泵過程中造成卡鉆原因

1.1 套管變形

套管變形卡一般處于金屬密封器的上部，因注汽過程中在高溫高壓的作用下造成套管彎曲、縮徑、錯斷，使注汽管柱不能正常起出。以冷 43-19-172井為例，該井上提注汽管柱卡,經多次解卡無效,倒扣解卡成功。經多次打撈,共撈獲4寸隔153根 +4寸平1根+φ80伸縮管1根后打撈無效。后大修作業，下脹管器在1 452.1～1 451.98、1 468～1 467、1 506～1 505.96 m漲管成功，將落物全部撈出。

1.2 套管內壁礦物堆積

油井套管內壁上集結許多礦物結晶和蠟，有些隔熱管外壁上存在大量的鐵銹和油污。在注汽過程中，粘附在套管和隔熱油管壁上的各種固體物質脫落堆積到金屬密封器處，水分蒸發后變硬，造成轉抽作業時管柱卡。

施工過程中用腳踩管柱、拉送油管時撬棍和管鉗上的泥砂粘在管柱上、運送過程中四輪車帶起的泥砂、井口操作人員為防止工具及手套打滑用土擦工具手套所攜帶的泥砂、操作失誤管子插入泥土中不及時清理，以上五種情況都不同情況的直接或間接的將泥砂帶入井內，注汽過程中遇熱堆積在金屬密封器上，造成轉抽卡。

造成卡鉆的物質主要來源于套管內壁，0.1 m3的固體物質可在注汽管柱與套管環空形成10 m的高度，足以將密封器和注汽管柱卡死。

1.3 金屬密封器位置達不到設計要求

隔熱管長度一致又沒有隔熱管短接，金屬密封器位置達不到設計要求，最多誤差達到4～5 m。

注汽管柱組配不準確，注汽管柱受熱伸長，造成金屬密封器座封在套管接箍位置，形成卡鉆。

以K(Y)331-150注蒸汽封隔器為例，這種類型封隔器在溫度達到 150°，上面的密封件自動擴張形成密封，下面的液缸運動壓縮下面的密封件也形成密封，達到雙重密封的作用。碳素鋼熱脹冷縮系數12×10-6m/℃，最高注汽溫度達到300°，1 700 m隔熱管熱膨脹最多產生伸長5 m，使密封器座封于套管接箍位置，造成金屬密封器變形，液缸不能正常回縮，密封件不能解封。

1.4 隔熱管質量不過關

現在使用的隔熱管有些本身質量不過關，襯管與外管脫離，隔熱效果差，等同于普通油管，井筒熱損失嚴重，造成套管溫度過高。操作過程中，隔熱管由于絲扣磨損等原因絲扣密封不嚴，隔熱管密封圈或襯管襯套使用不規范，上扣扭矩小等一系列的原因，造成大量熱損失使套管自身的熱脹冷縮變化加劇，造成套管變形損壞。

1.5 環空介質熱損大

當環空為清水時井筒熱損失最大，高壓氮次之，常壓空氣最小。現在注汽管柱完井后，由于地層壓力低，金屬密封器上部200～300 m是水，其次是油，最上部是空氣。金屬密封器以上200～300 m熱損失最大，套管溫度最高也最容易引起變形。

1.6 注汽輪次多造成套管損壞

高溫增產措施是造成冷家地區套管損壞的主要原因。資料表明，注汽輪次越多，套管損壞越嚴重。注汽造成井下溫度過高，套管受熱膨脹。在下端及上端固定或在受到極大阻力的情況下，產生的軸向壓力為壓縮應力。當此熱應力超過套管屈服點后，產生永久變形。轉抽時由于油田生產后期，硫化氫含量高，要壓井作業[1]。壓井時套管遇冷迅速收縮，由壓縮應力轉變成拉伸應力。此時的應力大大超過了套管強度，引起套管接箍或本體斷裂。套管的損壞不僅是在溫度升高過程中的損壞，也是在溫度降低過程中的損壞。在注汽過程中由于各種原因，注注停停，套管熱脹冷縮反復壓縮——拉伸——壓縮——拉伸，反復達到一定的程度后，產生疲勞破壞變形、斷裂(圖1)。

2 熱采下泵過程中卡鉆的判斷方法

2.1 反洗井解卡法[2]

通過反洗井，根據泵壓、泵入量判斷。只能泵入極少量的洗井液，或泵入初始階段泵壓就很大，說明管柱上部卡，如果泵入量超過10 m3泵壓升高說明下部卡，而且是環空落物卡。

2.2 活動管柱解卡法

通過活動管柱，如果管柱可以在大于伸縮管伸縮距范圍內活動，證明是套變卡，反之則證明是金屬密封器卡[3]。

3 解卡工藝

3.1 活動管柱解卡

因金屬密封器的質量問題和固體物質脫落堆積造成的金屬密封器卡，通常下放管柱，迫使管柱下行基本上都能達到解卡的目的。這種解卡方法只適用于沒有伸縮管光管注汽的管柱，其他的不適用。注汽管柱中的KXX62-140熱力補償器俗稱伸縮管，整體長度5.4 m，伸縮距4.1 m，伸縮管伸出后總長9.5 m。由于伸縮管的存在，強行下放管柱金屬密封器解卡后管柱重力加速下行巨大的沖擊力會造成拉倒井架的惡性事故。解卡時若活動解卡，必須計算出伸縮管上部管柱懸重。下放懸重是根據伸縮管上部隔熱管多少而定，一般情況是1 200 m，懸重大約30 t，所以解卡懸重下放時不能小于30 t，最大上提負荷根據井架而定。

3.2 倒扣套銑解卡

首先確定卡點位置，現在普遍使用現場經驗提拉法計算卡點，結果不準確，相差幾十米甚至上百米，嚴重影響下步處理措施順利進行，容易造成事故復雜化。應該使用測卡儀準確測量出卡點位置，測卡儀可以準確測出2.54×10-3mm的應變值，而且不受鋼材磁化的影響。倒出卡點以上管柱后，下套銑筒[4]，磨碎環空落物，擴大套管內通徑，解除卡鉆。

3.3 震擊解卡

震擊解卡效果大大高于活動管柱解卡，可以反復震擊，直至解卡為止。冷家作業施工的井較深，可以不與加速器配合使用。上擊器[5]的位置盡量靠近卡點，打撈工具+安全接頭+ YSQ-108上擊器+100m鉆鋌+鉆柱至井口，YSQ-108上擊器最大可對被卡落物產生1 923 kN的瞬間上擊力，足以使被卡封隔器解卡。

3.4 擴大套管內徑解卡方法

套變造成的金屬密封器卡解卡，一般套變都處于金屬密封器位置以上，在套變以下金屬密封器可以自由活動。這種類型的卡處理起來和金屬密封器卡解卡方法基本相似，只是倒扣時要將管柱提到卡點位置，將金屬密封器卡在變形位置再進行倒扣。通過倒扣、打撈再倒扣逐步倒出注汽管柱，當魚頂位于變形套管以下時，通過漲管或者銑錐磨銑擴大套管內通徑，下打撈工具一次性撈出井內全部管柱。

4 預防措施

（1）提高隔熱管質量。長期反復使用的隔熱管許多都內外管失去密封性，起不到良好的隔熱效果，造成大量的熱量損失，套管溫度過高，增加了套管變形的機率。隔熱管在使用過程中要及時探傷，將不合格管子找出來，防止再次下入井內。

（2）規范操作。由于管材自身存在的原因，隔熱管絲扣達不到密封要求。操作過程中不按要求安裝密封圈，不使用襯管、襯套等輔助密封工具，造成熱量損失造成套管變形。下井隔熱管必須將絲扣清潔，涂好高溫絲扣油，按標準上扣扭矩上緊扣。隔熱管接箍內不但要上好密封圈，還要加裝襯管、襯套，達到雙重密封的作用，從而保證密封性。

（3）下注汽管柱前進行套管刮削，并用熱洗車大排量反洗井，徹底清除套管內壁上的油、蠟、礦物結晶，防止注汽過程中下落卡死管柱。

（4）選擇合適的通井規按標準通井。通井規[6]外徑小于套管內徑6 mm，長度1.2 m為宜，直徑太小、長度太短不能準確判斷套變。操作過程中下至油層以上300 m就要以0.5 m/s的速度下放，如有輕微遇阻顯示即使能夠通過也要核實情況，選擇大一級的通井規再次通井，切不可盲目下入注汽管柱。

（5）使用的工具不許落地，放在管橋或滑道上。井口操作人員使用的手套過滑時，嚴禁用泥土擦，使用面紗清潔干凈。下井管柱在操作中不慎插入泥沙中，隔熱管在排放過程中落地，此類隔熱管及時甩掉，不能再次下入井內。隔熱管運送過程中要求用苫布包好，一旦發現隔熱管上有泥砂，必須及時更換。大風攘砂天氣，井場隔熱管要用防污膜蓋好，防止沙塵粘附在隔熱管內外壁上。

5 結束語

任何事故都是可以避免的，最少是可以降低的，只是我們采用的工藝技術、操作方法有待于提高。轉抽卡是井下作業中常見的卡鉆事故之一，主要是套管變形卡，套管損壞的原因是多種多樣的，有人為原因也有地質原因，如何盡最大限度的防止套管的損壞才是我們工作的重中之重。地質原因是不可避免的，人為原因是可控的，這就要求首先從保護地層的角度出發，控制好每一個環節最大限度地實現油井有效、長期、穩定的開采。

［1］崔凱華，苗崇良．井下作業設備[M]. 北京:石油工業出版社,2007-05-01．

［2］吳琦.井下作業工程師手冊[M].北京:石油工業出版社,2002-09-01．

［3］聶海光，王新河．油氣田井下作業修井工程[M]. 北京:石油工業出版社,2002-02-01．

［4］龍芝輝.鉆井工程[M]. 北京:中國石化出版社,2010-02 .

［5］王新純.鉆井施工工藝技術[M]. 北京:石油工業出版社, 2005-06-01 .

［6］胡湘炯，高德利．油氣井工程[M]. 北京:中國石化出版社, 2004-01．

Causes and Treatment Technology of Sticking Accidents in Downhole Pump Operation in Thermal Recovery

XV Kun
（Liaohe Oilfield Shuguang Engineering Technology Department Safety Supervision Station, Liaoning Panjin 124109，China）

The steam stimulation is the most economic and effective method for heavy oil field exploitation, the technology has been very mature. But due to high bottom hole temperature, casing deformation, formation of mineral crystallization and wax on casing internal wall, metal sealing device sticking phenomenon often happen in downhole pump operation, which can affect normal oil well production. In this paper, reasons to cause the sticking accidents in downhole pump operation in thermal recovery were analyzed, the process to treat the sticking accidents was developed, and effective precautionary measures were put forward.

Thermal recovery; Pump operation; Cause; Treatment technology

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）05-1155-03

2014-11-14

許坤（1981-），男，遼寧盤錦人，工程師，2004年畢業于重慶石油高等專科學校油氣開采專業，研究方向：從事油田修井作業技術工作及安全管理。E-mail：41010243@qq.com。