帶壓作業下入油管彎曲原因分析及預防措施

李超 康超 賈秀鵬（勝利石油工程有限公司井下作業公司，山東 東營 257064）

引言

帶壓作業主要是指在油氣水井井口帶壓狀態下，利用專業設備在井筒內進行的作業。帶壓作業范圍通常包括修井、完井、射孔、打撈、磨銑、壓裂酸化、搶險及其它特殊作業等。通過調查和分析油管彎曲的機理和原因，有助于防止和減少塑性彎曲現象，提高帶壓作業下油管的成功率，促進油氣田的大規模開采。

1.存在問題

帶壓作業井內管柱的受力包括:井內壓力作用在管柱最大橫截面的上頂力，管柱在井內流體中的重力、浮力，油管通過防噴器時的摩擦力，帶壓起下作業裝置所施加管柱的力。

因此，管柱壓力計算應為:Fsnub=Ffr+Fwp-W

管柱截面受力計算:

Fwp=0.7854*D2*P

式中:Fwp:管柱的截面受力，單位千牛kN

D:防噴器密封油管的外徑，單位毫米mm

P:井口壓力，單位磅/每平方英尺psi

油管通過防噴器時所受的摩擦力大小與防噴器類型、井內溫度、井內液體及井口壓力油管有關，根據經驗通常取井內壓力對管柱上頂力的20%-30%為摩擦力，這里取30%，所以Ffr=0.3*Fwp，則Fsnub=1.3Fwp-W。

因此，在井內壓力的作用下，帶壓作業施工需采用較大的下壓力克服管柱的上頂力，完成下入管柱。當下壓力超過管柱的抗屈服強度時，管柱就會發生彈性彎曲，甚至發生塑性變形，對管柱造成不可逆的破壞。

2.原因綜合分析

油管發生彎曲取決于抗屈服強度，而抗屈服強度與油管材質有關。在材質一定的情況下，油管發生彎曲主要受管柱橫截面積、井口壓力和無支撐長度的綜合影響。

表1 不同井口壓力與下壓力關系表

2.1 井口壓力方面

根據Fsnub=1.3Fwp-W=1.3*0.7854*D2*P，對帶壓作業中常用的 2-3/8”、2-7/8”、3-1/2”三種型號油管的在 3000psi和5000psi的不同井口壓力下進行了計算（。如表1）

可以看出井口壓力P越大，所需的下壓力Fsnub越大，而下壓力越大，油管發生彎曲的概率越大。

2.2 油管橫截面積

根據Fsnub=1.3Fwp-W=1.3*0.7854*D2*P，對帶壓作業中常用的2-3/8”、2-7/8”、3-1/2”三種型號油管的橫截面積進行計算。

表2 油管橫截面積與下壓力關系表

從表2可以得出，管柱截面積越大，所需的下壓力越大，而下壓力越大，油管發生彎曲的概率越大。

2.3 油管無支撐長度

油管無支撐長度是指游動卡瓦距最上密封防噴器之間的距離，如果加大力強行下入油管，在此處的油管就可能發生彎曲。

油管壓彎時，油管無支撐長度計算，當無支撐油管的柔度λ不小于油管臨界柔度λc時，按歐拉公式計算無支撐油管的臨界應力。

σcr:臨界應力（MPa）；E:楊氏模量（MPa）；λ:柔度

因此，管柱的無支撐長度越大，臨界壓曲載荷就越小，管柱發生彎曲的概率就越大。

3.預防措施

帶壓作業下油管作業中，造成油管彎曲的機理和原因是多方面的，為了有效防止事故的發生，必須深入調查研究和分析，找出關鍵問題所在。一般來說，采取以下措施進行預防是有效的:

3.1 盡量減少高壓力氣井的作業任務，縮短作業周期。

3.2 充分考慮井內管柱的受力情況，盡量選用橫截面積小的油管進行作業。

3.3 根據油管物理材質的計算，選用屈服強度強的油管，可有效的避免發生彎曲。

3.4 減小固定、游動卡瓦之間無支撐長度的距離，增強油管的抗彎能力。

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