長慶區域油氣井套管完井質量問題及監督要點分析

李學貴，唐玉春，魏濤，張亞虎，王楠

中國石油川慶鉆探工程有限公司 長慶石油工程監督公司（陜西 西安 710018）

0 引言

套管完井是石油鉆井中一種常見的完井作業方式，套管完井的主要優點體現在有效地封隔和支持疏松易坍塌產層、封隔不同特征的油氣層、進行選擇性作業和測試、多層位完井等。提升套管完井質量是指在整個鉆井工程作業周期內圍繞套管完井方法，采取一系列措施，減少地質條件、工藝技術等因素對油氣層的損害，促使儲層更好地發揮其產能作用，便于后期油氣田的平穩開采。套管完井質量問題是油氣田勘探開發長期平穩發展的關鍵。如今油氣井分布越來越廣，自然因素、人為因素等影響套管完井質量，逐漸成為了長慶區域油氣井開發的阻礙，影響到了整個油氣田的長期平穩發展。盡管近年來公司已制定了相應的完井質量監督辦法，但是套管完井質量問題仍然存在。因此如何應對日益復雜的完井質量問題，保證油氣資源高效安全地開采，是擺在工程監督面前的重要難題。結合長慶區域油氣田施工特點，通過分析近年來套管完井存在的普遍問題，結合現場實際提出了針對性的工程監督方法和措施，為今后套管完井監督管理提供指導和參考，不斷提升套管完井質量，為油氣田長期經濟有效開發提供了堅實保障。

1 套管完井質量問題分析

1.1 套管粘卡

1）地層孔隙壓力低于鉆井液液柱壓力而形成壓差，套管與井壁的接觸面積大于鉆桿的接觸面積，增加了粘卡的發生概率[1]。

2）下套管前未進行有效通井以及通井后井內泥漿靜置時間過長，沒有足夠的上下活動拉伸井壁，部分地層層段由于巖性特點造成井壁的坍塌、縮徑以及巖屑的沉淀。這些問題如果在下套管作業前未能及時處理，容易造成套管下入粘卡、入井不到底的復雜現象。

3）下套管過程安裝扶正器，使得套管居中，提高后期固井質量。但是，扶正器的質量問題以及不合理的安放位置容易造成入井扶正器刮削井壁，從而破壞井壁的穩定性，導致套管出現阻卡，其次安裝扶正器后會改變套管的剛度，特別是在通過造斜井段的時候會增加困難，甚至造成套管的強度損壞[2]。因此選擇合適的扶正器以及合理安裝扶正器位置也是降低套管粘卡的關鍵。

4）在不同鉆井液條件下油基鉆井液相對來說好于水基鉆井液和鹽水鉆井液，目前長慶區域主要采用水基鉆井液，在鉆井液條件不變的情況下，如若降低下套管過程中的摩阻系數，則需要改變下套管的方式及控制鉆井液性能來實現。其中鉆井液的處理尤為重要，若鉆井液性能較差則會導致井眼內壁形成“虛泥餅”；若循環不充分則造成井內大量沉沙。同時在曾經發生過井漏、出水等復雜井，在處理復雜過程中加入過大量的重晶石、堵漏劑，這改變了鉆井液性能，潤滑性能逐漸降低，若在下套管之前未能及時處理鉆井液，則會增加下套管的摩阻系數。

1.2 碰壓不符合要求

固井完井碰壓，是衡量套管完井質量的一項重要指標。完井碰壓不符合要求的影響因素有很多，主要來自以下幾方面：①套管未進行有效清洗，絲扣、護絲含有污油、沙粒等雜質，致使在上扣的過程中公扣與母扣之間存在間隙；②套管未預先通內徑，下套管過程中附著在套管內壁的一些鐵屑雜質落入套管浮箍處造成的浮箍閥門堵塞開泵循環及碰壓失效；③套管上扣扭矩設置不符合要求或者未按要求上足扭矩，套管接箍留有余扣造成的密封不嚴；④浮箍、浮鞋、分級箍自身的密封失效導致的碰壓失效；⑤套管本身存在的質量問題以及緊扣扭矩不達標，導致碰壓時脫扣，造成重大質量問題。

上述問題不僅會造成固井碰壓失效，同時也會降低套管柱抗拉強度，不利于后期的油氣安全生產開采。

1.3 固井質量差

1.3.1 扶正器使用不當

在大斜度及水平段的井型中，由于套管串自身的重力作用和井眼軌跡全角變化率的影響，套管串容易產生撓曲變形。如果扶正器的剛性強度以及安裝位置不符合要求，一方面會導致套管直接“坐”在井壁上，形成偏心環空，偏心環空貼近下井壁部分環空較窄，遠離井壁部分環空較大，在固井過程中，往往形成上部水泥膠結較好，下部水泥膠結較差的現象；另一方面在撓曲度大的位置會產生水泥漿串槽，影響固井井身質量，容易造成后期生產過程中,套管因受力的作用或受地層流體物質的腐蝕作用而損壞，影響套管的使用壽命。

1.3.2 水泥漿替量不足

水泥漿替量預算不足或固井過程操作不當造成的水泥漿替量不夠，其次部分區域存在漏層，因替量排量過大導致失返等因素，無法滿足設計中水泥返出的要求，造成的長區段位套管環空無水泥填充膠結封固。在生產過程中，地層流體物質會加速腐蝕膠結封固較差的套管壁。

1.3.3 水泥漿性能不符合要求

水泥漿性能不合理，達不到設計要求或部分區域存在的水泥漿配方與地層巖性不匹配，切合度較差，導致水泥膠結不達標，起不到支撐、保護套管的作用。

1.4 生產過程套管腐蝕

1）生產過程中化學物質引起套管腐蝕。在石油和天然氣開采過程中，油氣井產出物中的化學物質，如硫化氫、硫、二氧化碳和其他化學物質，以及生產過程中的注入水和地層水中所含有的各種腐蝕性物質與套管中的鐵離子反應而腐蝕套管本體。其中，二氧化碳和硫化氫是最重要的兩種腐蝕介質，它們與水相互作用腐蝕套管，硫化氫還會使套管產生硫化物應力和氫脆開裂。實踐證明，腐蝕對金屬材料的危害很大[3]。

2）不同地層介質引起的套管腐蝕。油水井套管所在各個地層中的土壤結構、水分、鹽分及各層中氧氣的滲透率等都不均勻，會在各個地層之間產生電位差。這樣在不同的土層或水層的過渡地帶就會形成一個大電池，致使套管腐蝕穿孔[4]。

3）應力與特定介質相互作用下引起的套管腐蝕。套管在地層中每個部位承受的應力均不相同，在套管生產工作過程中，承受應力大的部分，容易受到特定介質的腐蝕作用，從而會引發局部的腐蝕，即應力腐蝕開裂。

套管腐蝕損壞的影響是決定后期安全平穩生產的主要因素，套管的腐蝕損壞不僅增加了修井的作業頻次，加大了井下作業工作量，同時也增加了修井的難度和后期的作業費用。

1.5 套管彎曲變形

套管彎曲變形主要影響原因為：①對送進的套管未進行認真檢查，未能檢查出外形的損壞部分，其次未按要求進行通徑或通徑未使用相應規格要求的通徑規，測量不出彎曲變形的套管；②在卸套管或者下套管過程中由于人為的操作不當而造成的套管變形彎曲和損壞；③下套管過程中未按要求進行灌漿或者鉆井液泥漿密度調配不當，滿足不了平衡套管內外壓力要求，從而導致套管內外壓差過大引起套管擠扁或脹裂。

1.6 下套管造成井漏或井噴

套管柱在充有流體的井內運移的過程相當于一個柱塞排出流體，使流體在井內運動。因此環空流速與運動管柱底端結構及幾何尺寸有關[5]。當套管在井內下行過程中會產生激動壓力導致井內壓力大于地層壓力，容易把地層壓漏；當套管在上行過程會形成抽汲壓力導致井內壓力小于地層壓力，容易誘發出水、溢流甚至井噴。因此控制好下套管的速度，平衡好井底壓力是下套管安全作業的保障。

2 監督要點及預防措施

為提高套管完井質量，及時有效預防套管完井作業的各項問題，在執行長慶油田公司鉆井工程設計的基礎上，從安全、高效、穩定方面，對下套管作業的前、中、后3個時間段進行重點監督把控。

2.1 下套管前的作業監督

2.1.1 全角變化率的控制

全角變化率是井眼軌跡設計中的一個重要參數，也是衡量井身質量的重要指標，它在很大程度上決定了下套管的難易程度。全角變化率大的井眼，由于井眼的彎曲使得管柱產生撓曲變形的效應更加顯著，下套管的摩阻也就更大。因此，在施工過程中控制好合理的全角變化率是很有必要的。施工過程全角變化率控制有如下要求。

①直井段：0＜H＜1 000 m連續三點中至少一點的全角變化率≤2.1°/30 m；1 000 m≤H＜3 000 m連續三點中至少一點的全角變化率≤2.7°/30 m；3 000m≤H＜5 000 m連續三點中至少一點的全角變化率≤3°/30 m。②斜井段：全角變化率（連續三點即90 m井段）造斜段最大連續三點中至少一點的全角變化率≤5°/30 m；其他斜井段最大連續三點中至少一點的全角變化率≤2°/30 m。③水平井段：斜井段全角變化率≤10°/30 m，測斜間距≤10 m。

通過查找自動記錄儀卡片、班報表、測斜記錄痕跡，檢查是否按照規定測斜，再通過測斜記錄，檢查全角變化率是否超標。

2.1.2 套管及其附件的檢查

套管及其附件的檢查是提前發現問題的關鍵，也是有效控制套管質量關鍵措施。套管的檢查講究全面細致，能及時發現問題并解決問題。

1）套管的丈量、清洗、外觀檢查、通徑。①核對送進套管的數量，檢查套管外觀有無變形彎曲，鋼級、型號、扣型是否符合設計要求，抽查套管的丈量記錄，確保丈量數據準確。其次絲扣清洗干凈，擺放高度不超過三層，層間應鋪設墊杠，防腐套管有保護措施，送井套管應按照入井順序逐根編好序號并排放整齊。在檢查套管過程中發現套管有損傷，特別是防腐套管，要及時聯系套管廠家在下套管作業前對套管的損傷部位進行補漆或更換。②選擇合適的通徑規，通徑規大小的選擇以直徑等于套管內徑值減3.18 mm，Φ139.7 mm和Φ114.3 mm套管通徑規長度不小于150 mm，Φ177.8 mm套管通徑規長度不小于200 mm。對每根套管進行通徑并留存記錄。

2）套管串及附件的檢查。常規油氣井套管附件主要包括扶正器、浮箍浮鞋、短套管、聯頂節、循環接頭等。①扶正器檢查。具有正規廠家的出廠合格證；剛度、規格及數量達到設計要求；外觀無變形，扶正條厚度不小于4 mm，扶正條三邊焊接牢靠，與套管尺寸配套配套相應數量的127.0 mm(5")銷釘；在條件允許的情況下建議使用整體式扶正器。②浮箍、浮鞋檢查。具有正規廠家出廠合格證，外觀完好。浮箍必須采用彈簧復位式，能正常復位，檢查密封牢靠。③短套管、聯頂節、循環接頭。短套管鋼級壁厚等同于套管串鋼級壁厚，具有相應資質廠家出具的合格檢驗報告及商檢報告，長度一般為2～5 m；聯頂節絲扣完好，接箍無變形及松扣，用套管內徑規通內徑。聯頂節絲扣無磨損，一根聯頂節使用不能超過3次往復卸扣的標準；循環接頭絲扣完好，無變形。

2.1.3 套管串結構的核查

進行套管串設計，應考慮以下3個方面的要求:①要能夠滿足鉆井作業、油氣層開發和產層改造的需要；②在設計套管承受外載荷時，具有一定的儲備能力，不至于立馬拉斷、壓扁或擠壞，也就是說套管實際強度應該稍大于套管在固井地層中所承受的最大外載荷，設計套管的強度稍微有點盈余[6]；③能滿足套管順利入井的原則，即通過合理的套管串設計來減小井身結構、鉆井液及井壁等諸多因素的影響，從而達到降低摩擦阻力順利下入套管的目的。

根據套管通知單要求，在設置套管串結構過程中，要考慮套管串與附件及其套管串與井身結構、鉆井液及井壁等諸多因素的匹配性。套管串設計執行以下要求：①套管下深不能超過套管通知單完鉆井深。②浮箍位置執行地質要求，浮箍位置必須在套管通知單阻流環位置以下，浮鞋、浮箍之間距離，油井10 m左右，氣井20 m左右。③扶正器加放位置執行鉆井工程設計，扶正器安裝在套管接箍部位，穿銷釘并折彎90°，安裝扶正器時注意做好井口防護，避免銷釘及手工具等雜物落入井內。④短套管位置在套管通知單短套范圍內。⑤不能在套管通知單中要求避開接箍范圍內有接箍。⑥調節“短套位置”的調節短套放在短套以上200 m。⑦調節阻流環（浮箍位置）的調節短套直接放在浮箍上邊。⑧下滑套的井，滑套位置必須與項目組滑套通知單位置一致。⑨套管等級要求。直/定向井小井眼上古井全井段下P110套管，雙公全部使用鋼級為P110雙公短套。直/定向井小井眼下古井全井段特殊螺紋金屬密封，0～2 500 m下95S防硫套管+下部P10。直/定向井常規井眼下古井下Φ139.7 mm套管的，全井段特殊螺紋金屬密封。0～2 000 m下80S防硫+下部N80Q；或者0～2 500 m下80S防硫+下部N 80。⑩所有附件（雙公、調節短套、短套、浮箍浮鞋）的鋼級、防硫特性、扣型與該井段內的主體管串一致或高于現場套管鋼級。自己加工的短套等必須提供具有相應資質的公司出具的加工證明。?套管通知單數據及附件位置，在套管數據表中應用顏色標記和備注。

2.1.4 下套管隊伍資質的核查

核查下套管作業隊伍人數及人員的資質證書，所配備套管鉗應運行完好并配備1套作為備用，避免因下套管過程套管鉗故障，影響下套管的連續性。下套管扭矩檢測隊伍設備配置及人員要求應符合工程技術管理部相關規定，且必需經過項目組現場核查和認可；在下套管前根據各套管廠家套管型號調試好套管鉗的扭矩值大小，做好下套管準備。

2.1.5 泥漿的處理要求

下套管的整個過程都是在鉆井液中進行的。鉆井液的密度、黏度、失水和潤滑性能對下套管的摩阻系數有著非常重要的影響。在斜井段和穩斜段及其延伸井段，泥漿循環過程中流速分層加劇，巖屑沉沙在高邊的流體高速區容易偏離，從而沉至井眼下部，形成厚度較大的巖屑床，導致井眼清潔困難，套管下入巖屑床容易造成粘卡。因此在下入套管之前，應進行充分通井循環，且進行全套性能測試，將振動篩篩目調整至180目及以上，通過循環將井內巖屑沉沙充分循環出來，保證井內清潔。其次在下套管之前根據井身結構及水平位移長度要求，每千米水平段位移配置1～1.5 t的聚合醇或者石墨等潤滑劑，以減少下套管的摩阻系數。

2.2 下套管的過程監督

2.2.1 密封脂的使用

套管螺紋脂質量關系到套管串的密封效果。不同的套管螺紋及使用工況，要選擇相應型號的螺紋脂，才能實現有效的螺紋保護和密封。若是錯誤地選擇了套管螺紋脂或使用了假冒螺紋脂，不但起不到密封和保護作用，反而會影響套管螺紋保護和密封特性。

對于氣井所用長圓螺紋（LC）套管，應選用黏接型螺紋脂Catt101或TOP101。氣井所用特殊螺紋金屬密封套管，是靠金屬擠壓變形實現有效的氣密封，只能選用潤滑型螺紋脂，如CS-5（內加有潤滑油、潤滑脂、粒度很小的軟金屬材料等），上扣過程中起到潤滑、保護密封面的作用。油田所用長圓螺紋（LC）套管，選用普通有機螺紋脂，內含有潤滑脂、無機填料（石磨粉）、金屬填料（銅粉等），上扣過程中起到潤滑防止粘扣的作用，是通過填料堵塞通道，實現有效地流體密封。套管專用密封脂涂抹均勻。

2.2.2 套管上扣操作

1）氣井和油田水平井套管上扣時，必須使用帶扭矩儀的套管鉗，要求下套管扭矩檢測隊伍必須在現場出具每根套管的扭矩曲線圖。

2）防腐套管上扣后，對損傷部位必須進行補漆，在上扣的過程中要平穩操作，控制好下放速度，同時注意好井口的防護，避免雜物落入井內造成井下復雜。

3）上扣過程應一次上扣到位，中途不應停頓，若出現上斜的情況嚴禁強行上扣，避免造成扣損壞。

4）扶正器的安放執行套管串設計要求，安放位置應于套管接箍之間，穿好銷釘，下放過程注意防止碰到轉盤面。

2.2.3 灌漿及中途循環

1）灌漿前檢查灌漿裝置的完好性，灌漿管線應連接牢靠，避免造成無效灌漿。

2）正常情況下油井每下50根套管灌滿鉆井液一次，氣井、油田水平井每下30根套管灌滿鉆井液一次，每下60根頂通一次，特殊情況要加密灌漿次數；下套管至1 000 m左右，同時在避開易垮塌層位的前提下必須循環一周，若遇到特殊情況則需要加密循環次數；對于水平段下套管過程中，盡量利用接套管間隙，進行連續性罐漿，確保套管內泥漿灌滿，利用套管自身懸重推動套管下行；水平段超過2 000 m應使用漂浮接箍。

3）套管下行遇阻時，必須及時接方鉆桿進行循環，避免造成粘卡。

2.3 下套管后的監督要求

1）下套管結束后，應進行座封，根據不同廠家套管頭要求調解頂絲剩余長度，確保座封到位，避免后期采油（氣）樹無法安裝或密封失效。

2）先將套管串內灌滿泥漿，然后接方鉆桿。小排量啟動鉆井泵頂通，待出口返出正常后逐步提高鉆井泵排量，泵壓待正常后恢復正常排量進行循環。期間應全程井控坐崗，仔細核對循環罐液面。

3）檢查施工現場生產水儲備是否滿足固井需求，同時核對水泥灰量及種類是否符合固井設計要求。確保固井施工過程的連續性。

4）檢查固井施工隊伍設備身份證號及人員資質。核對固井設計，固井所用的水泥車工作狀態必須符合要求，嚴禁現場只有一輛水泥車的情況下進行固井作業。固井過程全程測量好水泥漿密度，根據測量結果按照固井設計要求，及時調整水泥漿密度。

5）對易漏失地層固井過程要控制好排量，調試好水泥性能，預算好水泥稠化時間，避免水泥漏失無法返出或提前膠結。

3 結論

1）井眼軌跡控制要控制在合理范圍，全角變化率不應超過設計要求。

2）下套管作業前核對、丈量、通徑、清洗套管及其附件；充分循環鉆井液確保井內清潔，鉆井液轉換要考慮摩阻因素；下套管人員充足，設備設施完好，套管鉗扭矩設置合理。

3）下套管過程必須按照套管串設計要求的順序入井，套管附件安裝符合設計要求，中途做好灌漿與循環，預防井下復雜。

4）固井施工人員數量充足，車輛及灰量、水量滿足施工要求，按照固井設計預算好水泥替量，施工過程作業連續，測量好水泥密度。