油水井套損大修設計和技術要點

1、油水井套損大修設計和技術要點 前 言 世界各國油田開發(fā)進程表明，隨著開采年限的增長，受工程和地質(zhì)因素的影響，油水井套管將出現(xiàn)不同程度的損壞。為此，油田工作者應本著“預防為先，防修并重”的方針，一是研究套管損壞的機理，制定防護措施；二是研究套損井修復技術，提高大修井修復能力。由此減緩套管損壞速度，盡可能的延長油水井的使用壽命，降低油田維護的操作成本，提高油田后期開發(fā)的經(jīng)濟效益。 目 錄第一節(jié) 套損的原因及預防措施第二節(jié) 套管損壞的類型 第三節(jié) 大修設計第四節(jié) 套管整形第五節(jié) 套管加固第六節(jié) 套管取換第七節(jié) 技術要點第一節(jié) 套損的原因及預防措施 套損的原因是相當復雜的，國內(nèi)外不少學者進行了多方面的

2、研究，雖然觀點各異，但也具有一定的共性，這就為制定套損預防措施提供了必要的條件。一、套損的原因分析 造成油、水井套管損壞的因素是多方面的，概括性地分為地質(zhì)因素和工程因素兩大類。 第一節(jié) 套損的原因及預防措施 (一）地質(zhì)因素 地層（油層）的非均質(zhì)性、油層傾角、巖石性質(zhì)、地層斷層活動、地下地震活動、地殼運動、地層腐蝕等情況是導致油水井套管技術狀況變差的客觀存在條件，這些內(nèi)在因素一經(jīng)引發(fā)，產(chǎn)生的應力變化是巨大的，將使油、水井套管受到損害，甚至導致成片套管損壞，嚴重地干擾開發(fā)方案的實施，影響油田的穩(wěn)產(chǎn)。 第一節(jié) 套損的原因及預防措施 、地層的非均質(zhì)性 陸相沉積的砂巖、泥質(zhì)粉砂巖油田，由于沉積環(huán)境不同，

3、油藏滲透性在層與層、層內(nèi)平面之間都有較大的差別。在注水開發(fā)過程中，油層的非均質(zhì)性將直接導致注水開發(fā)的不均衡性，這是引發(fā)地層孔隙壓力場不均勻分布的基本地質(zhì)因素。 、地層（油層）傾角 陸相沉積的油田，一般儲油構造多為背斜和向斜構造，由于背斜構造是受地層側壓應力擠壓為主的褶皺作用，一般在相同條件下，受巖體重力水平分力的影響，地層傾角較大的構造軸部和陡翼部比傾角較小的部位更容易出現(xiàn)套損。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 3、巖石性質(zhì) 在沉積構造的油、氣藏中，儲存油、氣的多為砂巖、泥砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。注水開發(fā)時，當油層中的泥巖及油層以上的頁巖被注入水浸蝕后，一是泥頁巖膨脹擠壓套管；二是巖石抗剪強度和摩擦系數(shù)

4、大幅度降低，一定傾角的巖石將上覆巖層壓力轉移至套管，使套管受到剪切損壞。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 、斷層活動 在沉積相構造的油田中，由于地球不斷運動，各地區(qū)地殼沉降速度不盡相同, 促使斷層活動化，使上下盤產(chǎn)生相對滑移，剪擠套管，從而導致套管嚴重損壞。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 5、地震活動 地球是一個不停運動的天體，地下地質(zhì)活動從未間斷，根據(jù)微地震監(jiān)測資料，每天地表、地殼的微震達萬次，較嚴重的地震可以產(chǎn)生新的構造斷裂和裂縫，也可使原生構造斷裂和裂縫活化。地震后，大量注入水通過斷裂帶或因固井膠結問題進入油頂泥頁巖，泥頁巖吸水后膨脹，又產(chǎn)生粘塑性，巖體產(chǎn)生緩慢的水平運動，使套管被剪切錯斷或嚴

5、重彎曲變形。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 6、地殼運動 地球在不停的運動，地殼也在不停的緩慢運動中，其運動方向一般有兩個：一是水平運動（板塊運動）；二是升降運動。地殼緩慢的升降運動產(chǎn)生的應力可以導致套管被拉伸損壞。 第一節(jié) 套損的原因及預防措施 7、地面腐蝕 地表地層腐蝕是因為淺層水（300m以上）在硫酸鹽還原菌的作用下產(chǎn)生硫化物，硫化物在淺層水中氧化反應引起套管腐蝕。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 （二）工程因素 引起套管損壞的主要工程因素有：鉆井完井過程中的完井質(zhì)量，套管本身材質(zhì)、固井質(zhì)量，采油工程中的注水、壓裂、酸化，以及油水井日常管理作業(yè)等。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 1、套管材質(zhì)問題

6、 套管本身存在微孔、微縫，螺紋不符合要求及抗剪、抗拉強度低等質(zhì)量缺陷問題，完井后，由于在采油生產(chǎn)壓差或注水壓差長期的影響下，導致管外氣體、流體從不密封處滲流進入井內(nèi)或進入套管與巖壁的環(huán)空，一是流體流動過程損傷套管；二是流體聚集在環(huán)空上部，形成腐蝕性很強的硫化氫氣塞，將逐漸腐蝕套管。 第一節(jié) 套損的原因及預防措施 2、固井質(zhì)量問題 固井質(zhì)量直接關系到完鉆井的壽命和以后的注采關系，影響固井質(zhì)量的主要因素有：井眼不規(guī)則、井斜、固井水泥不達標、頂替水泥漿的頂替液不符合要求、水泥漿的密度低或高、注水泥后套管拉伸載荷過小或過大等等，都將影響固井質(zhì)量。 第一節(jié) 套損的原因及預防措施 3、完井質(zhì)量 完井質(zhì)量對

7、套管影響很大，特別是射孔完井。射孔工藝選擇不當，一是會出現(xiàn)管外水泥環(huán)破裂，甚至出現(xiàn)套管破裂；二是射孔深度誤差過大，或者誤射泥頁巖隔層(尤其是開發(fā)薄互層的二、三次加密井尤為重要)，將使泥頁巖水浸膨脹，擠壓套管。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 三是射孔密度選擇不當，將會影響套管強度。比如在特低滲透的泥砂巖油層采用高密度射孔完井，長期注水或油井油層酸化、壓裂改造，短時間的高壓也會將套管損壞。 第一節(jié) 套損的原因及預防措施 4、井位部署的問題 斷層附近部署注水井，容易引起斷層滑移而導致套管嚴重損壞。注水井成排部署，容易加大區(qū)塊孔隙壓差，形成應力集中，最終導致成片套損井的出現(xiàn)。第一節(jié) 套損的原因及預防措施

8、 第一節(jié) 套損的原因及預防措施 5、開發(fā)單元內(nèi)外地層壓力大幅度下降問題 注水開發(fā)的油田，由于開采方式的轉變，加密、調(diào)整井網(wǎng)的增多，對低滲透、特低滲透提高壓力注水以及控制注水、停注、放溢流降壓等措施，使地層孔隙壓力大起大落,巖體出現(xiàn)大幅度升降。使具有一定彈性的地層孔隙骨架產(chǎn)生不均勻的膨脹或收縮，造成局部應力集中而出現(xiàn)零星套損井。當區(qū)塊之間形成足夠大的孔隙壓差時，特別在行列注水開發(fā)條件下，泥頁巖和斷層面大面積水浸時，將導致成片套損井的出現(xiàn)。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 6、注入水浸入泥頁巖的問題 在注水壓力較高（一般）條件下，注入水可從泥巖的原生微裂縫和節(jié)理浸入，也可沿泥砂巖界面處浸入，形成一定范

9、圍的浸水域，這種浸水域在相當長時間內(nèi)，將導致巖體膨脹、變形、滑移，最終導致套管的損壞。 第一節(jié) 套損的原因及預防措施 7、注水不平穩(wěn)問題 在籠統(tǒng)注水條件下，高滲透區(qū)吸水能力大，成為高壓區(qū)；低滲透區(qū)吸水能力差，成為低壓區(qū)，致使非均質(zhì)油層層間壓差增大，分層注水差的層間壓差也較大。在層間、區(qū)塊之間注采不平衡，有的超壓超注或低壓欠注,縱向上加大層間壓差，平面上區(qū)塊壓力不平衡，造成成片套損井的出現(xiàn)。 第一節(jié) 套損的原因及預防措施 另外，由于井下作業(yè)開發(fā)調(diào)整等情況，注水井時關時開，開關不平衡。鉆調(diào)整井時關停注水井，這樣成片集中停注，之后又集中齊注，使套管瞬時應力變化幅度過大，這些都將影響巖體的穩(wěn)定，最終將

10、導致套管損壞。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 8、注水井日常管理問題 注水井日常管理是非常重要的，按“六分四清”要求,應做到注水量清、注水壓力清、分層產(chǎn)液量清、分層含水清，但由于日常對注水井管理不嚴,管閥配件損壞，管線漏水且維護不及時，全井注水時或分層注水量不清，異常注水井發(fā)現(xiàn)不及時、發(fā)現(xiàn)后未采取措施或采取措施不當，造成非油層部位長期進水水浸，誘發(fā)新的套損井。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 二、套損預防措施 根據(jù)上述套損原因，提出以下預防措施，以便有效地減緩套損速度的上升。 （一）防止注入水竄入泥頁巖隔層 1、提高固井質(zhì)量保證層間互不相竄 為保證固井質(zhì)量，采取的主要措施有：一是使用套管扶正器，保證

11、套管在固井時居中，二是設計合理的固井工藝和施工參數(shù)，實現(xiàn)紊流頂替；第一節(jié) 套損的原因及預防措施 三是采用適宜的水泥漿體系，保證膠結強度和水泥石強度。四是在油層頂部下入管外封隔器，保證水泥漿在壓穩(wěn)狀態(tài)下候凝，防止淺氣層或高壓水層竄槽 。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 2、注水壓力限制在地層微破裂壓力以下 注水壓力應以滿足注水量，防止套管損壞為合理注水壓力。如果這兩項發(fā)生矛盾時，應優(yōu)先考慮后者。這主要由于當注水壓力高于地層最小水平地應力（即破裂壓力）時，很容易溝通原始裂縫或開啟新裂縫，吸水量猛增的同時孔隙壓力增大，一是注入水竄入夾層，二是加大層間或區(qū)塊壓差。因此一個油田開發(fā)前，應開展地層地應力測試，

12、根據(jù)地應力測試結果，把注水壓力控制在最小主應力以下。 第一節(jié) 套損的原因及預防措施 3、壓裂改造時防止垂直裂縫延伸到夾層 垂直裂縫的縫高與壓裂施工排量有關，排量越大，其縫越高。因此，對于一個油田進行壓裂方案設計時，一定要認真的了解壓裂層、隔層的巖性及彈性模量、泊松比、抗張強度等力學參數(shù)，根據(jù)這些力學參數(shù)設計合理的排量，防止裂縫上下延伸到蓋層。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 4、合理地設計注采井網(wǎng) 高含水井先于低含水井發(fā)生套管損壞，這主要是由于水過早通過裂縫或固井的竄槽進入了泥巖夾層造成的結果。因此選擇合理注采井網(wǎng)、延遲油井水淹是防止套管損壞的一種方法。為此，注水開發(fā)裂縫性油田時，采取兩種注采井網(wǎng)

13、有利于防止套管損壞：第一節(jié) 套損的原因及預防措施 a）行列注采井網(wǎng)。油水井排方向與油層主裂縫方向平行，利用注入水沿裂縫突進特點，使相鄰水井之間很快拉成水線，均衡地滲透到油井排去，這可防止因裂縫水過早串 到軟弱層。 b）菱形注采井網(wǎng)。在采用面積注水方式時,油水井排的方向與油層主裂縫錯開一個角度,這可延遲處于裂縫方向上油井過早水淹。 第一節(jié) 套損的原因及預防措施 （二）維持合理的注采壓差 現(xiàn)在人們認識到，由于油層中流體被開采出來，一段時間（或很長時間）不注水補充能量，形成一個低的應力異常區(qū)，周圍高壓應力區(qū)推動巖體向低壓區(qū)運動，造成大量套管損壞。相反，注水強度大，注水量過多，則可形成高應力異常區(qū)，也

14、會推著巖體向低應力區(qū)運動，使套管成片損壞。因此，油田開發(fā)應適時、適量、低于破裂壓力注水，保持適當孔隙壓力，并使油田內(nèi)部各區(qū)塊孔隙壓力保持基本平衡，以避免套管損壞。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 （三）防止油層出砂 油井出砂，水井吐砂，一方面影響油水井生產(chǎn)；另一方面在出砂層位形成空洞。空洞位置的套管失去圍壓，在作業(yè)和生產(chǎn)過程中很容易造成套管損壞，因而在開采過程中應防止地層出砂。 第一節(jié) 套損的原因及預防措施 （四）防止套管腐蝕 隨著油田持續(xù)開發(fā)，因腐蝕所致的油水井套管損壞問題也日趨嚴重，給油田生產(chǎn)帶來極大危害。目前在防止套管腐蝕上，比較成熟方法如下： 1、提高封固質(zhì)量，以隔絕腐蝕介質(zhì)與套管之間的通

15、道。 2、采用陰極保護技術。 3、使用抗H2S套管。 4、加殺菌劑殺死有腐蝕的細菌。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 （五）防止射孔對套管損害 射孔對套管損壞程度主要與使用的射孔彈類型及射孔槍型有關。因此，減輕射孔對套管損壞程度，可以通過合理地選擇射孔彈射孔槍來實現(xiàn)。就聚能射孔原理而言，不論彈型設計得如何合理，其有效炸藥量總不能達到百分之百，有些射孔的有效炸藥量只占全部炸藥量的40%，無效藥量對套管有直接或間接的損害作用。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 （六）對完井套管要進行嚴格質(zhì)量檢驗 套管下井前均應進行嚴格的質(zhì)量檢驗，檢驗內(nèi)容如下： 1、管體部分包括有：丈量長度，外觀目測檢驗，管體尺寸精度檢驗，

16、如通內(nèi)徑、量外徑、測壁厚和稱單重、壁厚不均系數(shù)、內(nèi)外橢圓度、模擬射孔檢查、機械性能檢驗、化學成份檢驗，還要進行宏觀低倍數(shù)及微觀金相組織檢驗。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 2、螺紋部分包括：外觀目測檢查，用綜合螺紋量規(guī)檢查緊密距，用螺紋單項檢測儀檢查螺紋要素的單項精度，如錐度、齒高和齒形角。 3、強度檢驗包括：抗內(nèi)壓、抗擠、抗拉及殘余應力等對抗擠臨界壓力的影響。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 （七）改進套管柱設計方法 傳統(tǒng)保守設計套管抗擠強度是采用上覆層的壓力來確定套管抗最大外擠力，事實上證明用這個方法確定最大外擠力是不完全合適的。應參考泥頁巖蠕變形成不均勻“等效外擠力”作為套管抗最大抗擠強度。因

17、此，油田開發(fā)前要準確測定地應力值，以該值進行設計，選擇適合的套管等級和壁厚。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 （八）提高套管抗擠強度 1、使用高強度套管 應用高強度P-110、V-150套管顯然可以提高套管抵抗擠毀能力，減少套管損壞。使用高強度套管優(yōu)點可以使套管抗擠能力增強，因此，在設計抵抗較大外擠力時是首先被選用對象。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 2、采用厚壁和小直徑的套管 厚壁套管對點載荷的承受能力與鋼的強度成正比，與壁厚平方成正比。顯然，為提高承受點載荷的能力，增加壁厚比增加強度更為有效。當載荷、壁厚均相同時，管徑對變形有很大影響，小管徑套管有較高的抗變形能力。第一節(jié) 套損的原因及預防措施

18、3、在易發(fā)生套管損壞巖層段下雙層組合套管 雙層組合套管就是在套管內(nèi)下入小套管，然后往環(huán)形空間內(nèi)注水泥，形成一個整體組合結構，內(nèi)層套管可由井口下至目的層，也可采用尾管形式。 理論和實踐表明，只要雙層組合套管內(nèi)外管尺寸及水泥品種選擇適當，它具有極強的抵抗擠毀能力，其擠毀強度至少等于各層套管強度之和。因此，在超高壓、高蠕變的地層中雙層組合套管就起到防止套管損壞的明顯效果。第一節(jié) 套損的原因及預防措施 目 錄第一節(jié) 套損的原因及預防措施第三節(jié) 大修設計 第四節(jié) 套管整形第五節(jié) 套管加固第六節(jié)套管取換第二節(jié) 套管損壞的類型 第七節(jié) 技術要點第二節(jié) 套管損壞的類型 根據(jù)多年修井施工積累的資料，結合套損原因

19、，將套管損壞的類型分成以下六種類型。 一、徑向凹陷變形 由于套管本身局部位置質(zhì)量差，強度不夠，固井質(zhì)量差及在長期注采壓差作用下，套管局部處產(chǎn)生縮徑，使套管在橫截面上呈內(nèi)凹橢圓形，如圖1所示。 圖1 徑向凹陷變形示意圖A-A截面上已不再是基本圓型，長軸Dd，據(jù)資料統(tǒng)計，一般長短軸差在14mm以上，當差值大于20mm以上時，套管可能發(fā)生破裂第二節(jié) 套管損壞的類型 二、套管腐蝕孔洞、破裂 由于地表淺層水的電化學反應長期作用在套管某一局部位置，或者由于螺紋不密封等長期影響，套管某一局部位置將會因腐蝕而穿孔，或因注采壓差及作業(yè)施工壓力過高而破損。如圖2所示： 第二節(jié) 套管損壞的類型 圖2 腐蝕孔洞、破裂

20、型示意圖 腐蝕孔洞、破裂等情況多發(fā)生在油層頂部以上，特別是無水泥環(huán)固結井段往往造成井筒周圍地面冒油、漏氣，嚴重的還會造成地面塌陷。 第二節(jié) 套管損壞的類型 三、多點變形 由于套管多處受到水平應力作用（包括泥巖膨脹或地層滑移等），致使套管徑向內(nèi)凹形多點變形，如圖3所示。圖3 多點變形示意圖第二節(jié) 套管損壞的類型 四、嚴重彎曲變形 由于大段泥巖、頁巖在長期水浸作用下，巖體發(fā)生膨脹，產(chǎn)生巨大應力變化或巖層相對滑移剪切套管，使套管出現(xiàn)嚴重彎曲變形，如圖4所示。圖4 嚴重彎曲變形示意圖第二節(jié) 套管損壞的類型 嚴重彎曲變形的套管基本呈橢圓形狀，長短軸差不太大，但兩點或三點變形間距小，近距點一般3m以內(nèi)，若

21、兩點距離過小則形成硬性急彎，2m長的通井規(guī)不能通過。這是較多見的復雜套損井況，也是較難修復的高難井況。 第二節(jié) 套管損壞的類型 五、套管錯斷（非坍塌型） 泥巖、頁巖經(jīng)長期水浸膨脹而發(fā)生巖體滑移, 導致套管被剪斷，發(fā)生橫向（水平）錯位。由于套管在固井時受拉伸載荷及鋼材自身收縮力作用，在套管產(chǎn)生橫向錯斷后，便向上、向下即各自軸向方面收縮，錯斷及位移情況如圖5所示。圖5 套管錯斷示意圖第二節(jié) 套管損壞的類型 六、坍塌形套管錯斷 地層滑移、地殼升降等因素導致套管錯斷，其地應力首先作用在管外水泥環(huán)上，使水泥環(huán)脫落、巖壁坍塌，泥、砂和脫落的水泥環(huán)及巖壁碎屑、小直徑的碎塊等則在地層壓力流體作用下由錯斷口處涌

22、入井筒，堆落井底并向上不斷涌集,卡埋井內(nèi)管柱及工具,如圖6所示。坍塌型錯斷是目前極難采取修復或報廢處理的復雜套損類型。 第二節(jié) 套管損壞的類型 圖6 坍塌型錯斷示意圖 第二節(jié) 套管損壞的類型 目 錄第一節(jié) 套損的原因及預防措施第二節(jié) 套管損壞的類型 第四節(jié) 套管整形第五節(jié) 套管加固第六節(jié)套管取換第三節(jié) 大修設計 第七節(jié) 技術要點第三節(jié) 大修設計 修井設計是修井施工的重要依據(jù)。主要包括地質(zhì)方案、工藝設計和施工設計。修井設計應由有資質(zhì)單位編寫，并履行審批手續(xù)。 一、設計編寫原則 1、地質(zhì)方案 地質(zhì)方案提供的修井目的、施工要求等應切實可行，有關的井下技術狀況、基礎數(shù)據(jù)、目前生產(chǎn)情況等應齊全、準確。

23、2、工藝設計 1）依據(jù)井下技術狀況及修復目的，選擇相應的修復工藝。 2）選擇的修復工藝應與現(xiàn)有設備、設施、工具用具相配套。 3、施工設計 1）施工設計應由有資質(zhì)單位編寫。 2）應依據(jù)油水井大修地質(zhì)方案和現(xiàn)有大修工藝技術水平，在摸清井況及修井目的的基礎上編寫。第三節(jié) 大修設計 3）按工序發(fā)生的先后及時間安排施工步驟。 4）各工序可能發(fā)生的事故或意外，應有相應的預防、處理方案并隨時可以實施。 5）關鍵工序、重要工序應有相應的質(zhì)量保證措施。 6）重要的工序亦應提出必要的要求。第三節(jié) 大修設計 4、審批程序 1）修井設計應在修井前指定專人編寫完成并報上級技術管理部門，按程序審批完后提前交施工單位。 2

24、）修井設計由技術管理部門技術負責人審批。 3）重點井工程設計由技術管理部門負責人審核,報公司總工程師審批。第三節(jié) 大修設計 4）特殊井工程設計由公司總工程師審核、報局主管技術部門負責人審批。 5）施工方案變更應重新編寫補充設計并履行審批手續(xù)。 6）經(jīng)審批后的設計書應打印發(fā)送。施工單位備存兩份，審批單位存檔一份，原稿由設計單位存檔，其它按需要處理。第三節(jié) 大修設計 二、設計編寫主要內(nèi)容 1、施工目的 按方案提出的施工目的。 2、主要數(shù)據(jù) 與施工直接有關的基礎數(shù)據(jù)用表格形式列出。 3、目前生產(chǎn)情況 目前生產(chǎn)情況用表格形式列出。第三節(jié) 大修設計 4、綜合調(diào)查情況 目前井下技術狀況及調(diào)查情況用圖表形式

25、及文字簡述形式列出。 5、施工準備 施工準備是設計中重要組成部分，應對修井設施、專用工具、鉆具、原材料、計量器具等提出具體的規(guī)格、數(shù)量、性能指標、精度等級等要求。第三節(jié) 大修設計 6、工序步驟 1）工序步驟是設計中的重要部分，應首先考慮安全、可靠、合理、可行。 2）各工序間的銜接應緊湊。 3）重要的、關鍵的工序質(zhì)量應能經(jīng)檢驗核實。 4）有關的計算應列出相應的計算公式，公式中的符號、代號應符合有關規(guī)定。第三節(jié) 大修設計 5）打撈解卡、套管補貼等工序步驟要求應符合相關標準規(guī)定。 6）整形加固、取換套管、工程報廢、電潛泵事故處理等工序步驟應符合有關標準的要求。 7）有關的壓井、通井、沖砂、替噴等工序

26、要求應符合相關標準規(guī)定. 8）完井方式應符合地質(zhì)方案要求.第三節(jié) 大修設計 7、施工要求及注意事項 1）資料錄取應符合相關標準的規(guī)定。在設計中應提出不同工藝的不同錄取內(nèi)容。 2）施工要點應明確。 3）消防器材及防范措施應具體明確。 4）防噴、防掉、防卡、防傷亡等措施要求清楚、明確、可行。第三節(jié) 大修設計 5）施工特殊要求與一般要求應分開。 6）提醒施工人員及其它有關人員注意的問題應清楚、明了。 8、環(huán)保、井控要求 認真執(zhí)行HSE及井控相關管理體系文件的規(guī)定。第三節(jié) 大修設計目 錄第一節(jié) 套損的原因及預防措施第二節(jié) 套管損壞的類型 第三節(jié) 大修設計 第四節(jié) 套管整形第五節(jié) 套管加固第六節(jié)套管取換

27、第七節(jié) 技術要點 第四節(jié) 套管整形 套管變形或錯斷后，內(nèi)通徑減小，針對變形和錯斷點以下的各種工藝技術措施無法實施，導致油氣水井停產(chǎn)或報廢，而且能引發(fā)成片套損。因此，套管變形和錯斷后，應采取一定的技術措施進行整形擴徑，撈出井下落物后，根據(jù)井況進行密封加固修復或取套修復，也可徹底報廢后側鉆修復。 套管整形擴徑技術是套管變形和錯斷井修復的前提和基礎。 套管整形擴徑的常用工具有梨形脹管器、旋轉碾壓法整形器、旋轉震擊式整形器、偏心輥子整形器、三錐輥套管整形器和各種形狀的銑錐。 第四節(jié) 套管整形 一、梨形脹管器、基本結構基本結構形式見圖10。圖10梨形脹管器結構示意圖a直槽式b螺旋槽式c脹管器整形擠脹力示

28、意F側向分力（擠脹力）N垂直分力脹管器前端錐角P向下重力 第四節(jié) 套管整形 脹管器工作面外部車有循環(huán)用水槽，水槽分直式和螺旋式兩種。可根據(jù)變形井段變形形狀和尺寸選用。 脹管器的斜錐體前端錐角一般應大于30,與擠脹力F和半錐角/2成反比。當錐角小于25時，大量現(xiàn)場經(jīng)驗證明脹管器錐體與套管接觸部位易產(chǎn)生擠壓粘連而發(fā)生卡鉆事故。因此一般前端錐角大于30。 第四節(jié) 套管整形 2、作用原理 脹管器工作面部分為錐體大端，當鉆柱施加給脹管器工作面大端以P力時，其錐體大端與套管變形部位接觸的瞬間所產(chǎn)生的側向分力F直接作用擠脹、沖脹變形部位。鉆柱施加給工具的P與鉆柱質(zhì)量、下放速度和下放距離、井內(nèi)介質(zhì)密度有關。

29、第四節(jié) 套管整形 梨型整形示意圖 第四節(jié) 套管整形 二、旋轉震擊式整形器 1、基本結構 基本結構形式見圖11。由錘體（上接頭）、整形頭、鋼球、整形頭螺旋曲面等組成。 旋轉震擊式整形器是仿造前蘇聯(lián)的修井工具而又優(yōu)于其工具。此整形器可不用提放鉆柱沖擊，只需旋轉鉆柱而使工具產(chǎn)生向下的震擊力，對套管變形部位有較好的保護。 第四節(jié) 套管整形 圖11 旋轉震擊式整形器結構式意圖a工具結構示意；b工具螺旋形震擊曲面 第四節(jié) 套管整形 整形體內(nèi)孔壁上有環(huán)形槽，裝有鋼球并被螺釘鎖住而不外竄，鋼球將錘體與整形頭連為一體，錘體和整形頭接觸面有凸凹螺旋形凸輪曲線面配合，可以轉動一次管柱（工具）發(fā)生三次震（敲）擊。工具

30、外面有三條螺旋形水槽，可以循環(huán)洗井。 第四節(jié) 套管整形 、作用原理 旋轉式震擊整形器在鉆柱旋轉帶動下，整形器的錘體同整形頭間的凸輪面產(chǎn)生相對運動，錘體帶動鋼球沿環(huán)形槽抬起。經(jīng)旋轉一定角度后，凸輪曲面出現(xiàn)陡降，被抬起的錘體下降，砸在整形頭上，給變形部位以擠脹力。由于錘體、整形頭端面的凸輪輪廓面為三個等分的螺旋面，所以鉆柱每旋轉一周可發(fā)生震擊三次。 第四節(jié) 套管整形 震擊力的大小由鉆柱本身質(zhì)量、凸輪螺旋曲面高度決定。高度越大、鉆柱向下沖擊行程越大。在工具不變情況下，增加鉆柱質(zhì)量（即增加配重鉆鋌數(shù)量）可增大沖擊力。加快鉆柱旋轉圈數(shù)也能起到較好的沖擊整形效果。 第四節(jié) 套管整形 旋轉震擊整形示意圖 第

31、四節(jié) 套管整形 三、偏心輥子整形器 偏心輥子整形器對套管變形通徑較大（51/2“套管變形通徑一般100mm以上）的套損井，一次整形可恢復徑向尺寸98%以上。如選擇工具尺寸得當、整形方法步驟恰當，則可恢復尺寸達100%。與沖脹類工具相比該工具的最大優(yōu)點,是起下鉆柱次數(shù)大大減少。對比工作程序相對安全穩(wěn)定，無卡鉆和頓井口等危險和麻煩。 第四節(jié) 套管整形 1、基本結構基本結構形式見圖12。 圖12偏心輥子整形器示意圖 第四節(jié) 套管整形 偏心輥子整形器由偏心軸（上接頭）、上輥、中輥、下輥、錐輥、鋼球、絲堵等零件組成。 偏心軸上端為連接鉆柱的螺紋，下端為四階不同尺寸不同軸線的臺階。其中上接頭、上輥、下輥三

32、軸為同一軸線，中輥與錐輥為另一軸線，兩軸線的偏心距為e。 第四節(jié) 套管整形 輥子分為上、中、下錐輥四件、為整形器的整形擠脹關鍵零件。錐輥起引鞋導向作用，同時其內(nèi)孔有半球面的槽與芯軸配合，裝入鋼球后并被固定，在旋轉時起上、中、下三輥的限位作用。錐輥在入井后，對變形部位有初始整形作用。 第四節(jié) 套管整形 偏心輥子整形示意圖 第四節(jié) 套管整形 2、作用原理 當鉆柱沿自身軸線旋轉時，上、下輥自身軸線作圓周運動，而中輥軸線由于與上、下軸線有一偏心距e（見圖12），必繞鉆柱中心線以1/2D中+e為半徑作圓周運動，見圖13所示。這樣就形成一組曲軸凸輪機構，形成以上、下輥為支點，中輥為旋轉擠壓的形式對變形部位

33、套管進行碾壓整形。 圖13 整形原理示意圖 第四節(jié) 套管整形 四、三錐輥套管整形器 三錐輥套管整形器是在偏心輥子整形器原理之上，根據(jù)變形部位套管及管外水泥環(huán)破損程度而研制、發(fā)展、完善起來的新型整形工具，特別適用于變形通徑較?。?1/2“套管變形85mm以上）的套管整形施工。 第四節(jié) 套管整形 該工具有以下優(yōu)點： 1、不傷害套管內(nèi)壁，套管外水泥環(huán)不被震擠破碎。 2、一次整形量較大，一次整形級差可達6mm以上。如51/2套管變形量100mm，選用錐輥尺寸106mm， 112mm、118mm、122mm,45次即可整形恢復至122mm以上。 第四節(jié) 套管整形 圖14三錐輥套管整形器結構式意圖 三錐輥

34、套管整形器由芯軸（上接頭）、鎖定銷、墊圈、錐輥、銷軸、引鞋等零件組成。1、基本結構基本結構形式見圖14。 第四節(jié) 套管整形 芯軸上部為鉆桿接頭螺紋，中部為圓錐體，其上有三個梯形槽，安裝錐輥，由銷軸在中間穿過限定而只能繞軸心轉動。芯軸下部為引鞋，用以引入工具進入變形井段。錐輥是工具整形的關鍵零件，分長、短錐面兩部分。長錐面對變形部位有擠脹、碾壓兩個作用。短錐面對恢復通徑的變形部位有克服彈性變形、保持并固定通徑尺寸的輥壓作用。工作循環(huán)水眼一般大于20mm。 第四節(jié) 套管整形 2、作用原理 三錐輥套管整形器隨鉆柱旋轉和所施加的鉆壓進入套管變形部位，錐輥隨芯軸轉動并繞銷軸自轉，對變形部位套管進行擠脹、

35、碾壓，在鉆壓和鉆柱轉動作用下，套管變形部位不斷被擠脹、碾壓而逐漸恢復通徑。 第四節(jié) 套管整形 因套管材質(zhì)原因，套管變形段對工具有彈性反力，錐輥最大直徑通過變形段后，對長錐面反彈作用力因距離大而不起作用，而對短錐面有反彈力。但鉆柱不斷轉動和錐輥的自轉，對恢復段繼續(xù)輥壓，在工作液的循環(huán)冷卻下，彈性反力逐漸消失被整形復位的通徑則保持不變。鉆柱、工具不斷轉動和下壓，整形效果則越來越明顯。 第四節(jié) 套管整形 五、銑錐 1、原理 在扶正管柱的作用下，利用銑錐強制磨銑套管彎曲變形和錯斷的井段，使套損段井眼軸線與全井的井眼軸線重合，為下步各種工藝技術的實施提供必要的條件，該方法適用于通徑大于50mm以上非坍塌

36、的套管錯斷井和彎曲的變形井整形。 第四節(jié) 套管整形 2、操作方法、要求 1）打鉛印落實套損情況和狀況。 2）根據(jù)套損情況選擇磨銑工具。 3）管柱下至套損點以上2m開泵循環(huán)，旋轉下放。 4）遇阻后磨銑，鉆壓5-10KN。 5）根據(jù)進尺情況及其它情況判斷是否開窗. 6）如判斷在套管內(nèi)則正常磨銑。如不正常則立即起鉆、檢查磨銑工具的磨損情況打印決定下步措施。 第四節(jié) 套管整形 目 錄第一節(jié) 套損的原因及預防措施第二節(jié) 套管損壞的類型 第三節(jié) 大修設計 第四節(jié) 套管整形第五節(jié) 套管加固第六節(jié)套管取換第七節(jié) 技術要點 對變形、錯斷的套管經(jīng)整形擴徑打開通道，撈出井內(nèi)落物后進行加固修復有以下優(yōu)點：一是防止套損

37、井段再次變形；二是保持套管井眼有一基本通道；三是密封加固能防止套損井段進水成為成片套損源。缺點是加固修復后，井眼內(nèi)通徑減少。目前加固的方法有不密封丟手加固和液壓密封加固。 第五節(jié) 套管加固 一、不密封式丟手加固 1、原理 加固管上部連接丟手懸掛裝置，用投送管柱送至整形擴徑井段后，投球打壓，使懸掛裝置中的防掉防頂卡瓦張開，緊緊咬住套管內(nèi)壁，同時丟手接頭在壓力作用下脫開，與投送管柱起出，加固管及懸掛裝置則留在需加固的井段中。 第五節(jié) 套管加固 2、操作方法 （1）用模擬筒進行模擬通井，在整形擴徑的套損部位無夾持力，保證加固裝置的順利下入。 （2）下入加固裝置至井下，使加固管位于套損井段正中。 （3

38、）投球打壓12-15MPa，使加固器卡瓦張開,緊緊咬住套管內(nèi)壁,升壓至20MPa剪斷銷釘，起出丟手接頭和投送管柱。 第五節(jié) 套管加固 3、適用范圍 丟手不密封加固因加固管與套管壁之間有一定的間隙，其上部的懸掛裝置也是卡瓦起作用，不能實現(xiàn)環(huán)空密封，因此，該方法多用在套管變形井的加固和油層部位套損井的加固。注水井錯斷整形擴徑后，不使用該方法加固，因注入水仍將會從加固處漏失，成為新的套損源。 第五節(jié) 套管加固 二、液壓密封加固 1、原理 利用液壓傳遞原理將地面泵車提供的壓力，通過動力工具內(nèi)的導壓孔作用于其活塞上，活塞向上運動，缸體相對向下運動，產(chǎn)生兩個大小相等、方向相反的作用力，推動上下脹頭工作，將

39、加固管兩端的特制鋼體擠貼到套管完好處，達到密封加固的目的。上提管柱拉斷連接套，完成丟手工作。 第五節(jié) 套管加固 打 壓加 固 2、操作方法 1）模擬通井：下入118mm3000m或114mm8000m通徑規(guī)模擬加固器通井，在整形擴徑的套損部位無夾持力，保證加固裝置的順利下入。 2）測井：對套損井段進行XY井徑測井，根據(jù)測井曲線選擇上下加固點和加固器。 3）校深：用管柱將加固器送至加固井段后，進行磁性定位測井，校正加固點的位置。 第五節(jié) 套管加固 4）加固：清水打壓緩慢升至13MPa，穩(wěn)壓10分鐘進行密封加固并拉斷丟手連接套。下放管柱，鉆壓至20-30KN，如管柱遇阻，證明丟手成功。 5）試壓：

40、對加固井段進行試壓，管柱結構為；油管+K344-95封隔器+油管+噴砂器+K344-95封隔器+尾管+絲堵，清水試壓15MPa，穩(wěn)壓30分鐘壓力不降為合格。 第五節(jié) 套管加固 三、長井段密封加固 前述的液壓密封加固技術對于提高修井質(zhì)量，防止套損蔓延起到了積極作用,但受工具結構的限制，加固長度一般只有10m，對于損壞井段達10m以上，中間沒有完好套管或找不到良好加固點的多點套損井和大段腐蝕井不能實施密封加固。對于部分二點或二點以上的多點套損井則需要進行多次加固，周期長、成本高。為解決上述問題研究了長井段密封加固技術。 第五節(jié) 套管加固 1、長井段密封加固原理 該密封加固器采用上、下分體器結構，替

41、代現(xiàn)有密封加固器的液壓座封器及拉桿等，中間可以根據(jù)實際井況連接長度在10-100m范圍內(nèi)的加固管，從而實現(xiàn)10-100m內(nèi)任意井段的密封加固。 第五節(jié) 套管加固 長井段密封加固原理目 錄第一節(jié) 套損的原因及預防措施第二節(jié) 套管損壞的類型 第三節(jié) 大修設計 第四節(jié) 套管整形第五節(jié) 套管加固第六節(jié)套管取換第七節(jié) 技術要點第六節(jié) 套管取換 取換套技術較早是用來修復淺層部位套管外漏、破裂和變形的，用于修復深部套管變形、錯斷、破裂和外漏井，修復井完成的指標與新井相同，能夠滿足分采、分注措施的要求，是最徹底的一種套損井修復方法。 一、工藝原理 套管取換的工藝原理是采用專用的套銑工具（套銑鉆頭、套銑筒等配套

42、工具），鉆銑套管周圍的水泥環(huán)及部分巖石，使之自由，下入套管內(nèi)割刀，磨銑工具及打撈工具將套損點以上及其以下適當部位的套管取至地面，然后下入新套管利用補接專用工具進行新舊套管的對接。第六節(jié) 套管取換取換套過程示意圖第六節(jié) 套管取換 二、取換套工具 1、套銑頭 1）基本結構形式 套鉆頭有二種結構形式。一種是套銑水泥環(huán)專用銑頭，另一種是套銑管外封隔器、扶正器及下斷口專用銑頭，基本結構形式見圖15。第六節(jié) 套管取換圖15 套銑鉆頭第六節(jié) 套管取換 2）基本技術參數(shù) 套銑頭基本技術參數(shù)見表6。第六節(jié) 套管取換 2、套銑筒 1) 基本結構形式 基本結構形式見圖16所示。 圖16 套銑筒1上接頭；2筒體；3下

43、接頭第六節(jié) 套管取換 2）基本技術參數(shù) 套銑筒基本技術參數(shù)見表7第六節(jié) 套管取換 3、套銑方鉆桿 1）基本結構 基本結構形式見圖17所示。圖17 套銑方鉆桿1上接頭；2六方本體；3下接頭第六節(jié) 套管取換2）基本參數(shù)基本技術參數(shù)見表8。第六節(jié) 套管取換 4、套管切割打撈工具 適時割取被套銑套管，以免因套銑筒內(nèi)套管過長造成彎曲后增大摩擦力，影響循環(huán)而堵塞套銑筒，使套銑筒被卡阻而扭斷，或套銑筒內(nèi)堵塞而無進尺。所以適時切割和打撈套管是非常重要的，切割套管一般常用機械式內(nèi)割刀，套管打撈和倒扣一般常用可退式撈矛、三滑塊撈矛、公錐、母錐。 第六節(jié) 套管取換 5、套管補接工具 套管補接工具是套銑完成后，新舊套

44、管串之間的連接專用工具。目前有封隔器式套管補接器和鉛封注水泥式套管補接器。第六節(jié) 套管取換 三、施工方法 取換套管的施工操作一般可分前期準備、套銑取套、補接完井三大部分。 1、取換套前期準備 取換套前期準備工作包括壓井、起原井管柱、核定套損點、整形擴徑、打撈落物、通井、丟手填砂、打井口導管、安裝鉆臺、配制套銑工作液等工序內(nèi)容。第六節(jié) 套管取換1）壓井 按標準執(zhí)行。2）起原井 按標準執(zhí)行。3）打印 按標準執(zhí)行。4）打通道 根據(jù)印痕情況，選用銑錐或梨形整形器整形復位。5）通井 鉛模通井至人工井底，按SY/T5587.3-93 標準執(zhí)行。 6）驗漏井段 井口-射孔井段上界，按SY/T5587.3-9

45、3 標準執(zhí)行。第六節(jié) 套管取換 7）丟手填砂 下入114mm5m加固管對套損點進行加固示蹤。加固管串結構自下而上為：114mm5m加固管+球座+油管短接+Y344-114封隔器+正反扣丟手接頭+油管。管串下至預定位置后，打壓座封封隔器，正轉管柱丟手填砂。 8）準備 固導管、安裝鉆臺、沖鼠洞、配泥漿、準備好一切材料及各種工用具。第六節(jié) 套管取換 2、套銑取套 1）套銑 套銑深度為套損點以下第2根套管接箍以上2m（如果采取對扣補接，套銑深度應在套損點以下第2根套管接箍以下2m）。第六節(jié) 套管取換 套銑要求： （1）如果水泥帽中有放氣管，應下入專用細牙套銑頭將水泥帽及放氣管套掉后，換普通套銑頭套銑；接單根重新啟泵時必須先轉動鉆盤2-5圈后再啟泵，排量逐漸加大，避免壓力激動；套銑至預計深度后，停鉆循環(huán)，至出口含砂2%后停泵。 （2）取套下入內(nèi)割刀和打撈工具分次切割打撈套管，最后將套損點以上套管全部取出。 第六節(jié) 套管取換 2）取套 操作要求： （1）每套銑進尺80-120m取套一次。 （2）鉆具丈量準確，割刀下至預定位置后正轉鉆具，以10-20r/min的轉速轉4-5圈（有效圈數(shù)）停轉下放鉆具，驗證是否坐卡，坐卡后上提管柱