起套管事故典型原因分析及其預(yù)防

汪光太，樊 健

固井作為一項系統(tǒng)性強、涉及工序多、施工時間短、風(fēng)險較高，需要各施工方密切配合和協(xié)調(diào)的施工作業(yè)，一次性成功是共同追求的目標(biāo)。

下套管是在鉆井過程中正常中完、套管完井作業(yè)時不可缺少的重要環(huán)節(jié)，屬于固井作業(yè)中關(guān)鍵流程之一。但因套管串的結(jié)構(gòu)、組成和強度等方面有不同于常規(guī)鉆柱的特殊性，使得下套管作業(yè)的風(fēng)險比較高。在鉆井過程中如何全面識別下套管作業(yè)面臨的主要潛在風(fēng)險，并在下套管作業(yè)前和下套管作業(yè)過程中采取合理的風(fēng)險削減程序、手段和方法，避免發(fā)生起套管事故，對于提質(zhì)增效、確保將套管一次性順利下到設(shè)計位置顯得非常重要。

1 起套管事故的危害

起套管是鉆井過程中不希望發(fā)生的事件，屬于事故范疇。因為起套管會打破設(shè)計好的生產(chǎn)作業(yè)計劃，造成高風(fēng)險的重復(fù)作業(yè)，延遲正常的鉆井進(jìn)程，除給鉆井作業(yè)帶來額外的人力、物力、財力等經(jīng)濟(jì)損失外，還會給后續(xù)作業(yè)帶來危害和隱患，具體體現(xiàn)在以下幾方面。

1）發(fā)生抽吸，引起坍塌、溢流。套管外環(huán)形空間較小，起套管過程中比正常起鉆柱時的抽吸作用更強，可使井筒壓力突降而引發(fā)井壁掉塊、坍塌，同時地層中流體容易進(jìn)入井筒導(dǎo)致溢流[1]。

2）掉落扶正器。技術(shù)套管、生產(chǎn)套管大都安有套管扶正器，起套管易引發(fā)扶正器脫落，導(dǎo)致二次事故，磨銑處理扶正器落物增加額外的非生產(chǎn)時間和鉆井成本[2]。

3）損壞套管扣。下套管遇阻、上提遇卡時大負(fù)荷上提下放活動，套管螺紋應(yīng)力變化大且頻繁，易造成螺紋變形，加上下套管時難以完全避免隱形碰傷、偏斜對扣、引扣不到位、上扣速度快等使用操作不當(dāng)造成的黏扣，使得黏扣套管起出后，只能報廢，不能重下[3]。

4）磨損套管，降低其強度。下套管、起套管、再下套管，會加重套管螺紋的磨損，卸套管時易損壞螺紋，特別是將目視檢查不能發(fā)現(xiàn)的隱性疲勞損傷、黏扣套管重新入井，會影響套管連接螺紋的密封性能和承載能力，甚至導(dǎo)致脫扣，使套管柱螺紋連接強度減低、使用壽命縮短。

5）增加卡套管風(fēng)險。起套管作業(yè)相當(dāng)于延長了下套管作業(yè)時間，長時間作業(yè)易使泥巖地層吸水膨脹，起套管的作業(yè)時間會超過巖鹽層等蠕變性地層原測定的蠕動安全作業(yè)時間，導(dǎo)致井眼縮徑，同時起套管時會刮積鉆井液形成的井壁濾餅，這些綜合因素易導(dǎo)致起套管遇卡，增加卡套管風(fēng)險。

6）損壞密封件。起回接套管時，會造成回接插頭密封件磨損、脫落而報廢。

2 起套管典型原因分析

起套管事故并非只發(fā)生在深部地層，而是各次開鉆均可發(fā)生。通過收集近幾年的起套管案例，發(fā)現(xiàn)下套管遇阻并不是導(dǎo)致起套管的唯一原因，未通井也并非是造成起套管的唯一因素，通過綜合分析表明，引發(fā)起套管的典型案例原因詳見表1：

1）設(shè)計變更。像W1井（表1）一樣，在下套管過程中突然決定更換套管種類和壁厚、改變套管串結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致起套管。

表1 起套管典型案例

續(xù)表1

2）套管串工具選型不合理。選擇的尾管懸掛器內(nèi)徑太小且下套管前未對其通徑，使下一層尾管懸掛器時不能通過，如W2井。

3）未通井。下套管前不通井或部分裸眼段通井，即使是幾十米深的表層套管，也難以將其下到設(shè)計位置，如W3井。

4）短起下鉆當(dāng)通井。通井是井眼準(zhǔn)備的必備過程，短起下鉆當(dāng)通井也會造成套管難以順利下入，如W4井。

5）下套管前調(diào)低鉆井液密度。為壓穩(wěn)地層，防止地層坍塌和縮徑，下套管前井眼準(zhǔn)備時應(yīng)避免將鉆井液密度降得比鉆進(jìn)時還低，否則會影響順利下套管，如W5井。

6）套管浮箍(回壓凡爾)失效。如套管浮箍質(zhì)量欠佳，下到一定深度會使套管浮箍損壞而不能起正常作用，下套管阻力增加，開泵不通，如W6井。

7）套管浮箍(回壓凡爾)安裝錯誤。套管浮箍上下順序不能安顛倒，否則下到某一深度，阻力會突然增加，接循環(huán)頭開泵會憋壓不通，被迫起套管，如W7井。

8）將劃眼當(dāng)通井。下鉆通井時不順暢，存在多處阻卡點和長段劃眼段時，劃眼到底后必須短起下鉆和重新通井確認(rèn)，如劃眼后不通井，下套管也存在不順的隱患，如W8井。

9）套管內(nèi)落物。套管內(nèi)掉落物時，也必須及時起套管進(jìn)行處理，如W9井。

10）通井鉆具組合欠佳。通井是下套管前井眼準(zhǔn)備時的必經(jīng)過程，通井的關(guān)鍵在于選擇合適的鉆具組合，而采用光鉆鋌鉆具組合下鉆，只能起到劃眼的作用，不能全面修正井壁和清除虛濾餅，也無法模擬下套管時的窄環(huán)空情況，下套管時遇阻在所難免，如W10井、W11井。

11）套管水眼被堵。井眼準(zhǔn)備調(diào)整鉆井液性能時如不及時篩除堵漏材料，易造成下套管灌漿時堵塞浮箍，而使開泵循環(huán)不通，如W12井。

12）地層井漏。套管下到位，循環(huán)頂通水眼時如發(fā)生井漏，應(yīng)及時起套管，如W13井。

13）套管未有效刮壁。下回接套管前也需做好井眼準(zhǔn)備，如不刮套管壁或刮壁器尺寸太小，都會給下回接套管帶來隱患，如W14井。

14）回接套管插入不密封。遇阻強壓，損壞喇叭口，插頭密封件毀壞，插入頭回接不到位，無法密封承壓，如W15井。

3 預(yù)防發(fā)生起套管事故的措施和方法

避免起套管事故，不能只想到井眼準(zhǔn)備方面，而應(yīng)堅持問題導(dǎo)向，通過全面分析各種起套管事故典型原因，應(yīng)在設(shè)計、套管和附件、井眼準(zhǔn)備、現(xiàn)場操作等方面做全盤考慮，采取相應(yīng)的措施和方法，起套管事故是可防可控的。

3.1 重視設(shè)計源頭管理

套管設(shè)計一方面要使其抗拉、抗擠、抗內(nèi)壓強度滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，另一方面還需考慮套管防腐、螺紋氣密封等生產(chǎn)要求。堅持這兩大原則的同時，還要特別關(guān)注庫存和套管采購進(jìn)度，設(shè)計套管時不選庫存中沒有的套管種類和采購進(jìn)度難以滿足鉆井進(jìn)度要求的套管材料，同時堅持設(shè)計的嚴(yán)肅性，避免鉆井過程中等套管和更改套管串設(shè)計的情況發(fā)生，從而防止在下套管過程中又去更換套管種類和壁厚、改變套管串結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致起套管。

3.2 確保套管及其附件質(zhì)量

入井套管到井后應(yīng)及時檢查和通徑，核查鋼級、壁厚與設(shè)計的一致性，特別應(yīng)核實尾管懸掛器內(nèi)徑尺寸，應(yīng)能滿足下一開鉆完井時，鉆完井工具的通過性，防止下一級尾管懸掛器不能通過上一級尾管懸掛器的情形發(fā)生。

套管浮箍應(yīng)經(jīng)過出廠檢驗，采用合格產(chǎn)品，標(biāo)明承壓能力，套管浮箍除耐溫性、密封性和可鉆性要求外，承壓能力必須符合下套管作業(yè)和固井設(shè)計要求，禁止有瑕疵的套管浮箍入井。

3.3 強化井眼全面準(zhǔn)備

井眼準(zhǔn)備是預(yù)防發(fā)生起套管事故的關(guān)鍵過程。對于裸眼井段下套管，要從地層壓力平衡、井壁穩(wěn)定低阻、起下通暢、鉆井液清潔性和潤滑性能等方面著手，注重全面性，把握以下工藝環(huán)節(jié)。

1）下套管前壓穩(wěn)。為壓穩(wěn)地層，下套管前井眼準(zhǔn)備時，不可為提高下套管速度而將鉆井液密度降得比鉆進(jìn)時還低，以防地層掉塊、坍塌和縮徑。

2）下套管和固井期間壓穩(wěn)。在鉆井過程中發(fā)生過漏失的井段或承壓低存在潛在漏失的層位，應(yīng)設(shè)法進(jìn)行承壓堵漏，提高地層承壓能力，使其滿足下套管和注水泥期間的最高當(dāng)量循環(huán)密度。

3）蠕變地層評價和改造。對于含有蠕變泥巖、膏鹽巖的裸眼井段，應(yīng)進(jìn)行蠕變測量，評價下套管和固井作業(yè)時間的安全性。存在危險、不在安全作業(yè)時間范圍內(nèi)的應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)眼，確保下套管和固井安全。

4）通井。對于地層復(fù)雜的裸眼段，可以先進(jìn)行光鉆鋌鉆具組合通井，但不能作為井眼通暢性的依據(jù)，還必須接配有穩(wěn)定器的鉆具組合通井，帶穩(wěn)定器的通井組合，其關(guān)鍵不在于穩(wěn)定器數(shù)量，而在于穩(wěn)定器的有效工作直徑，必須確保穩(wěn)定器外徑磨損不超過2 mm。

通井過程中對電測縮徑井段、起下鉆遇阻卡井段、全角變化率超過設(shè)計規(guī)定的井段必須劃眼。通井到底后對于上部劃過眼的井段應(yīng)進(jìn)行短起下鉆拉井壁，直至進(jìn)一步確認(rèn)井眼通暢為止。

5）循環(huán)和注封閉液。通井過程中對于定向井、水平井應(yīng)分段循環(huán)，在全角變化率大的井段反復(fù)大幅度活動鉆具，以清除巖屑床，到底后大排量循環(huán)鉆井液并活動鉆具。進(jìn)一步調(diào)整鉆井液性能，進(jìn)出口密度一致后，按設(shè)計排量洗井，洗井時間不少于兩個循環(huán)周，直至振動篩處無巖屑返出。最后起鉆前可在關(guān)鍵井段注入高黏、含潤滑劑的封閉液。

對于尾管回接時的套管井眼準(zhǔn)備，更需重視，據(jù)不完全統(tǒng)計，在尾管回接時發(fā)生的起套管事故最多，占比超過30%以上?；亟犹坠芫蹨?zhǔn)備，必須做到刮管通井、銑喇叭口、銑回接筒缺一不可。首先下帶刮管器的鉆具組合進(jìn)行刮管、通井作業(yè)，刮除附于套管壁上的水泥、巖屑和泥垢。根據(jù)回接筒長度、內(nèi)徑，合理確定銑錐、銑柱組合，最安全的辦法是銑錐、銑柱單獨下，先用銑錐拋銑喇叭口，再用銑柱拋銑回接筒內(nèi)部。在銑柱起鉆前，要進(jìn)行停泵、鉆柱不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的試插，確保試插到位[4]。

4 精心現(xiàn)場操作作業(yè)

精心操作也是確保下套管順利的重要保證。

1）保護(hù)好喇叭口。尾管懸掛倒扣后應(yīng)實測核對尾管懸掛深度，尾管固井后鉆上塞過程中，在距喇叭口3 m時，應(yīng)采用10～20 kN的低鉆壓、30 r/min的低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，密切關(guān)注扭矩和進(jìn)尺的變化情況，當(dāng)鉆塞到喇叭口深度且出現(xiàn)扭矩增加、鉆速慢或有跳鉆現(xiàn)象時應(yīng)立即停止鉆塞，避免損壞喇叭口和回接筒。

2）正確安裝浮箍。套管浮箍在地面檢查時，應(yīng)標(biāo)明上下方向，確保井口安裝時上下順序不顛倒，浮箍入井后，應(yīng)及時觀察井口返漿或自灌情況。

3）控制下放速度。根據(jù)環(huán)空返速、地層承壓等參數(shù)來確定和控制套管柱下放速度，以防沖刷掉塊和激動壓力壓漏地層。

4）及時灌漿檢查。應(yīng)專人觀察和記錄井口鉆井液返出情況，對于普通型浮箍或自灌浮箍失效后，應(yīng)及時向套管內(nèi)灌滿鉆井液[5]，或采用循環(huán)下套管新工藝。

5 建議

1）尾管懸掛器回接筒內(nèi)徑和長度應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化。以便采用通用銑錐銑柱一體化管柱，應(yīng)用一趟鉆技術(shù)對尾管喇叭口、回接筒進(jìn)行拋銑作業(yè)，提高一次拋銑成功率，降低作業(yè)成本。

2）承壓堵漏存在風(fēng)險時，應(yīng)考慮雙向調(diào)節(jié)，調(diào)整固井設(shè)計，合理降低水泥漿密度。

3）下套管前裸眼井必須配接外徑滿足要求的穩(wěn)定器鉆具組合通井，達(dá)到鉆柱起下無阻卡，不得以短起下鉆代替全井通井，即使表層井眼準(zhǔn)備也該如此；對尾管回接的套管井眼準(zhǔn)備，必須采用尺寸符合要求的刮管器鉆具組合通井。

4）通井前進(jìn)行過堵漏的井，應(yīng)篩除堵漏材料，確保鉆井液清潔，循環(huán)時應(yīng)用濾清器，以防堵塞浮箍。

5）不采用試下套管或下試插套管串方法。

6）鉆機(jī)安有頂驅(qū)時，對于復(fù)雜深井、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井裸眼固井推薦采用頂驅(qū)下套管裝置，應(yīng)用循環(huán)下套管工藝，提高下套管效率，降低鉆井成本，避免套管事故的發(fā)生。

7）發(fā)揮鉆井監(jiān)督參謀作用，強化過程控制，鉆井監(jiān)督需熟悉和仔細(xì)解讀設(shè)計，嚴(yán)把設(shè)計執(zhí)行關(guān)，對入井套管和附件、井眼準(zhǔn)備、下套管作業(yè)應(yīng)旁站監(jiān)督，及時檢查。

[1]李 哲,王金國,楊兆中.油氣井下套管過程中環(huán)空嚴(yán)重堵塞時安全起套管研究[J].鉆采工藝,2012,35(5):104-106.

[2]蔣希文.鉆井事故與復(fù)雜問題[M].北京:石油工業(yè)出版社,2006.

[3]呂拴錄,駱發(fā)前,周 杰,等.API油套管粘扣原因分析及預(yù)防[J].鉆采工藝,2010,33(6):80-83.

[4]郭文猛,孫萬興,李利軍,等.塔里木油田山前構(gòu)造短回接固井技術(shù)應(yīng)用與分析[J].新疆石油科技,2013,23(4):3-5.

[5]馬智強.套管及下套管復(fù)雜情況[J].科技致富向?qū)?2013(30):228.