修井工程-套管损坏的修复ppt课件

修井工程 套损井修复技术 套管的损坏变形直接影响油水井的正常生产 甚至导致油水井停产 报废 随着油田开采时间的延长 油水井套管变形损坏日趋严重 因此套管损坏的修理工作是油田开发过程中必须解决的一个重要问题 修理套管的工艺技术是井下作业 特别是大修作业不可缺少的手段 一 套管损坏的判断及验证方法 当发现以下现象时 可以初步判断套管可能已损坏 1 正常下钻时在某一位置遇阻 2 长期在井内生产的油管上提时遇卡 3 油井作业过程中 洗井返出水泥块 泥浆 4 正常作业过程中 突然大量漏失压井液 5 正常作业过程中 井内液面突然上升或有液体不断溢出 6 注水井突然泵压下降 注入量增加 而目的层无效果 7 油井正常生产过程中 突然有大量地层水 泥浆产出 8 油井正常生产过程中突然不出油 9 井口周围地面有油 气 水冒出 10 套管试压压力下降快或打不起压 一 套管损坏的判断及验证方法 当发现上述某些现象后 说明套管可能已经损坏 必须进一步证实套管损坏的具体位置 损坏程度及类型 方法如下 1 通井确定套管变形 错断的深度 2 打铅印确定套管变形深度与套管变形程度 套管错断深度及错断位移的大小 3 井径测井测出变形程度及变形井段长度 4 井下电视测井观看套管破裂形状 大小 深度 5 封隔器找漏确定套管破裂的大概井段 井下电视现场采集的图片 套管腐蚀穿孔套管弯曲 套管变形套管结垢缩径 套管破损套管裂缝 出水 二 套管损坏的类型 按损坏的程度和性质可以划分为三种类型 套管变形 由于压力变化 使套管内外压力失去平衡 并超过套管抗压强度时 套管就可能在一处或多处发生缩颈 挤扁或弯曲等变形损坏 套管损坏实物图片 套管破裂 由于种种原因造成套管壁上产生了孔洞或裂缝的现象 二 套管损坏的类型 螺旋开裂 套管损坏的几种形式 腐蚀 套管错断 是指套管轴向发生断裂 而在其径向上又发生了位移的双向变形叠加所造成的严重套管损坏 二 套管损坏的类型 套管损坏的一些类型 三 套管损坏的原因 1 地层运动是造成套管错断的主要原因 包括缩径 错断 弯曲等 2 长期注水造成泥岩膨胀引起的套管损坏 包括缩径 错断 弯曲等 3 化学腐蚀造成的套管损坏 如套管内外的液体含有Cl CO2 H2S长期腐蚀造成套管穿孔 4 套管质量差 强度低 不能满足长期在井下所承受的各种外力的作用 5 井下作业对套管造成损坏 多次的井下作业 尤其是酸化 压裂措施 不断使套管胀缩 腐蚀 如反复加压 卸载 气举快速放压等 也会造成套管损坏 修井作业中 套铣鞋 磨鞋在处理井下事故过程中也会对套管造成不同程度的损坏 误射孔 重复射孔造成的套管损坏 在试油施工中 抽汲掏空深度大于允许深度 使套管发生变形 封隔器坐封侧向冲击力造成的套管破裂 遇硬卡大力上提管柱也可能将套管胀坏 三 套管损坏的原因 四 套管损坏的危害 1 使生产管柱不能正常下入 2 损坏部位大量出水出砂 3 使生产管柱被卡 4 增产措施无法实施 5 造成套管外井喷 6 使油水井报废 五 套管损坏的修理方法 一 套管整形技术 二 套管补贴加固技术 三 取换套管工艺技术 一 套管整形技术套管整形与加固工艺技术就是针对套管变形 轻微错断井而发展完善起来的一项综合修复工艺技术 套管整形 是指用机械方法或化学方法对套管变形部位 错断部位进行复位修复 使其内径恢复或接近原套管内径的修井技术 整形方法分 机械整形和爆炸整形1 机械整形机械整形 利用钻具传递动力 使整形工具产生诸如旋转 下击 震击 碾压等动作 对套管变形或错断部位做功 使其恢复或接近原套管内的套管修复技术 一 套管整形技术 1 机械式整形 1 冲击胀管整形工具 梨形胀管器 工作原理 上提钻具一定高度 然后快速下放 利用钻具本身的重量或下击器施加的冲击力迫使工具的锥形头部楔入变形或错断套管部位进行挤胀 以恢复其内通径要求尺寸的目的 管柱结构自下而上为 梨形胀管器 配重钻铤 钻杆 1 冲击胀管整形 使用方法及要求 1 套管变形井段深度 变形尺寸 形状等应清楚 准确 2 首次整形应选用大于变形尺寸2mm的胀管器 3 胀管器冲击 挤胀变形井段无夹持力或很小后 更换下一级胀管器 4 冲胀力不够时 应增加开式下击器 增加钻铤根数来增大钻柱质量 不应提高冲胀距离和下放速度 5 同一级的整形工具未能有效通过 更换小一级差的工具整形 6 一般情况下不得越级差选用工具 注意事项 使用胀管器时 应选用不同尺寸逐级加大外径 但不可加大过多 每次胀管器通过后 下一次工具外径加大1 3mm 有些胀管器带有螺纹槽 在上提下放的活动中螺纹很容易被卸开 因此工具下井时一定要切实上紧 使用梨形胀管器对套管整形时 要根据套管变形情况 慢加压 轻顿 通过多次顿击通过变形位置 多次胀不开时 切忌高速下放冲胀 加压猛顿 强行通过 由于速度及下放高度的增加所产生瞬时冲击力很大 胀管器虽可强行通过 但套管被挤胀后钢材本身的弹性恢复力将使胀管器通过的尺寸缩小 造成卡钻 1 冲击胀管整形 2 旋转碾压法工具 偏心辊子整形器和三锥辊整形器 1 机械整形 原理 利用钻具传递转盘扭转动力 带动旋转碾压整形工具转动 在一定的钻压下 旋转对变形部位的套管不断的连续碾压 挤胀 使其逐渐恢复到原径向尺寸 2 旋转碾压法 工具 旋转震击式整形器原理 利用钻具传递转盘扭转动力 带动旋转震击式整形工具转动 因工具结构设计中整形头为一螺旋形曲面等分成三个高低不同的台肩 故而钻柱每转动一周 工具的锤体即对整形头有三次震击 从而对变形部位的套管产生三次冲击挤胀 3 旋转震击法 旋转震击式整形器结构式意图a 工具结构示意 b 工具螺旋形震击曲面 2 爆炸法整形 原理 用管柱或电缆携带炸药药柱到套损井段 投撞击棒或接通电源 引爆炸药 炸药爆炸后产生的高温高压气体及强劲的冲击波在套管内的油水等介质中传播 当到达损坏套管内表面时 产生向外扩张的径向力 使套管向外扩张 从而达到整形复位的目的 适用 变形 错断 通径小于95mm 断口通径在70mm以上的机械整形无法的严重套损井况 一 套管整形技术 3 磨铣扩径法 原理 通过使用铣锥磨铣 把凸出部分磨掉 使通径扩大 这种方法有时需要其它修复方法配合 如磨铣后挤水泥或下内衬管等 以保证整修质量 适用 套管缩径较严重或有一些错断情况 二 套管补贴加固技术 套管补贴加固技术是与套管整形技术配套的套管修复工艺技术 套管变形或错断井经过整形后 只是内径尺寸得到了基本恢复 为了使整形效果得以保持 尽量发挥修复后的功能 还应对修复后的套管进行补贴加固 尤其是套管错断或变形量较大 经过爆炸整形或磨铣扩径后套管损坏严重的井段 必须进行补贴加固 不整形则无法加固 而整形复位后不加固则易发生再次变形 错断 且变形 错断的速度也快 1 挤水泥封固 对于套管穿孔和通径无变化的套管破裂 可采用对破裂部位挤水泥浆封固的方式 挤水泥的目的是在套管外形成新的水泥环 这种修复方法的优点是施工简便 成本费用低 缺点是浅层不适用 地层越浅 越难承受高压 2 套管内衬管补贴加固 将组装好的补贴管和专用补贴工具用油管送到预定井深位置 定位校深后 用水泥车从油管内打压 启动动力坐封工具 使工具活塞向上运动 缸体相对向下运动 产生两个大小相等 方向相反的力 向下的力通过坐封套作用于上锥体 向上的力通过拉杆 丢手机构作用于下锥套 将补贴管上 下两端的金属锚锚爪胀开 咬紧在套管内壁上 同时两端的软金属密封材料受挤压变形 密封了补贴管外两端的环形空间 达到了加固密封的目的 当水泥车压力升到20 25MPa时 丢手机构启动 补贴工具与补接工具脱离 提出补贴加固工具 补贴管固定在补贴位置 补贴完成 该技术不仅适用于套管整形修复后的补贴加固 还适用于套管腐蚀穿孔 破裂 螺纹漏失的修复 以及高含水 高含硫 误射孔段的封堵等 3 套管外衬管补贴加固 浅层部位套管发生损坏 可以在套管外部套下一层直径大一些的套管 将损坏部位覆盖住 然后在两层套管之间挤注水泥固井 这种方法的优点是施工后套管内径不改变又能承受高压 缺点是施工成本较高 4 波纹管补贴 采用的是一种壁厚为3mm的波纹管下至预定位置后 用一个叫胀头的工具从波纹管的下方拉向上方 将波纹管拉平胀开 牢牢补贴在穿孔位置 波纹管外涂有一层环氧树脂 使波纹管与套管密封 1 补贴工具 补贴工具连接顺序自上而下为 滑阀 震击器 水力锚 液缸 止动环 加长杆 安全接头 刚性胀头 弹性胀头 导向头 波纹管应接在止动环以下 刚性胀头以上 活塞拉杆 加长杆 安全接头由波纹管内穿过 波纹管现场焊接加长时 应用专用卡盘对正焊接 止动环 滑阀结构主要由中心管 扶正器和阀套所组成 作用原理是工作时 滑阀的上端接连管柱 下端连接补贴工具其它部件 扶正器的弹簧片与套管内壁紧贴在一起 由于套管壁摩擦力的作用 在上提管柱或下放管柱时 滑阀分别处于关闭或打开状态 这样 便起到了切断和连通油 套管环形空间的作用 震击器套管补贴工艺中所应用的震击器属下击器 工作原理是将其连接在水力锚的上端 当卸压后水力锚因某种原因不能收回时 利用它震击解卡 从而 保证管柱及工具在卸压后能上下活动 波纹管补贴工具 水力锚 结构主要由锚体 锚爪和弹簧片组成 水力锚 工作原理是从管柱内打入高压液体 作用在水力锚上 迫使锚爪扩张伸出锚体 紧紧咬在套管内壁上 为整个补贴工具和补贴波纹管定位 保证套管补贴部位的准确 与此同时 补贴工具在工作时产生一部分作用力 也通过水力锚分散到套管上 工作结束时 由于管柱内不再打入高压液体 没有压力作用 则锚爪自行收回 水力锚 液压缸液压缸是套管补贴的重要工具 其结构分上液缸 下液缸 止动环和两组活塞 活塞拉杆等 液压缸工作原理是将管柱中传递过来的液体压力 转换成为活塞拉杆的上提拉力 带动拉杆下部的刚 弹二级胀头进行补贴 液压缸上 下两组活塞产生的力同时作用在活塞拉杆上 该液压缸在35MPa的水力压力下 活塞拉杆能产生4 1 105N的拉力 活塞拉杆的作用行程为1 5m 可以满足施工需要 胀头部分胀头部分是套管补贴工具中的一个重要关键部件 其结构由安全接头 刚性胀头 弹性胀头 导向头等组成 波纹管补贴工具 弹性胀头 上部安全接头的作用原理是 一旦胀头被卡在套管中 管柱和工具既不能起出 又不能放下时 通过旋转管柱 剪断安全销钉 使安全接头的上部位与以下部位脱开 这样 就可以起出安全接头以上的管柱和工具 为下一步处理胀头部分创造条件 各部件作用与工作原理是 工作时刚性胀头先起作用 它将具有八个梅花瓣状的波纹管胀成喇叭口形 然后 弹性胀头锥入已成喇叭状的波纹管内 依靠八瓣球状工作面挤压波纹管 使它充分胀圆 紧紧贴在套管内壁上 补贴原理示意图 2 作用原理 补贴工具系列经组装后与波汶管一同下至预计深度 在液压作用下 双液缸将液体的压力变成机械上提力 带动液缸下部的活塞拉杆上行 而活塞拉杆下部接有刚性 弹性胀头一同上行 刚性胀头上部呈锥状 初步将波纹管胀开 为弹性胀头进入波纹管创造一定条件 弹性胀头进一步将波纹管胀圆胀大 紧紧贴在套管内壁上 液缸下部有止动环限位 初步行程为1 5m 然后上提管柱完成补贴全过程 补贴后的波纹管在抗压性能方面不如两端悬挂密封的补贴衬管 尤其是在套管破损尺寸较大时 其抗外挤强度较小 因此 波纹管补贴主要用于密封性补贴 封堵通径未改变的腐蚀穿孔和误射孔段等漏失性损坏 而不用于套管损坏严重的加固补贴 1 压井 起原井管柱2 通井 通井深度至补贴井段以下10 20m 通井规小于套管尺寸8 10mm 起出后应仔细检查表面及下端面有无划痕等情况 3 下入双封隔器管串进行套管查漏 找出漏点的确切位置 4 补贴井段预处理 用套管刮削器反复刮削补贴井段 刮削深度至补贴井段以下10 20m 同时开泵循环 冲洗出刮下的蜡 油等污物 5 井径测井 井口及补贴井段应进行双井径测井 横向比例为1 200 测井后应在现场解释测井结果 给出井口处最小径向数值 补贴井段最大 最小和平均径向数值 波纹管补贴套管的操作方法 6 装配补贴工具及波纹管 波纹管补贴工具 波纹管 套管补贴现场 7 下补贴管柱1 井口通径小于弹性胀头自由外径时 应用卡盘将弹性胀头收拢 2 导向头 胀头 波纹管等工具入井时 应对正扶稳缓慢入井 3 波纹管长度超过8m时 应先将波纹管入井 然后穿入加长杆 再将波纹管和补贴工具一同提出 在井口安装安全接头及胀头等 4 波纹管入井时 逐段均匀涂抹粘接剂 环氧树脂 和固化剂 胺类和酸酐类 其配比为2 1 波纹管及补贴工具入井时 下放速度不超过1m s 8 补贴 补贴有两种方法 一种是憋压法补贴 另一种是憋压与上提法补贴 补贴方法如下 1 核对补贴管柱深度 允许误差为 0 05m 核对指重表 记录补贴管柱悬重 2 连接地面管线 泵车及井口流程 3 上提管柱1 5m关闭滑阀 4 补贴操作 1 憋压法补贴A 泵注工作液 升压程序为6MPa 20MPa 28MPa 32MPa 最高不超过35MPa 每个压力点保持压力2 5min B 第一行程憋压完成后 放空压力 上提管柱1 4 1 5m 按上述憋压升压程序完成第2 3等行程的补贴 直至补贴完毕 2 憋压与上提法补贴A 用憋压法完成第一行程的补贴 B 放空压力 上提管柱1 5m以内 载荷应为补贴管柱悬重 上提速度0 5m s左右 C 1 5m空载行程结束以后 上提负荷不超过补贴工具工作负荷 上提速度不超过0 5m s 直至完成补贴 5 补贴完成后 试提管柱 悬重应与补贴前悬重一致 9 候凝 起出补贴管柱 候凝固化时间不少于48小时 10 井径测井检查补贴波纹管位置 方法和要求与补贴前井径测井方法相同 11 下双封隔器加节流器管串进行憋压 检查补贴效果 验证补贴后套管承内压情况 要求封隔器上 下卡点距波纹管上下端各0 5 1m 12 按设计要求替出修井液 完井管柱应符合地质方案要求 四 技术要求1 补贴前应清除补贴井段套管内壁锈蚀污垢等 2 下补贴工具时 注意检查水力锚锚爪爪齿方向 齿尖应向上 不得装反 3 下补贴管柱时 注意补贴管柱 工具等螺纹应涂密封脂 上扣扭矩应为3 2 3 6kN m 4 地面管线试压压力为补贴时最高承压的1 25 1 5倍 稳压5min无滴漏为合格 5 憋压与上提法补贴 最大静提升载荷不得超过400kN 上提速度不得超过0 5m s 6 波纹管补贴位置相对误差 0 3m 7 补贴后套管内径减少6 7mm 8 由于波纹管强度有限 当漏点面积超过10cm2 或裂缝长度超过50cm 宽度超过2cm时 应用其它修复方法 9 封堵射孔段时 考虑到套管内径在射孔后会扩大2 3mm 应在射孔段处的波纹管外加贴1mm的玻璃丝布 六 注意事项 一 材料准备方面1 压井液性能应能满足压井作业的需要 并对补贴工具无腐蚀 2 工作液性能应能满足补贴憋压的需要 其杂质含量应低于2 不含泥沙 并对补贴工具无腐蚀破坏作用 3 粘接剂与固化剂应能与井下工作温度相适应 并密封保存 二 专用管线与配件方面1 地面管线用油管 工作压力不低于40MPa 2 活动弯头 三通 由壬等配件螺纹无损伤 并经试压合格 三 专用工具阀杆1 通井规外径应大于或等于补贴工具外径 但最大不超过2mm 通井规长度应超过补贴工具长度100 200mm 2 套管刮削刀片自由伸出外径应大于套管内径4 6mm 其刀片刀刃规整 无缺口 3 套管补贴工具 波纹管及专用卡盘应符合有关产品标准的技术要求 四 其它设备和工具方面1 压力表 指重表等仪器 仪表灵敏 准确 2 泵车工作压力应不低于40MPa 3 井架高度应能满足一次入井波纹管长度要求 五 安全施工方面1 起下管柱过程中 如有遇卡或遇阻现象 要等查明原因后才能进行下部施工 2 因工具外径较大 下模拟管柱和补贴管柱应限速下入 3 套管接箍深度以套管接箍放磁图深度为准 4 施工中严格执行设计 遇到紧急故障 按紧急故障处理程序进行处理 5 严格按照企业的井下作业安全技术规程组织生产 要特别注意防火 防工程事故 防环境污染和人身安全事故等工作 井场要害部位要有醒目的安全标识 六 井控方案1 所有上井的封井器 采油树均需试压 并有试压合格证 保证各手轮开关灵活 各连接处密封 2 装封井器时 连接部位的钢圈 钢圈槽必需完好无损 清洗干净 涂均匀黄油 螺栓齐全 法兰平整并上紧螺栓 保证密封 3 封井器的开关控制装置灵活好用 能随时关闭井口 使井口处于有控状态 4 现场一定要按照有关井控工作管理制度进行操作 定期进行防喷演习 5 爆炸补贴加固 是将具有一定形状 规格尺寸的补贴钢管及其上下密封辅助装置用专用爆炸工具连接管柱送入井内 或用电缆连接送入井内的预加固井段 然后引爆雷管 炸药 在爆炸的高压作用下 补贴加固钢管上下两端的软金属环被压缩到钢衬管与套管间的环空密封钢衬管上下两端 并使两端牢牢地贴在套管内壁上 爆炸后 专用工具则从钢衬管中脱开 可顺利起出 加固即完成 6 爆炸焊接加固 利用专用工具将焊接管下到预定位置 经校深无误后 点火启动微型火箭发动机 产生高温高压气体 在加固井段形成一定长度的气体断塞 接着 在点火延迟机构作用下 焊接炸药爆炸 爆炸产生的能量使焊管以5 7km s的速度向外扩张 在两层钢管之间产生一股高速金属射流 使管壁表面5 7 的金属层从表面剥落 产生新鲜清洁的表面 在高压下结合成新的有机整体 完成密封焊接 但此项技术应用难度大 难以推广 三 取换套管工艺技术 取换套管工艺技术 是针对严重错断井 变形井 破裂外漏井而发展完善起来的一项修井工艺技术 优点 修复完全彻底 完全可以恢复原井的一切技术指标和功能 有效期长 不需要复杂的专用修井工具 缺点 施工周期相对较长 成本较高 工艺原理 采用专用的套铣工具 套铣钻头 套铣筒等配套工具 套铣套管周围的水泥环及部分岩石 使套管自由 采用切割或倒扣的方式将套损点以上及其以下适当部位的套管取出 然后下入新套管对扣或用补接器补接 将损坏的套管换掉 达到修复的目的 对扣换套工艺技术 用倒扣打捞的方法将坏套管捞出 然后下入完好套管与底部套管对扣连接 所下入的完好套管底部有时要连接带引鞋的对扣接头 以保证对扣的成功 一 工艺原理补接换套的工艺原理是采用专用的套铣工具 套铣钻头 套铣筒等配套工具 钻铣套管周围的水泥环及部分岩石 使之自由 下入套管内割刀 磨铣工具及打捞工具将套损点以上及其以下适当部位的套管取至地面 然后下入新套管利用补接专用工具进行新旧套管的对接 补接换套工艺技术 二 取换套工具1 套铣头1 基本结构形式套钻头有二种结构形式 一种是套铣水泥环专用铣头 另一种是套铣管外封隔器 扶正器及下断口专用铣头 基本结构形式见图15 图15套铣钻头 2 套铣筒1 基本结构形式基本结构形式见图16所示 图16套铣筒1 上接头 2 筒体 3 下接头 3 套铣方钻杆1 基本结构基本结构形式见图17所示 图17套铣方钻杆1 上接头 2 六方本体 3 下接头 4 套管切割打捞工具适时割取被套铣套管 以免因套铣筒内套管过长造成弯曲后增大摩擦力 影响循环而堵塞套铣筒 使套铣筒被卡阻而扭断 或套铣筒内堵塞而无进尺 所以适时切割和打捞套管是非常重要的 切割套管一般常用机械式内割刀 套管打捞和倒扣一般常用可退式捞矛 三滑块捞矛 公锥 母锥 5 套管补接工具套管补接工具是套铣完成后 新旧套管串之间的连接专用工具 目前有封隔器式套管补接器和铅封注水泥式套管补接器 铅封注水泥补接器除利用铅环压缩变形的一次密封外 还可以注水泥固井 用水泥进行二次密封 1 铅封注水泥式套管补接器 基