起套管事故典型原因分析及其預防

汪光太，樊 健

固井作為一項系統性強、涉及工序多、施工時間短、風險較高，需要各施工方密切配合和協調的施工作業，一次性成功是共同追求的目標。

下套管是在鉆井過程中正常中完、套管完井作業時不可缺少的重要環節，屬于固井作業中關鍵流程之一。但因套管串的結構、組成和強度等方面有不同于常規鉆柱的特殊性，使得下套管作業的風險比較高。在鉆井過程中如何全面識別下套管作業面臨的主要潛在風險，并在下套管作業前和下套管作業過程中采取合理的風險削減程序、手段和方法，避免發生起套管事故，對于提質增效、確保將套管一次性順利下到設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生的事件，屬于事故范疇。因為起套管會打破設計好的生產作業計劃，造成高風險的重復作業，延遲正常的鉆井進程，除給鉆井作業帶來額外的人力、物力、財力等經濟損失外，還會給后續作業帶來危害和隱患，具體體現在以下幾方面。

1）發生抽吸，引起坍塌、溢流。套管外環形空間較小，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井壁掉塊、坍塌，同時地層中流體容易進入井筒導致溢流[1]。

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

3）損壞套管扣。下套管遇阻、上提遇卡時大負荷上提下放活動，套管螺紋應力變化大且頻繁，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現的隱性疲勞損傷、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）增加卡套管風險。起套管作業相當于延長了下套管作業時間，長時間作業易使泥巖地層吸水膨脹，起套管的作業時間會超過巖鹽層等蠕變性地層原測定的蠕動安全作業時間，導致井眼縮徑，同時起套管時會刮積鉆井液形成的井壁濾餅，這些綜合因素易導致起套管遇卡，增加卡套管風險。

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生在深部地層，而是各次開鉆均可發生。通過收集近幾年的起套管案例，發現下套管遇阻并不是導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，引發起套管的典型案例原因詳見表1：

1）設計變更。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、改變套管串結構而導致起套管。

表1 起套管典型案例

續表1

2）套管串工具選型不合理。選擇的尾管懸掛器內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，也難以將其下到設計位置，如W3井。

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

5）下套管前調低鉆井液密度。為壓穩地層，防止地層坍塌和縮徑，下套管前井眼準備時應避免將鉆井液密度降得比鉆進時還低，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，接循環頭開泵會憋壓不通，被迫起套管，如W7井。

8）將劃眼當通井。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，如劃眼后不通井，下套管也存在不順的隱患，如W8井。

9）套管內落物。套管內掉落物時，也必須及時起套管進行處理，如W9井。

10）通井鉆具組合欠佳。通井是下套管前井眼準備時的必經過程，通井的關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。井眼準備調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，而使開泵循環不通，如W12井。

12）地層井漏。套管下到位，循環頂通水眼時如發生井漏，應及時起套管，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 預防發生起套管事故的措施和方法

避免起套管事故，不能只想到井眼準備方面，而應堅持問題導向，通過全面分析各種起套管事故典型原因，應在設計、套管和附件、井眼準備、現場操作等方面做全盤考慮，采取相應的措施和方法，起套管事故是可防可控的。

3.1 重視設計源頭管理

套管設計一方面要使其抗拉、抗擠、抗內壓強度滿足標準規定，另一方面還需考慮套管防腐、螺紋氣密封等生產要求。堅持這兩大原則的同時，還要特別關注庫存和套管采購進度，設計套管時不選庫存中沒有的套管種類和采購進度難以滿足鉆井進度要求的套管材料，同時堅持設計的嚴肅性，避免鉆井過程中等套管和更改套管串設計的情況發生，從而防止在下套管過程中又去更換套管種類和壁厚、改變套管串結構而導致起套管。

3.2 確保套管及其附件質量

入井套管到井后應及時檢查和通徑，核查鋼級、壁厚與設計的一致性，特別應核實尾管懸掛器內徑尺寸，應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生。

套管浮箍應經過出廠檢驗，采用合格產品，標明承壓能力，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和固井設計要求，禁止有瑕疵的套管浮箍入井。

3.3 強化井眼全面準備

井眼準備是預防發生起套管事故的關鍵過程。對于裸眼井段下套管，要從地層壓力平衡、井壁穩定低阻、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，把握以下工藝環節。

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

2）下套管和固井期間壓穩。在鉆井過程中發生過漏失的井段或承壓低存在潛在漏失的層位，應設法進行承壓堵漏，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量循環密度。

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，應進行蠕變測量，評價下套管和固井作業時間的安全性。存在危險、不在安全作業時間范圍內的應進行擴眼，確保下套管和固井安全。

4）通井。對于地層復雜的裸眼段，可以先進行光鉆鋌鉆具組合通井，但不能作為井眼通暢性的依據，還必須接配有穩定器的鉆具組合通井，帶穩定器的通井組合，其關鍵不在于穩定器數量，而在于穩定器的有效工作直徑，必須確保穩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、全角變化率超過設計規定的井段必須劃眼。通井到底后對于上部劃過眼的井段應進行短起下鉆拉井壁，直至進一步確認井眼通暢為止。

5）循環和注封閉液。通井過程中對于定向井、水平井應分段循環，在全角變化率大的井段反復大幅度活動鉆具，以清除巖屑床，到底后大排量循環鉆井液并活動鉆具。進一步調整鉆井液性能，進出口密度一致后，按設計排量洗井，洗井時間不少于兩個循環周，直至振動篩處無巖屑返出。最后起鉆前可在關鍵井段注入高黏、含潤滑劑的封閉液。

對于尾管回接時的套管井眼準備，更需重視，據不完全統計，在尾管回接時發生的起套管事故最多，占比超過30%以上。回接套管井眼準備，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行刮管、通井作業，刮除附于套管壁上的水泥、巖屑和泥垢。根據回接筒長度、內徑，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部。在銑柱起鉆前，要進行停泵、鉆柱不旋轉狀態下的試插，確保試插到位[4]。

4 精心現場操作作業

精心操作也是確保下套管順利的重要保證。

1）保護好喇叭口。尾管懸掛倒扣后應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，應采用10～20 kN的低鉆壓、30 r/min的低轉速鉆進，密切關注扭矩和進尺的變化情況，當鉆塞到喇叭口深度且出現扭矩增加、鉆速慢或有跳鉆現象時應立即停止鉆塞，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，應標明上下方向，確保井口安裝時上下順序不顛倒，浮箍入井后，應及時觀察井口返漿或自灌情況。

3）控制下放速度。根據環空返速、地層承壓等參數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，應及時向套管內灌滿鉆井液[5]，或采用循環下套管新工藝。

5 建議

1）尾管懸掛器回接筒內徑和長度應標準化。以便采用通用銑錐銑柱一體化管柱，應用一趟鉆技術對尾管喇叭口、回接筒進行拋銑作業，提高一次拋銑成功率，降低作業成本。

2）承壓堵漏存在風險時，應考慮雙向調節，調整固井設計，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定器鉆具組合通井，達到鉆柱起下無阻卡，不得以短起下鉆代替全井通井，即使表層井眼準備也該如此；對尾管回接的套管井眼準備，必須采用尺寸符合要求的刮管器鉆具組合通井。

4）通井前進行過堵漏的井，應篩除堵漏材料，確保鉆井液清潔，循環時應用濾清器，以防堵塞浮箍。

5）不采用試下套管或下試插套管串方法。

6）鉆機安有頂驅時，對于復雜深井、復雜結構井裸眼固井推薦采用頂驅下套管裝置，應用循環下套管工藝，提高下套管效率，降低鉆井成本，避免套管事故的發生。

7）發揮鉆井監督參謀作用，強化過程控制，鉆井監督需熟悉和仔細解讀設計，嚴把設計執行關，對入井套管和附件、井眼準備、下套管作業應旁站監督，及時檢查。

[1]李 哲,王金國,楊兆中.油氣井下套管過程中環空嚴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.鉆井事故與復雜問題[M].北京:石油工業出版社,2006.

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

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

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