套管变形井修复技术研究

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1、套管变形井修复技术研究王木乐陈灿向俊科（中原油田分公司采油工程技术研究院河南濮阳457001）摘要：中原油田开发后期套管损坏井越来越多，套管损坏井中套管变形占大多数。目前套变井修复普遍采用机械冲击整形、爆炸整形、扩铣修套等修复技术，普遍存在适用性、整形效果差等问题。本文从采用有限元数值模拟技术，研究分析51/2in套管在非均匀地应力作用下的受载规律，对5-1/2in套管不同变形程度可修复的可行性进行分析计算，为修复工艺的选择提供科学依据。同时通过叙述旋转滚压整形、高效冲击整形技术设计方法及现场应用实例，提出目前套变井修复的高效修井技术，有利于提高修井成功率，对提高油田

2、套变井修复技术的发展起到积极作用。关键词：有限元数值模拟非均匀地应力旋转滚压整形器冲击整形TheresearchofRepairingTechnologyinwellofcasingdeformationWangMuleChenCanXiangJunke（EngineeringandTechnologyResearchInstituteofZhongyuanOilField，Puyang,HenanProvince，457001）1引言在对变形套管进行修复作业时，由于对套管变形程度对套管强度的影响分析不够，经常造成套管伤害，减少油水井的使用年限。针对以上问题，采用有限

3、元数值模拟技术，分析51/2in套管在非均匀地应力作用下的受载规律，绘制压力-位移曲线图，为套管变形修井复技术的应用提供理论依据和指导，解决中原油田深井修井技术瓶颈，提高修井成功率。目前套变井修复技术主要有机械冲击整形、爆炸整形、扩铣修套加固等技术[1]，但是整形修复效果并不理想，普遍存在适用性差、整形效果不好等问题。机械冲击胀套法仅适用于套管变形量小的情况，且施工工艺复杂，在冲击、旋转、挤压过程阻力大、憋钻，容易造成卡钻、断落工具等事故。爆炸整形工艺由于套管材质的差异和外围挤压力差异，炸药装药量难以精确计算，出现爆炸能力过量炸毁套管或爆炸能量不足无法炸开的现象。扩铣

4、修套加固技术是目前修套的最有效方法，但必须对变径或破裂井段实施整形、磨铣预处理，且扩铣修套过程中铣锥、磨鞋磨铣易出现套管开窗等事故。针对套变井修复技术存在的问题，研究应用了旋转滚珠整形器，从而克服机械整形阻力大、易卡钻、整形工具下不到位等技术缺陷；应用冲击整形工艺修复普光气田高强度套管变形井，修复后三口井达到了投产条件，经济效益显著。2套变井修复技术界限研究2.1套管损坏原因分析地层的非均质性、油层倾角、岩石性质、地层断层活动、地下地震活动、地壳运动等地质因素是导致油水井套管技术状况变差的客观条件，地层改造中的压裂、酸化，钻井过程中的套管本身材质，固井质量，固井过程中

5、套管拉伸、压缩等因素，是引发诱导地质因素产生破坏性地应力的主要原因。（1）当注入水进入泥岩时，泥岩吸水软化，其成岩的胶结力逐渐消失，变为塑性，蠕变速度作者简介：王木乐，男，1984年毕业于华东石油学院，中原油田采1油工程技术研究院井况防治技术研究中心主任，教授级高级工程师，从事井况防治技术方面研究。联系电话：0393-4890361.Email：gchywml@163.com。增大，在井眼周围产生非均匀应力分布，导致套管损坏。（2）原始地层压力的降低和长期的注入水的侵入，破坏了断层相对静止状态，造成断层复活，从而使套管受力非均质性严重增加，导致穿越断层的套管变形损坏。

6、（3）油层出砂将会造成局部应力集中，对油层结构造成进一步破坏。当上覆地层压力大大超过油层孔隙压力和岩石骨架结构应力时，相当一部分应力将转嫁给套管，当转嫁到套管的压力大于套管的极限强度时，套管失稳，出现弯曲、变形或错断。（4）套管强度低，盐膏层段、泥岩段套管设计抗外挤强度不能满足岩层蠕变、滑移造成非均质外挤力，加剧了套管的损坏。（5）固井质量差降低套管柱抗外挤能力，导致套管损坏。（6）重复射孔严重削弱了套管抗挤强度，加剧了套管损坏速度。射孔时射孔弹在一瞬间爆炸，对套管产生巨大冲击波，套管突然胀大，使套管在射孔井段中部或非射孔井段相交位置产生剧烈变形，特别是射孔段上部或下

7、部由于应力集中，造成套管抗挤压失稳强度和抗内压强度降低，引起套管变形、破坏。2.2套管损坏的力学模型目前中原油田常用的套管钢级有J55、N80、P110，根据APISpec5CT-2005确定N80、J55、P110套管钢材力学性能如表1所示。表1套管的力学性能套管和油管规范，套管钢材弹塑性的应力应变曲线，如图1所示。图1套管应力-应变曲线图套管受地层力作用，损坏形式多种多样[2]，为分析套管损坏的过程，选择了缩径变形、椭圆变形这两种典型的套管变形形状，对其受力和变形进行分析计算。2.2.1套管缩径变形油水井套管在地层的某一位置发生均匀缩径变形，普遍