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1、第八章 套 管 修 理81套管损坏的原因及预防一、套管损坏的原因 套管损坏大致分为变形、破裂、错断和腐蚀穿孔。发生的原因分为地质因素、工程技术因素。（一）地质因素1地层的非均质性： 2地层(油层)倾角：陆相沉积的油田，储油构造多为背斜和向斜构造。 3岩石性质：沉积构造油气藏的储油岩石多为砂岩、泥砂岩、泥质粉砂岩。 4断层活动：在注水开发过程中，由于断层附近是地应力相对集中的地区，剪挤套管。5地震活动：地球是一个不停运动的天体，地下地质活动从未间断。 6地壳运动：地球在不停的运动，地壳缓慢的升降运动产生的应力可以导致套管被拉伸损坏。 7地层腐蚀：浅层水(300m以上，浅层无水泥固井)在硫酸盐还原
2、菌的作用会引起套管的腐蚀。 （二）工程因素（地质因素往往在外因的引发下成为主导因素） 1套管材质问题 2固井质量问题 3完井质量 4井位部署的问题 5开发单元内外地层压力大幅度下降问题（打加密井或调整开发方案引起地层压力大起大落） 6注入水侵入泥页岩的问题（引起岩体膨胀、变形、滑移） 7注水不平稳问题 8注水井日常管理问题二、套管损坏的类型：划分为套管变形、套管破裂、套管错断和套管腐蚀四种类型。 （一）套管变形损坏：由于地应力、轴向应力变化，以及套管外挤压力大于内压力等因素的作用所造成的套管一处或多处缩径、挤扁或弯曲等变化，统称为套管变形损坏。 1）套管缩径变形损坏：凡是套管发生局部内径缩小或
3、出现凹形变形而破损者，简称缩径变形。套管缩径破损种类很多，如图71所示。（1） 单向一处内凹变形(图71a)；（2） 双向一处内凹变形(图71b)；（3） 单向多处内凹变形(图71c)；（4） 双向多处内凹变形(图71d)；（5） 单向与双向复合内凹变形(图71e)。图71 套管变形纵断面示意图(a) 单向一处内凹变形；(b)双向一处内凹变形；(c)单向多处内凹变形；(d) 双向多处内凹变形；(e) 单向与双向复合内凹变形图7一2 套管弯曲示意图表 (a)弯曲段中等；(b) 弯曲段很小(c) 弯曲段很长 2）套管挤扁变形损坏：凡是由于套管外挤压力大于套管内压力造成套管纵断面由于四周受力不均匀而
4、变成不规则形状的损坏，称为套管挤扁变形。3）套管弯曲变形损坏：由于轴向应力作用不均匀所造成的套管轴线发生弯曲变形，叫做套管弯曲变形损坏，简称弯曲变形。如图72所示。（二）套管破裂损坏：受压裂高压或作业因素所产生内力作用造成破漏。如图73所示。1微缝：裂缝不易被发现，只能看到轻微的裂纹。特点：当套管内压力升高时，裂缝撑大变成张开裂缝；当井内压力降低后，裂缝又闭合变成裂纹。如图73a所示。2裂缝：在井筒内承受压力的情况下，套管出现裂缝，当井筒内压力增大时，裂缝张开程度也增大。套管的这种损坏叫作套管裂缝损坏。如图73b所示。3裂洞：当套管发生了裂缝损坏后，经过长期作用或者破坏腐蚀，裂缝增大变成长条或
5、圆洞状的破损。这种现象叫套管裂洞损坏。如图73c所示。图74复合断错示意图(a) 断裂但没有移位； (b) 断裂有轻微移位；(c) 套管严重断错；(d) 复杂断裂；(e) 复合断错图7-3套管破裂示意图（a）微缝； (b) 裂缝； (c) 裂洞。（三）套管错断损坏：是指套管在轴向(铅垂方向)发生断裂、在径向(水平方向)发生位移的双向叠加变形，造成套管破裂，简称套管断错破漏。如图74所示。1套管断裂，没有移位(图74a)。主要是轴向应力不平衡所造成的。 2套管折断并有轻微位移(图74b)。是轴向应力和径向应力共同作用的结果。 3套管严重断错（图74c）。套管轴向断裂且径向位移很大。 4复杂断裂，
6、但没有径向位移（图74d）。 5复合断错（图74e）。指套管在轴向应力与径向应力错综复杂地作用下，在轴向与径向方向上都产生严重位移的现象。（四）腐蚀性破漏：多发生在水泥返高以上的套管，由管外硫化氢、水等腐蚀性物质引起。 1腐蚀及其分类 1）腐蚀：是指金属表面与周围介质发生化学或电化学反应而受到破坏的现象。如P表71。二、套管损坏预防措施1防止注入水窜入软弱夹层2维持合理的注采压差3防止油层出砂4防止套管腐蚀1）保护层法：指金属表面生成一层致密的不易腐蚀的物质，从而将金属与外部介质隔开来，使金属免遭腐蚀的一种方法。常用的有涂层、衬里、金属保护层、钝化膜等。 2）阴极保护法：将被保护的金属作为腐蚀
7、池的阴极或电解池的阴极而不被腐蚀，所以叫阴极保护法。有两种：一种是牺牲阳极保护法；另一种是外加电流法。（1）牺牲阳极保护法：将活泼金属或其合金连在被保护的金属上，形成一个原电池，此活泼金属作为电池的阳极而被腐蚀，基体金属作为电池的阴极而受到保护。一般常用的牺牲阳极材料有铝、锌及它们的合金。 （2）外加电流保护法：是将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两极，被保护金属作为阴极，这样就使被保护金属免受腐蚀。埋入地下的管道常采用这种方法防腐。3）缓蚀剂法：凡添加到腐蚀介质中能有效地阻止或降低金属腐蚀速度的一类物质统称为缓蚀剂或腐蚀抑制剂。5改进射孔对套管损害的措施6对下井套管要进行严格质量检验7
8、改进套管柱设计方法8提高套管抗挤强度9在套管上设置“安全阀” （l）引鞋 (套管鞋、浮鞋) 作用：是引导套管入井，防止套管插入井壁或刮削井壁。常用的引鞋包括：引鞋、浮鞋、差压灌注鞋。引鞋上有一孔口，完井液和水泥浆等液体可从中自由流通。浮鞋中有个回压阀，它允许完井液和水泥浆从套管鞋内泵出，而阻止其从井底流入套管内。当钻机的承载能力不能完全承受管柱重量时，其作用能使套管“浮” 在井中。 （2）浮箍 (回压阀)主要作用：一是在注水泥结束后，挡住水泥浆回流，保证套管外水泥浆的上返高度；二是在下套管过程中阻止完井液流入套管内，以减轻套管柱的重量。浮箍位置一般距管鞋2030m，以保证管内有一定容积储存被污
9、染的水泥浆（保证固井质量）。 82 套管整形和加固技术 一、套管整形整形工具分成冲胀类整形、碾压挤胀类整形、磨铣扩径以及爆燃整形工具。 （一）冲胀类整形1梨形胀管器1）基本结构: 梨形胀管器的基本结构形式见图73。胀管器的斜锥体前端锥角一般应大于30，当锥角小于25时，现场经验证明，胀管器锥体与套管接触部位易产生挤压粘连而发生卡钻事故。因此一般前端锥角大于30。2）作用原理胀管器工作面部分为锥体大端，当钻柱给胀管器工作面大端施加力P时，其锥体大端与套管变形部位接触的瞬间所产生的侧向分力F直接作用挤胀、冲胀变形部位。钻柱施加给工具的力P与钻柱质量、下放速度和下放距离、井内介质密度有关。所以： （
10、72）式中 M 钻柱质量，kg ；钻柱下放速度，ms ；胀管器锥角，() 。将上式推理，则 由此可知：挤胀力F与钻柱质量成正比，与下放速度v的平方成正比。为施工安全起见，下放速度应严格控制。 2旋转震击式整形器1）基本结构: 见图74。由锤体(上接头)、整形头、钢球、整形头螺旋形曲面等组成。图74 旋转震击式整形器示意图 1锤体；2整形头；3钢球；4整形头螺旋形曲面2）作用原理旋转震击式整形器在钻柱旋转带动下，整形器的锤体同整形头间的凸轮面产生相对运动，锤体带动钢球沿环形槽抬起。经旋转一定角度后，凸轮曲面出现陡降，被抬起的锤体下降，砸在整形头上，给变形部位以挤胀力。由于锤体、整形头端面的凸轮轮
11、廓面为三个等分的螺旋面，所以钻柱每旋转一周可发生震击三次。 （二）碾压挤胀类整形1.偏心辊子整形器 1）基本结构由偏心轴(上接头)、上辊、中辊、下辊、锥辊、钢球、丝堵等零件组成。如图7-5， 偏心轴上端为连接钻柱的螺纹，下端为四阶不同尺寸不同轴线的台阶。其中上接头、上辊、下辊三轴为同一轴线，中辊与锥辊为另一轴线，两轴线的偏心距为e 。 2）作用原理（曲轴凸轮机构）见图76所示。观看短片2三锥辊套管整形器1）基本结构由芯轴(上接头)、锁定销、垫圈、锥辊、销轴、引鞋等零件组成。如图7-7。2）作用原理（三）磨铣扩径磨铣扩径工艺技术是应用磨铣工具对套管变形或错断部位进行磨削或铣削处理，使其基本恢复原
12、来通径的一种工艺技术。工艺原理：依靠钻具旋转和加载到磨铣工具上部的钻具重量，使磨铣工具在旋转过程中，侧面或端面的硬质合金磨削或铣削损坏的套管和损坏部位的岩石，产生碎屑通过不断循环工作液排出井筒，从而达到套管损坏部位恢复原有径向尺寸和通径的目的。1磨铣扩径工具 常用的磨铣扩径工具主要有磨鞋、铣鞋、铣锥三类。 1) 磨鞋类: 平底磨鞋、凹底磨鞋、领眼磨鞋、梨形磨鞋等，其基本结构形式见图78。 2) 铣鞋类：复式磨铣筒、刮刀式铣鞋和外齿型铣鞋等，其基本结构如图79。 3) 铣锥类：铣锥、铣柱和组合式铣锥等。结构见图710。2施工中应注意的问题（自己看书）（四）爆炸修复 爆炸修复又称为爆燃整形。当使用
13、胀修、机械整形无法施工或效果极差时，可采用爆炸整形的办法来修复。以电缆输送爆燃整形工具为例，其基本结构如图711所示。二、套管加固技术 套管加固：是在整形、磨铣扩径复位后，对套管变形、错断口的恢复部位进行的钢管内衬式加固，起防止再次损坏和维持生产的作用。（一） 不密封式加固技术：由丢手、悬挂装置和加固钢衬管三部分组成。1原理：加固管上部连接丢手悬挂装置，用投送管柱送至整形扩径井段后，投球打压，使悬挂装置中的防掉防顶卡瓦张开，紧紧咬住套管内壁，同时丢手接头在压力作用下脱开，与投送管柱起出，加固管及悬挂装置则留在需加固的井段中。 （二） 液压密封式加固技术 1原理利用液压传递原理将地面泵车提供的压
14、力，通过动力工具内的导压孔作用于其活塞上，活塞向上运动，缸体相对向下运动，产生两个大小相等、方向相反的作用力，推动上下胀头工作，将加固管两端的特制钢体挤贴到套管完好处，达到密封加固的目的。 （三） 燃爆焊接加固技术井下爆炸焊接：是在高压下，两金属（同类或者不同类）管材在高速相撞下的重新结合，形成一种新的多种金属性能的复合材料。1工艺原理：用油水井火药、炸药及其辅助工具用具等连同焊管用管柱送入井内至焊接加固井段，撞击点火或定时点火，引燃火药，排出高温高压气体，形成气体段塞。雷管炸药在点火时间延迟元件作用下引爆，引起炸药 (TNT) 爆炸，产生强大爆速、爆压，使焊管与套管产生碰撞，两金属管材之间形成一股速度高达57m/s的金属射流。使金属管材内外侧表面有57的金属层从表面剥离。使两金属板之间获得新鲜清洁的表面，在高压作用下互相结合，形成新的整体，从而使焊管上下两端的外表面与套管内表面结合，完成密封式焊接加固。如图712所示。2焊接条件 焊管与预加固套管之间必须是气体段塞，焊接材料表面必需清洁，焊管外壁与套管内壁
