取换套技术.ppt

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大庆油田有限责任公司二一四年五月,取换套技术,世界各国油田开发进程表明，随着开采年限的增长，受工程和地质因素的影响，油水井套管将出现不同程度的损坏。

为此，油田工作者应按着“预防为先，防修并重”的方针，一是研究套管损坏的机理，制定防护措施；二是研究套损井修复技术，提高大修井修复能力。

由此减缓套管损坏速度，尽可能的延长油水井的使用寿命，降低油田维护的操作成本，提高油田后期开发的经济效益,取换套技术较早是用来修复浅层部位套管外漏、破裂和变形的，近几年通过工艺的进一步完善和发展，可以用于修复深部套管变形、错断、破裂和外漏井，修复井完成的指标与新井相同，能够满足分采、分注措施的要求，是最彻底的一种套损井修复方法,大庆油田自上世纪80年代后期开始研究取换套修井工艺技术，发展至今工艺技术已经成熟、设备及工具配套完善，能够完成51/2”套管井深部取换套攻克了钻遇管外封隔器和扶正器、小表套及有放气管套损井取换套、油层部位取换套以及打不开通道井深部取换套等难题，发展配套了修井液体系、系列专用工具以及取换套施工钻具防卡等技术，已应用1831口井，取套最深达到1138m，修复率在90%以上,一、工艺原理,取换套技术是利用套铣钻头、套铣筒、方钻杆等配套钻具，在钻压、转速、排量三参数合理匹配的情况下，以优质泥浆造壁防塌、防喷、防卡，应用“组合切割、适时取套、示踪保鱼、修鱼找正”等技术措施，完成对套管外水泥帽、水泥环、岩壁及管外封隔器等井段套铣，取出被套铣套管，下入新套管补接或对扣完井,二、工艺流程,取换套前准备,套铣,切割打捞,固井,补接,切割打捞套损部位,试压,完井,每套铣进尺80-120米切割打捞一次经循环操作直至过套损部位,取换套过程示意图,套铣技术取套技术补接技术,三、施工方法取换套管的施工操作一般可分取换套前期准备、套铣取套、补接完井三大部分1、取换套前期准备取换套前期准备工作包括压井、起原井管柱、核定套损点、整形扩径、打捞落物、通井、丢手填砂、打井口导管、安装钻台、配制套铣工作液等工序内容,

（1）压井:

按SY/T5587.3-93标准执行,根据施工设计的要求，选用合适密度的压井液反循环压井2周压井液密度设计应以地质设计、射孔层位地层压力当量修井液密度值为依据，再附加一个安全值，确定压井液密度100（P油层+P附加）/H-压井液密度（g/cm3）；P油层静压或当前地层压力MPaP附加附加压力（1.53.5MPa）；H-油层中部深度附加值的确定方法如下：

油井：

0.05gcm30.10gcm3。

气井：

0.07gcm30.15gcm3（含硫化氢等有毒有害气体的井取最高值）,

（2）起原井:

按SY/T5587.3-93标准执行,（3）打印:

按SY/T5587.3-93标准执行,下入适当尺寸铅模打印，并根据铅模印痕判断套损点套损类型、套损深度、套损通径。

套损主要包括变形、弯曲、错断、裂缝、外漏,（4）打通道:

根据印痕情况，选用铣锥或梨形整形器整形复位（5）通井:

铅模通井至人工井底，按SY/T5587.3-93标准执行（6）验漏:

井段为井口-射孔井段上界，按SY/T5587.3-93标准执行,分别采用100m卡距和10m卡距逐段验漏，根据漏点深度确定取套深度，验漏管串结构自下而上为：

丝堵+油管+K344-114封隔器+喷砂器+油管+K344-114封隔器+油管,漏点,漏点,（7）丢手填砂:

下入114mm5m加固管对套损点进行加固示踪。

加固管串结构自下而上为：

114mm5m加固管+球座+油管短接+Y344-114封隔器+正反扣丢手接头+油管。

管串下至预定位置后，打压座封封隔器，正转管柱丢手填砂（8）准备:

固导管、安装钻台、冲鼠洞、配泥浆、准备好一切材料及各种工用具,2、套铣取套

（1）套铣套铣深度为套损点以下第2根套管接箍以上2m（如果采取对扣补接，套铣深度应在套损点以下第2根套管接箍以下2m）,套铣参数,套铣要求：

如果水泥帽中有放气管，应下入专用细牙套铣头将水泥帽及放气管套掉后，换普通套铣头套铣接单根重新启泵时必须先转动钻盘2-5圈后再启泵，排量逐渐加大，避免压力激动套铣至预计深度后，停钻循环，至出口含砂2%后停泵取套下入内割刀和打捞工具分次切割打捞套管，最后将套损点以上套管全部取出,

（2）取套操作要求：

每套铣进尺80-120m取套一次钻具丈量准确，割刀下至预定位置后正转钻具，以10-20r/min的转速转4-5圈（有效圈数）停转下放钻具，验证是否坐卡，坐卡后上提管柱0.1m，继续正转管柱，转速同上，切开为止。

然后下入套管打捞工具，将切断的套管全部捞出若作业时间超过4h，必须进行循环，以防卡钻,（3）冲砂打捞冲砂捞出丢手管柱（4）打捞套管切割并打捞出套损点至补接点井段之间套管（5）修整鱼头下入140mm空心磨鞋，修整套管鱼头，直至满足补接要求,3、补接完井采用铅封补接器补接新旧套管

（1）管串下至套管端面以上2-3m时，开泵循环冲洗鱼顶，记录管串悬重

（2）缓慢下放并正转管串，将套管鱼头引入工具引鞋内，悬重下降至管串的1/3为止（3）缓慢上提管柱，上提负荷增加80-100KN，开泵试压10-20MPa，5min压力降不超过0.5MPa为合格,（4）下放管柱打开注水泥通道，注水泥固井水泥浆返至设计井深，误差不超过20m。

上提管串，负荷增加100KN，保持负荷候凝48-72h（5）试压试压井段为井口补接点以下2m，试压管柱自下而上为丝堵+62mm油管+K344-113封隔器+喷砂器+62mm油管+K344-113封隔器+62mm油管短节，清水试压，压力15MPa、30min压力下降不超过0.5MPa为合格，试压合格后方可进行下步施工,（6）安装固定井口调整好最后一根套管，用丝扣连接，不允许焊接，上提套管至新下套管悬重以上4-5KN，固定井口，本次施工后套补距不变（7）打水泥帽套管外下入38mm小油管，井口打水泥帽不少于40m，打水泥浆前先打4-5m3水垫，水泥浆返至地面。

固井及候凝期间套管应始终保持4-5KN的上提拉力,（8）通井下入118mm5m通径规模拟通井至人工井底。

如遇砂柱，则起出通径规，下冲砂管柱冲砂至人工井底（9）替喷光油管下至人工井底，清水30m3，正循环替出井内泥浆，按SY/T5587.3-93执行（10）完井下62mm油管完井，安装井口采油树（11）收尾装井口，收尾，交井，按标准执行,四、技术发展中深部取换套技术的发展主要针对以下五个方面的问题：

一是套铣钻具不适应套铣管外封隔器和扶正器的要求；二是钻具强度和结构不适应900m深部套铣的要求；三是错断井的断口引入防丢鱼技术不过关；四是深部工况下新旧套管回接及实施固井密封难,五是套铣泥浆还不能完全满足深部取换套施工周期长、停钻频繁、稳定井壁防坍塌、抗钙浸、预防卡钻等要求针对上述问题发展的51/2套管井中深部取换套技术较好的解决了上述问题,

（1）高强度套铣钻具的研制,钻具示意图,设计的套铣钻具结构,219mm方钻杆+260mm连接变扣接头+219mm套铣筒+290mm套铣头钻具主体外径219mm,最大外径290mm,最小内径192mm,套铣筒本体:

即满足51/2套管的管外复杂套铣,又满足套损部位的引入处理,套铣筒,套铣筒基本参数表,基本结构,优点为:

六方结构较四方结构扭矩传递均匀，预防扭伤钻具；缩小了外径，使之与现有设备配套，在外径缩小内径不变的情况下，强度不减，整体抗弯曲能力强，具有刚度好、稳定性强的优点,套铣方钻杆,非标变扣接头：

锥度1:

8、8扣/寸改为4扣/寸,起下速度提高50%，抗扭力大。

这套钻具的丝扣抗拉力4586KN，抗拉扭综合应力386MPa，900m套铣安全系数为1.8，整体强度比原钻具强度提高25%。

另一个特点是内通径较大，切割、打捞、断口引入以及鱼头修整和补接等工序都可在套铣筒内进行,避免频繁起下钻具引起的井壁坍塌和丢鱼等工程事故,

（2）管外封隔器及扶正器处理技术,处理的原则是：

外体套铣,整体打捞,型套铣头（300190mm）是一种集套铣岩层、水泥环和管外封隔器、扶正器为一体的多功能套铣钻头,设计的特点,切削示意图,刮削和剪切示意图,（3）严重错断井断口引入方法错断井下断口的引入是取套施工的关键环节，以往主要采用预处理示踪法,根据铅模印痕情况，采用以下方式对变形、错断逐级整形复位至120mm整形器顺利通过断口,梨形胀管器,铣锥,滚珠整形器,梨形铣锥,冲胀整形,磨铣整形,燃爆整形,套损点处理完后，下示踪丢手管串结构：

丝堵（或导锥）+89mm钻铤8m+62mm油管短节+Y341-114封隔器+丢手接头。

此套管柱封隔器深度应下在套损点以上3-5m，确保钻铤位于套损井段丝堵（或导锥）+62mm油管短节+Y341-114封隔器+丢手接头+105mm钻铤9m+62mm油管短节。

此套管柱封隔器深度应下在套损点以下4-5m，确保钻铤位于套损井段丝堵（或导锥）+62mm油管+105mm钻铤9m+62mm油管短节。

此套管柱丢在至人工井底，确保钻铤位于套损井段,通径小于70mm的严重错断井打不开通道，无法示踪，就不能取套，为此，研制了型套铣头，进行扩口收鱼引入,型套铣头（290260mm）用于处理套损部位，实现下部套管引入。

采用YD合金将套铣头铺成流线型扩口，变刮削为引入研磨，磨铣不规则鱼顶平稳、不蹩钻，避免了对下部断口的工程破坏，保证鱼头完整不丢失,套铣头基本参数表,修鱼引入示意图,这种方法保证鱼头规则完整不丢失。

可以较好的解决因套损严重,无法实施加固示踪的丢鱼问题,扩大了取套技术的适用范围,断口通径较小且有原井落物井况,套铣钻头套铣过下断口2-3m后，处理断口以上套管并将套管全部取出。

这种取套打捞法，可将套管内的原井落物带出，剩余落物可在套铣筒内处理。

当下断口含在套铣筒内时，需将原井落物处理干净，如处理不干净，应继续套铣到下断口以下10-20m，然后打捞套管并导出这部分套管，捞出套管内落物。

如断口不规则，以下有弯曲，应磨铣处理、截弯取直，然后修整鱼头，下入示踪管柱示踪,此外，针对2或21/2放气管磨铣的需要，配套了300170mm套铣头，具有套铣和磨削双重功能,（4）新旧套管对接密封技术,套管补接是套铣打捞至预定位置后，下入新套管通过相应补接手段进行新老套管对接的过程,套管补接工艺,固井段以上套管补接,过油层套管补接,对扣补接,封隔器式套管补接,铅封注水泥补接器补接,封隔器式套管补接器1-上接头；2-铅封;3-保护套;4-密封圈;5-卡瓦;6-筒体;7-密封圈;8-铣控环;9-引鞋,封隔器式套管补接器：

连接在新套管最下端的封隔器式补接器接近井下套管时，一边慢慢旋转，一边下放工具，井下套管通过引鞋进入卡瓦。

卡瓦先被上推，后被胀开让套管通过。

套管通过卡瓦后，继续上行推动密封圈，保护套使其顶着上接头，则密封圈双唇张开，完成抓捞，实现套管补接,封隔器补接示意图,铅封注水泥套管补接器1-上接头；2-壳体；3-卡瓦座；4-引鞋；5-卡瓦；6-水泥通道；7-铅环,铅封注水泥套管补接器:

是更换井下损坏套管时，连接新旧套管，保持内通径不变，并起密封作用的一种补接工具。

该工具除利用铅环压缩变形的一次密封之外，还可以注水泥进行二次密封。

主要用于过油层取套的新旧套管对接,小直径铅封注水泥补接器外径为184mm，在套铣筒内实现补接，预防了鱼头丢失,小直径铅封注水泥补接示意图,（5）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,机械式内割刀,机械式内割刀：

由摩擦扶正、锚定缓冲和切割三部分组成。

割刀外径112mm，适用于51/2套管管柱内部切割,可与可退式打捞矛联接，一次性完成切割打捞工作原理：

下放到预定深度，旋转钻柱，使滑牙板与滑牙套相对转动，推动卡瓦上行沿锥面张开，与套管内壁接触，完成锚定动作。

继续转动并下放钻柱，刀片弹出进行切割,切割完套管，可采用三滑块捞矛、母锥等对下部套管进行打捞,三滑块捞矛：

（112mm500mm）在落鱼腔内进行打捞的不可退式工具。

它既可对落鱼进行打捞，又可进行倒扣，还可配合震击器进行震击解卡工作原理：

当矛杆和滑块进入鱼腔一定深度后，滑块在自重作用下沿滑道下滑，滑块上的丝扣与鱼腔内壁接触，上提钻柱，由于丝扣与鱼腔内壁的摩擦，滑块不能与斜面一起向上运动，从而使打捞直径增大，所产生的径力迫使牙扣咬入鱼腔内壁，抓牢落物,三滑块捞矛,效果施工带有管外封隔器（扶正器）的套损井60口，共钻遇并取出126只扶正器和42级封隔器；对油层部位套损的杏1-41-556井进行深部取换套，取套深度为1112.3m（该井施工周期60天，进入油层256.1m）,（6）钻具防卡技术,主要原因井眼经多年浸泡，易垮塌砂埋套具油层段渗透性好，易形成厚泥饼粘附套具层间压差大作业时间长，套具在井内静止时间相对较长套具直径大与井壁接触面积大,理论研究,在取换套施工中，套具阻卡的方式主要有三种，即砂桥卡、压差卡和粘吸卡。

研究思路为：

砂卡是由于井塌或修井液中固相颗粒下沉堆积所造成的卡钻。

一般发生在上部泥岩段,砂卡因素分析,固相对砂卡的影响固相颗粒愈大、愈重、浓度愈高，越易形成砂卡环空中岩屑浓度对砂卡的影响环空岩屑浓度越高，越易引起砂卡。

一般要求控制在5%以内,岩屑下滑对砂卡的影响岩屑在不同的环空返速、修井液性能和流态下，其下滑速度不同。

下滑速度越大，岩屑越不易从环空中返出，越易引起砂卡修井液性能对砂卡的影响修井液性能的影响主要表现在粘度、切力和流态上。

粘度切力越小，颗粒沉降速度越大，越易砂卡；在流态上，平板流携砂效果相对较好，对防砂卡有利,压差及粘吸卡是同时存在的，是指部分套具挤入泥饼后，被液柱压力与地层压力的正压差紧密的压持在泥饼中同时被粘吸而不能活动的现象。

压差及粘吸卡套具多发生在渗透性层段，即易形成厚泥饼的地层,压差及粘吸卡因素分析,地层渗透性与压差对卡套具的影响地层渗透率越高、压差越大,形成的泥饼越厚，越易卡套具修井液性能对卡套具的影响修井液性能越差，一方面失水量大、泥饼厚；另一方面泥饼的摩阻系数大，卡阻力大,接触面积对卡套具的影响由于套具外径较大，与井壁的接触面积大。

因此，卡阻力相对较大粘吸力对卡套具的影响由于在套具与泥饼之间的接触面上存在不对称分子键的作用，产生粘吸力，造成粘吸卡,套具防卡综合分析,在实际施工中，沉砂、压差及粘吸对套具的作用力是同时存在的。

卡套具事故的发生，往往是它们共同作用的结果。

因此，在实际施工中应综合考虑,防卡技术措施,1）确定合理的套铣参数在取换套施工中，影响套速的因素复杂，并与卡阻等复杂情况密切相关，比较重要的因素包括钻压、转速和排量。

在套铣过程中，应根据不同的井段和井况及时调整套铣参数，以达到安全、高效的目的,2）控制好修井液性能修井液性能的好坏，直接影响到井内净化程度、套速快慢和套具的卡阻情况。

因此，根据研究，确定出合理的修井液体系及维护处理方法,修井液性能指标及维护处理方案,3）及时活动套具通过前面理论研究表明：

卡阻力随着静止时间的增大而增大，因此现场最有效的预防方法就是及时活动套具。

为此研制了套具防卡活动装置,最大活动载荷81.7吨有效活动距离0.75米,取换套施工中，在进行切割、打捞、下套管、对接等工序时，套具是悬挂于井口、处于静止状态的。

套具在静止状态下容易发生卡阻，甚至造成卡套具事故的发生。

套具防卡活动装置研制的主要目的是保证套具在静止工况下，大钩被占用或进行其它井口作业时，可以实现套具在一定范围内举升或下放，达到预防卡钻目的,防卡成功率达到96.6%,缩短了施工周期，提高了效益通过防卡装置的使用、参数的优选和修井液性能的改善，缩短了2天避免了不必要的工序，降低了劳动强度和不使用防卡装置相比，工人避免了因活动套具所带来的一系列操作。

因此，不但节省了时间，而且避免了不必要的工序，降低了工人的劳动强度,四、固井技术由于裸眼较大（300mm），环空间隙也比较大。

大环隙固井，一直是一个比较难以解决的问题。

针对固井解决了以下几个关键技术：

（1）水力参数的设计可以保证水泥浆顶替效率的水泥浆流型有两种，一是紊流，二是塞流塞流固井由于需要较大的相对密度差（泥浆和水泥浆），对井壁泥饼的要求也较紊流苛刻，所以一般很少采用。

为了保障有较好的“顶替”效果，大多数固井都是采用紊流固井,水泥浆流速在0.4m/s以下时，流型为塞流；大于1.2m/s时呈紊流。

套管与取套井眼的环隙面积：

返速0.4m/s对应的泵排量：

S环0.460=0.0552640.460=1.33m3/min返速1.2m/s对应的泵排量：

S环1.260=0.0552641.260=3.98m3/min,

（2）固井方法的研究若实现水泥浆上返速度1.2-1.5m/s，普通固井车组,很难达到替挤排量。

采用“一注双替”固井技术。

即固井时，采用单泵车注水泥，这个阶段水泥在套管内对排量没有要求，如图所示。

替挤时，采用双泵并联，大排量替挤技术。

保证水泥浆在套管外上返流速达到1.2m/s以上。

经多口井现场试验，双泵排量可达4.4m3/min，泵压7-12MPa，满足安全施工需要,裸眼,水泥浆,套管,泥浆,补接器,固井工艺过程示意图,水泥浆,套管,替挤液,补接器,固井工艺过程示意图,裸眼,（3）管串结构为保证固井质量对补接套管串进行新的设计。

过油层取套完井套管结构示意图，在固井井段的套管外部，每根套管加装了一只扶正器和旋流发生器,套管串整体结构示意图,在常规铅封补接器的基础上加大了过流面积，使过流面积由原来的1800mm2增大到5400mm2，增大过流面积后减小替挤泵压，满足了替挤排量要求,旋流发生器结构由旋流导片，固定螺丝，支撑筒等组成。

这种工具原来应用于钻井“大肚子”井段，通过旋流发生器改变上返液流的运行状态。

使液流中的质点由原来的直线上升改为螺旋上升，提高了冲刷与顶替效果，保证固井质量,旋流器图,锁紧螺丝,旋流导片,支撑筒,下118mm铅模证实井深811.79m处为油管接箍印，井深982.79m处为油管破损印，井深1191.90m处印痕不清，可说明套管有断裂现象发生，井内有落物,

（1）基本情况,北X-1-丙水98取换套施工：

（2）施工过程,验漏:

由62mm油管，K344-114封隔器2级，喷砂器1级，组成验漏管柱，卡距分别为：

100m和10m，验漏井段：

2.55-1041.10m，用清水正打压15MPa，稳30min，压力不降,压井:

用密度1.5g/cm3，粘度55s修井液15m3反循环压井，泵压3MPa，排量0.3m3/min，压井深度1189.90m,下丢手管柱：

下62mm丝堵、62mm尾管各一个，Y341-114封隔器1级，丢手接头一个。

下至井深796.73m，清水打压15MPa，下放钻具坐卡，上提钻具20kN，人工倒扣20圈，倒开。

丢手深度786.61m,套铣准备：

卸井口，割四通、法兰，调配密度为1.3g/cm3，粘度为50s的修井液,套铣：

下290320mm套铣头接219mm六棱方钻杆，下至井深2.48m，套铣至井深12.58m处。

套铣参数：

泵压0.5MPa，排量1.2m3/min，钻压20kN，转速80r/min。

泥浆性能：

1.25g/cm3，粘度45s，泥饼12mm，含砂2%，PH值10，失水3ml，初切0Pa，终切1Pa,固导管：

下339.7mm、壁厚9.65mm导管1根，下至井深12.58m。

在导管外下38mm小油管下至井深12.66m。

正循环打入清水0.5m3，正循环打入密度为1.9g/cm3的水泥浆5.2m3（添加早强剂），泵压5MPa，排量0.3m3/min，水泥浆返出地面，起小油管,套铣：

下290320mm套铣头+219mm套铣筒+219mm六棱方钻杆，下至井深12.58m，套铣至井深749.58m处。

套铣参数：

泵压0.53MPa，排量1.251.35m3/min，钻压20kN80kN，转速70r/min。

泥浆性能：

1.21.30g/cm3，粘度5060s，泥饼12mm，含砂23%，PH值810，失水36ml，初切01Pa，终切12Pa,倒扣打捞：

下118650mm三滑块捞矛，73mm反扣钻杆79根下至748.78m，打捞1次成功。

上提管柱130kN，机械倒扣20圈倒开,切割打捞：

下118950mm套管内割刀，118900mm可退式捞矛，分别切割打捞4次，切割深度分别为189.29m、379.33m、559.34、744.97m，打捞深度分别为：

2.48m、190.79、379.86m、559.88m，捞出139.7mm套管72根半。

鱼顶深度744.97m,下套管：

下139.70mm、壁厚6.2mm套管71根，壁厚7.72mm阳极套管2根，下至井深729.90m,冲洗鱼头对扣：

用密度1.25g/cm3、粘度50s修井液正循环，边旋转边下放鱼头，泵压3MPa，排量:

0.3m3/min，下放钻具1m，人工旋转上扣18圈，蹩泵机械上扣20圈，上提负荷由160kN增至240kN，对扣成功，对扣深度730.20m,试压：

下62mm丝堵和尾管各1个，K344-114封隔器1级，喷砂器1级，62mm油管79根，,下入深度：

759.13m，试压井段：

2.60-752m，用清水正打压15MPa，稳压30min，压力不降，试压合格，起出试压管柱,打水泥帽：

在套管外下38mm油管1根，下入深度:

12.58m，用密度1.90g/cm3水泥浆7.3m3（添加早强剂），泵压4MPa，排量0.4m3/min，水泥浆返至地面，起出38mm小油管1根管柱,1）对射孔井段以上套管试压，试压15MPa，稳压30min，压降不超过0.5MPa为合格。

2）掌握原井套损情况，具体为：

套损类型、深度、层位。

3）接单根重新启泵时排量逐惭加大，避免压力激动；套铣至预计深度后，循环修井液，控制修井液含沙量低于2%,（3）质量监督要点,4）划眼：

套铣过程中，每套铣完一根单根划眼3-5次，达到钻具起下顺利，均匀送钻5）作业时间超过4h，必须进行循环，以防卡钻6）每次取套切割长度不应超过120m7）按设计要求下入新套管串，调整好最后一根套管，用丝扣连接，不允许焊接,谢谢大家！