冲击压力造成完井工具失效原因与防治对策

冲击压力造成完井工具失效原因与防治对策

陈学江

中海油田服务股份有限公司天津300459

摘要：完井工具失效是油气田施工过程中经常出现的一类问题。为了更好的促进油气井工程在后期的石油和天然气的开采过程中发挥有效的作用，对油气井的施工尤其是工程项目完工时的完井技术进行分析，对其中由于冲击压力的存在造成的完井工具失效的深层次原因进行科学研究，并寻求有效的防治措施，能够极大提升油气开采工作的更高效开展。

关键词：冲击压力；完井工具；失效原因；防治对策

1、前言

目前，油气井完井技术主要有尾管完井、封隔完井、分级固井完井以及其它复杂的组合完井，而完井工具主要有液压作用和机械作用两大类。其中，液压式完井工具具有适用性强，安全性好的优点，应用较为普遍。然而，在现场应用过程中，液压式完井工具在下入过程中易出现提前作用造成失效的现象，影响到井下安全，导致经济损失。

2、油气井完井技术概述

完井技术是直接影响油气井开发效益的关键技术，直接关系到油气勘探开发的效果和经济效益。一口井完井方式的选择是否合理，直接关系到该口井今后的开发、开采能否顺利进行。实践表明，采用与油气田地质条件、流体性质合适的完井方法，不仅能显著提高油气井的生产能力，科学合理地开发油气田，同时还能降低油气的直接开采成本，延长油气井寿命，真正做到少投入、多产出。

3、冲击压力造成液压完井工具失效案例及原因

为了更好的探究冲击压力对液压完井工具失效的原因，本文笔者结合自身工作经验、平时的调查、实验探究等过程，对出现实际的由于冲击压力造成的完井工具失效情况进行介绍，并对其原因进行一定的分析。

3.1完井施工基本数据

J323井作为一口小眼井，设计文件中采用的完井方案为尾管封隔筛管法，实际井深294m，钻井过程中的钻井液的密度大约为1．3kg/L，设计的完井管串结构为:直径为88．9mm筛管+88．9mm盲板短节+88．9mm套管外封隔器(ECP)+88．9mm尾管+直径为139．7mm×88．9mm液压式尾管悬挂器+73．0mm的送入钻具。尾管悬挂器的打开压力设定在5兆帕，套管外封隔器的打开压力为7～8兆帕。

3.2现场施工方法及故障现象

由于J323井使用的是液压式尾管悬挂器和液压式套管外封隔器，而且借助盲板实现悬挂器和封隔器的坐封。在悬挂器下入的操作过程中，能够达到的最大速度为4m每秒，而且存在着忽然急停和忽然启动的操作，当钻进深度达到200m以上时，发现直径为139．7mm的套管遇阻，最后将整个管串起出，检查装置，发现悬挂器的液缸活塞已经呈现出打开状态，卡瓦片也脱落，ECP胶筒磨损严重，经分析发现，这只能是由于液压的存在，由于压力的作用使完井工具提前打死，因为整个悬挂器和封隔器已经安装有上下扶正的专门装置，在向下钻探过程中，不存在被挂坏的可能。

3.3失效原因探究

对于这口井施工过程中，采用的完井工具进行分析，由于其在工作时，进行打开操作时，是借助管串内外的压力差，使固定的销钉被剪断，从而实现上述打开动作。当管串在向下进行钻探时，是高速运行状态，在下落过程中，突然被刹死，使得管串下端的出口被盲板完全堵死，使得管串内存在的液体会产生的瞬时高压，从而出现流体力学中，研究的较为广泛的水击现象。水体击现象，在流体力学中，还是由于液体同其他物体一样具有惯性，同时液体还具备一定的压缩性，当官内存在的液体在高速向下时，突然遇到阻碍，这时液体的惯性和压缩性开始发挥作用，惯性是为了保持液体原来的运动方向和速度，因此，由于流速的突然变化使得压强发生巨大的改变，而液体的压缩性和管壁的弹性将对管中液体的流速和压强变化起缓冲作用，当管内的液体突然停止时，由于动量守恒以及相关的能量传递的作用，使得前述的完井工具出现失效现象。这些现象出现的原因还是由于相关完井工具的结构和施工工艺的不规范导致液体的冲击压力存在，超过工具的承受极限，导致工具的损坏和失效。

4、防治由冲击压力引起的完井工具失效的方法

4.1改进完井工具结构

从以上对完井工具失效中冲击压力因素的具体影响过程的分析，可以看出冲击压力对工具造成损坏的过程，与完井管串的结构和完井工具的结构有着十分直接的联系，因此，从改进完井工具着手，是一种比较有效的应对方法。

4.1.1改变盲板结构

具体的办法是，可以将盲板改成带小孔的板，其改进后的结构如图1所示。

a改进前b改进后

图1盲板结构改进对比图

在将盲板的结构改成孔板结构之后，需要对完井的工艺进行调整，使采取的孔板的结构能够将水管内的液体的阻挡作用彻底消除，保证在完井工具钻进的下入过程中，不会出现水冲击压力;当完井工具钻探到指定的位置之后，需要从井口向管中投入小球，将孔板上的小孔封堵住，实现官内的憋压，继而保证液压式的完井工具能够正常的进行工作，这样就可以消除水冲击压力的影响。

4.1.2改变压差式分级箍结构

由于压差式分级箍在工作时，产生的动载荷的方向与管串下入的方向都是向下的，打开套的方向也是向下的，这样就容易造成工具的失效，因此，在实际工作时，只需要将打开套的方向与原来的方向相反，保证打开套的方向与冲击力产生的载荷方向相反，并使固定的结构承受住冲击载荷，这样就能从根本上解决完井工具失效的问题。

4.2改进下入完井管串的施工要点

为了有效地防止完井工具因为冲击压力的存在而造成的失效，需要从问题产生的另一个源头进行解决，即对下入完井管串的施工要点进行改进。具体而言可以采取对下入速度的严格控制，保证下入速度在1．2m左右，尤其是在完井工具抗击压力的临界深度以内时，更应该对下入速度进行控制好;在下入过程中严禁急停和急刹的操作，这类操作是发生问题的主要原因，在操作时采取缓慢的操作，使管串下落过程平稳，从而保证冲击压力不出现或者是出现的冲击压力值较小，有效防止冲击压力造成的完井工具失效。

5、结语

从以上的分析和研究，冲击压力造成液压完井工具失效的原因，主要是由于完井工具的结构和下入过程中的操作速度过快、急停急刹造成的。因此，采取的防治措施主要就是对完井工具的结构进行改进和施工过程的严格控制，对液压式完井工具在钻探下入过程中的失效问题进行有效的解决，能够显著提升油气井的安全生产和运行，促进经济价值的发挥。

参考文献

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