带压作业下入油管弯曲原因分析及预防措施

李超 康超 贾秀鹏（胜利石油工程有限公司井下作业公司，山东 东营 257064）

引言

带压作业主要是指在油气水井井口带压状态下，利用专业设备在井筒内进行的作业。带压作业范围通常包括修井、完井、射孔、打捞、磨铣、压裂酸化、抢险及其它特殊作业等。通过调查和分析油管弯曲的机理和原因，有助于防止和减少塑性弯曲现象，提高带压作业下油管的成功率，促进油气田的大规模开采。

1.存在问题

带压作业井内管柱的受力包括:井内压力作用在管柱最大横截面的上顶力，管柱在井内流体中的重力、浮力，油管通过防喷器时的摩擦力，带压起下作业装置所施加管柱的力。

因此，管柱压力计算应为:Fsnub=Ffr+Fwp-W

管柱截面受力计算:

Fwp=0.7854*D2*P

式中:Fwp:管柱的截面受力，单位千牛kN

D:防喷器密封油管的外径，单位毫米mm

P:井口压力，单位磅/每平方英尺psi

油管通过防喷器时所受的摩擦力大小与防喷器类型、井内温度、井内液体及井口压力油管有关，根据经验通常取井内压力对管柱上顶力的20%-30%为摩擦力，这里取30%，所以Ffr=0.3*Fwp，则Fsnub=1.3Fwp-W。

因此，在井内压力的作用下，带压作业施工需采用较大的下压力克服管柱的上顶力，完成下入管柱。当下压力超过管柱的抗屈服强度时，管柱就会发生弹性弯曲，甚至发生塑性变形，对管柱造成不可逆的破坏。

2.原因综合分析

油管发生弯曲取决于抗屈服强度，而抗屈服强度与油管材质有关。在材质一定的情况下，油管发生弯曲主要受管柱横截面积、井口压力和无支撑长度的综合影响。

表1 不同井口压力与下压力关系表

2.1 井口压力方面

根据Fsnub=1.3Fwp-W=1.3*0.7854*D2*P，对带压作业中常用的 2-3/8”、2-7/8”、3-1/2”三种型号油管的在 3000psi和5000psi的不同井口压力下进行了计算（。如表1）

可以看出井口压力P越大，所需的下压力Fsnub越大，而下压力越大，油管发生弯曲的概率越大。

2.2 油管横截面积

根据Fsnub=1.3Fwp-W=1.3*0.7854*D2*P，对带压作业中常用的2-3/8”、2-7/8”、3-1/2”三种型号油管的横截面积进行计算。

表2 油管横截面积与下压力关系表

从表2可以得出，管柱截面积越大，所需的下压力越大，而下压力越大，油管发生弯曲的概率越大。

2.3 油管无支撑长度

油管无支撑长度是指游动卡瓦距最上密封防喷器之间的距离，如果加大力强行下入油管，在此处的油管就可能发生弯曲。

油管压弯时，油管无支撑长度计算，当无支撑油管的柔度λ不小于油管临界柔度λc时，按欧拉公式计算无支撑油管的临界应力。

σcr:临界应力（MPa）；E:杨氏模量（MPa）；λ:柔度

因此，管柱的无支撑长度越大，临界压曲载荷就越小，管柱发生弯曲的概率就越大。

3.预防措施

带压作业下油管作业中，造成油管弯曲的机理和原因是多方面的，为了有效防止事故的发生，必须深入调查研究和分析，找出关键问题所在。一般来说，采取以下措施进行预防是有效的:

3.1 尽量减少高压力气井的作业任务，缩短作业周期。

3.2 充分考虑井内管柱的受力情况，尽量选用横截面积小的油管进行作业。

3.3 根据油管物理材质的计算，选用屈服强度强的油管，可有效的避免发生弯曲。

3.4 减小固定、游动卡瓦之间无支撑长度的距离，增强油管的抗弯能力。

[1]吴千里.新型带压作业装置[J].石油机械,2008,36(1):49-51.

[2]赵怀文，陈智喜.液压与气动[M].北京:石油工业出版社,1988.

[3]樊奖平，张高峰.带压作业装置现状与发展[J].石油矿场机械,2008,37(12):11-15.

[4]吕长杰，赵云中，徐百钢.带压作业技术的研究与应用[J].中国科技信息，2010,(22)10:147-148.