HT2井套管分级箍脱扣事故技术处理

滕学清，杨向同，朱金智，吕拴录，杨成新

(1.中国石油塔里木油田公司 新疆 库尔勒 841000；2.中国石油大学材料科学与工程系 北京 102249)

0 引 言

套管在固井过程中发生失效事故之后，如果后续施工处理不当，轻则导致侧钻，造成巨大的经济损失，重则导致全井报废。由于套管在固井过程中的失效形式多种多样[1-9]，这就要求处理事故采取的方式和工具各不相同，有时不得不依据事故情况自己设计工具。由于处理事故时间紧急，往往对工具设计缺乏周密考虑，采用临时设计的工具很难快速有效地处理事故。但是关于套管在固井过程中发生失效事故的处理方面的文章并不多。因此，应积累这方面的经验，以便于油田在处理固井事故时进行参考。

2017年8月4日，HT2井在固井注水泥之后替浆过程中，339.72 mm P110 BC分级箍外螺纹接头与339.72 mm×12.19 mm 110 BC套管内螺纹接头连接位置脱扣，脱扣的外螺纹形貌如图1所示。该井二开中完井深2 840.33 m，二开套管柱下深2 839.30 m。本文对事故情况进行了调查研究，及时提出了事故处理技术方案和建议，并对事故进行了有效技术处理。

图1 脱扣的339.72 mm P110 BC分级箍外螺纹接头形貌

1 事故技术处理

1.1 技术处理方案

考虑到套管分级箍发生脱扣事故之后悬挂在气动卡盘上的套管柱会受到异常载荷，很可能发生变形损坏。为了保证重新入井的套管柱质量，将起出的1 198.89 m套管全部更换为新套管，不再使用分级箍，其中最下部准备与落鱼鱼顶配合的短套管接头采用1：16的锥管接头与铝合金组合的引锥，这就容易将引锥插入鱼顶339.72 mm 偏梯形内螺纹接头里，使339.72 mm锥管接头与落鱼偏梯形内螺纹接头形成插入式密封，然后进行二级固井。

1.2 引锥设计

1.2.1 引锥小端直径计算

在鱼顶完全靠在井壁一侧的极限情况下，引锥小端直径X=W+Q-B，锥直径计算示意图如图2所示，按照不同井眼直径引锥小端直径计算结果见表1。

图2 引锥直径计算示意图

表1 引锥小端直径计算 mm

1.2.2 引锥结构设计

考虑到引锥主要承受压缩载荷和弯曲载荷[10-11]，将339.72 mm×12.19 mm短套管接箍一侧保留，另一端加工成与落鱼套管接箍内螺纹接头锥度相同(1∶16)的锥管接头，作为引锥的上半部分，以保证与落鱼的339.72 mm×12.19 mm套管接箍内螺纹锥面配合；保持原套管通径不变，以保证后续正常钻进。引锥下半部分主要起引导作用，采用铝合金制作，以便于后续钻磨，引锥下半部分铝合金棒材力学性能见表2。

表2 引锥下半部分铝合金棒材力学性能

由于在处理事故过程中要保证泥浆循环，引锥设计了水眼。考虑到铝合金强度比套管强度(套管最小屈服强度为758 MPa)低(表2)，引锥下半部分为薄弱环节，引锥上下部分采用台肩式圆柱螺纹连接，引锥下半部分采用厚壁。台肩具有一定的抗压缩能力，厚壁能提高其抗弯曲强度。鉴于引锥下半部分铝合金重量很轻，对其螺纹连接强度要求不高，采用圆柱细扣螺纹连接可以保证其连接强度。引锥结构如图3所示。

图3 引锥结构图

1.2.3 引锥验收及配合试验

引锥实物形貌如图4所示。对成品引锥进行了检查验收，验收结果合格。

图4 引锥外观形貌

为了验证引锥在井下与套管接箍内螺纹锥面配合的可行性，将引锥与339.72 mm偏梯形螺纹套管接箍内螺纹接头进行了插入配合试验，试验结果完全符合要求，引锥与339.72 mm偏梯形螺纹套管接箍内螺纹接头配合连接后的外观形貌如图5所示。

图5 引锥与339.72 mm偏梯形螺纹套管接箍内螺纹接头配合

1.3 事故处理过程及结果

8月11日1∶30下套管完，2∶30循环、试插顺利。排量14 L/s，泵压从1.1 MPa上升至1.6 MPa，悬重从124 t下降至123 t。4∶00上提管柱，坐吊卡，环空试挤。排量32 L/s，泵压4.1 MPa，泵入19.4 m3，停泵泵压降为0，回吐0.2 m3。12∶00插入引锥工具，下压10 t，打压1 MPa不降；14∶00反挤密度1.88～1.90 g/cm3水泥浆115 m3。20∶00坐套管卡瓦，坐挂吨位50 t。事故处理完毕。

2 失效预防

2.1 落鱼套管柱受力分析及套管磨损预防

套管发生脱扣事故之后落鱼的套管柱会自然弯曲，当落鱼套管柱掉到顶底时受到异常载荷，很可能进一步发生变形损坏，其变形损坏程度与落鱼套管受力有关。落鱼套管柱在泥浆中下落的过程中，一方面要受到套管外环空流体阻力的影响，另一方面要受到泥浆的浮力的影响。下面对套管柱落鱼过程中受力情况予以分析。

2.1.1 套管外环空流体阻力的影响

套管柱浮箍位置设计有单流阀，落鱼套管柱在下落过程中排出的泥浆必须从套管外环空排出，套管柱外环空截面越大，泥浆排出越快，落鱼套管柱下落的阻力越小；反之，套管柱外环空截面越小，泥浆排出越慢，落鱼套管柱下落的阻力越大。该井套管套管柱截面积和环空截面积计算结果见表3。从表3可知，排出泥浆的落鱼套管柱截面积为906 mm2，环空截面积为558 mm2，后者为前者的61.6%(阻力系数)。

表3 套管和环空截面积计算结果

注：套管柱截面积为套管外径包围的截面积。

2.1.2 在泥浆中落鱼到达井底的速度及动能

该井井深为2 840.33 m，套管下深为2 839.30 m，脱扣时浮鞋距离井底1.03 m。

依据自由落体计算公式V=(2gh)1/2，在泥浆中自由落体公式如下：

V=(2gρh)1/2

(1)

式(1)中：

V为套管柱浮鞋落到井底时的速度；

g为重力加速度，g=9.8 m/s2

ρ为浮力系数，ρ=0.8

h为套管柱浮鞋距离井底的距离，h=1.03 m；

代入(1)式得：

V=8.08 m/s。

依据动能计算公式：

Ek=1/2MV2

(2)

式(2)中：

Ek为套管柱落鱼掉到井底时的动能；

M为落鱼套管柱质量，M=(2839.300-1198.894)×107.15×0.80=140 616 kg；

V为套管柱浮鞋落到井底时的速度，V=8.08 m/s；

代入(2)式得：

Ek=4 590 156 J。

在不考虑套管柱外环空阻力的的条件下，落鱼在泥浆中下落到达井底时速度达到8.08 m/s，落鱼套管柱掉到井底时动能达到4 590 156 J。

在考虑套管柱外环空阻力的的条件下，按照61.6%的阻力系数计算结果，落鱼在泥浆中下落到达井底时速度达到4.98 m/s，落鱼套管柱掉到井底时动能达到1 743 667 J。

2.2 预防套管磨损

如上所述，落鱼套管柱以如此快的速度和如此大的能量落到井底，估计落鱼套管柱可能会有变形和损伤。在后续钻水泥塞和钻井过程中应采用必要的预防措施，防止磨损套管。

2.3 更改套管柱扣型

和田2井为探井，原井身设计是按照高压气井考虑的。该井二开技术套管采用339.72 mm 偏梯形螺纹接头套管，虽然其连接强度与管体相同，但密封能力达不到管体的抗内压强度。在套管柱脱扣位置采用插入连接之后，其接头连接强度和密封性能几乎为零。另外，如上所述，落鱼部分的套管柱已经发生变形损伤，套管柱各项性能指标会有不同程度降低。为了保证井身质量，建议将原套管设计三开和四开采用偏梯形螺纹接头套管更改为采用气密封特殊螺纹接头套管。

3 结 论

1)依据落鱼状况设计了引锥，及时处理了分级箍脱扣事故。

2)脱扣套管柱落鱼后会受异常载荷发生变形损伤，建议在后续钻水泥塞和钻井过程中采取措施，防止套管磨损。

3)套管柱脱扣位置插入式配合接头连接强度和密封性能不符合标准要求，建议三开和四开采用气密封特殊螺纹接头套管。