Page 78 - 理化检验-物理分册2020年第二期

滕学清, 等: 某井 １７７．８mm 偏梯形螺纹接头套管脱扣原因分析
ϕ

３．３．４ 导致套管接头松动的载荷来源
荷有关.水泥环凝固过程中温度变化过程可分为 ３
个阶段: 第一阶段为注水泥结束后, 地层向井眼环空 ( １ )井眼全角变化率大导致套管柱承受异常卸
放热( 吸热), 此时深部地层主要是井眼从地层中吸 扣扭矩
热升温, 浅部地层与之相反, 同时地层与套管之间也 井斜越大, 井眼全角变化率越大, 套管柱与井壁
会发生热交换; 第二阶段为水泥自发水化凝固放热 之间摩擦干涉的可能性越大.全角变化率增加时,
升温, 水泥凝固时的放热现象使得水泥环及套管内 套管与井壁接触力增大, 会限制套管的下入及轴向
流体与附近井壁岩石温度升高, 套管也会升温伸长 载荷沿套管的传递, 导致套管柱承受异常扭矩, 在极
从而承受压缩载荷; 第三阶段为温度递减阶段, 这一 端情况下甚至导致卸扣, 例如在全角变化率较大的
阶段水泥虽然存在水化放热, 但放出的热量不能与 井眼起下 钻 过 程 中, 经 常 出 现 钻 柱 自 行 转 动 的 现
周围物体吸收的热量维持平衡, 温度逐渐接近地层 象 [ ３ ] .该井在下套管和之前的通井过程中多次在造
温度 [ ２ ] , 套管也随之降温缩短而承受拉伸载荷. 斜井段遇阻且全角变化率过高, 增大了套管柱承受
( ３ )井眼口袋深度对套管受力的影响 异常卸扣扭转载荷的可能性.
若套管下井之后浮鞋距井底的口袋深度过小, ( ２ )下套管遇阻使套管柱承受异常卸扣扭矩
下部套管容易承受压缩和弯曲载荷.该井实际口袋 该井 在 下 套 管 遇 阻 期 间 最 大 悬 重 变 化 值 达
长度为 ０ , 远小于设计的口袋长度( ２．０m ), 这不但 １８０４kN , 遇阻位置均在套管脱扣位置之下, 每次遇
阻碍了套管柱受热伸长, 增加其承受的压缩和弯曲 阻悬质量变化使得套管柱承受了交变载荷, 即异常
载荷, 而且导致套管柱中性点上移, 使套管接头具备 拉伸、 压缩和扭转载荷 [ ４Ｇ５ ] .
了倒扣和脱扣的条件. ( ３ )固井注水泥过程中管柱振动导致接头松动
( ４ )井眼轨迹对套管受力的影响 管柱螺纹接头在振动载荷作用下容易发生松
在造斜井段, 套管在下井过程中和下入后容易 动 [ ６Ｇ７ ] .该井在固井过程中泵压为 ０~２８MPa , 排量
受到异常载荷.该 井 造 斜 点 井 深 ６７７５m , 在 井 深 为 ０．８~１．２ m min , 共 注 入 水 泥 浆 等 液 体
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６９０５．０６~７０７５．０３m 的造斜 井 段, 全 角 变 化 率 为 １０４m , 替浆 ５３．５m , 难以避免会产生振动载荷而
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６．５５６~７．３５３° ( ３０m ) ,超 过 了 不 大 于 ６° 导致管柱接头从薄弱环节发生松动.
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( ３０m ) 的设计要求.套管脱扣位置钻塞井深为 ７ ４ 结论及建议
４２３．４０m , 位于造斜井段, 在套管下井过程、 注水泥
过程和水泥凝固过程中, 套管失效位置必然受到异 ( １ )在固井水泥凝固期间该套管接箍工厂上扣
常载荷的影响. 端接头脱扣; 造斜井段全角变化率过大、 井眼不规
３．３．３ 上扣扭矩对套管脱扣的影响 则、 套管引鞋下面没有预留口袋导致套管承受异常
套管脱扣一般发生在套管柱最薄弱的接 头位 载荷是其发生脱扣的原因.
置.在一定扭矩范围内, 套管接头上扣扭矩与卸扣 ( ２ )建议严格控制工厂上扣环节, 工厂端上扣
扭矩成正比.上扣扭矩越大, 卸扣扭矩越大; 上扣扭 扭矩应稍大于现场端上扣扭矩, 上扣位置一般略超
矩越小, 卸扣扭矩越小.螺纹脂摩擦因数越大, 所需 过 △ 底边位置; 保证井眼质量, 防止下套管遇阻.
卸扣扭矩越大; 反之, 螺纹脂摩擦因数越小, 所需卸
参考文献:
扣扭矩越小.同一根套管接箍两端的接头受力情况
差别很小, 其中上扣扭矩偏小的接头容易发生倒扣 [ １ ] 吕拴录, 骆发前, 唐继平, 等 ． 某井 １７７．８ mm 套 管 固
和脱扣. 井事故原因分析[ J ] ． 钻采工艺, ２００９ , ３２ ( ４ ): ９８Ｇ１０１．
当套管在井下受到异常扭转载荷卸扣时, 由于 [ ２ ] 吕苗荣 ． 固井水泥浆水化凝结过程中的温度变化[ J ] ．
套管接头工厂端上扣扭矩( １２０００N m ) 仅为现场 西南石油学院学报, ２０００ , ２２ ( ３ ): ６９Ｇ７１．
[ ３ ] 吕拴录, 杨向同, 冯春, 等． 跨隔完井管柱封隔器中心管
端上扣扭矩( １６０００N m ) 的 ７５％ , 螺纹脂摩擦因数
断裂原因分析[ J ] ． 石油矿场机械, ２０１４ , ４３ ( ４ ): ５２Ｇ５７．
( ０．９ ) 仅有现场端上扣所用螺纹脂摩擦因数( １．０８ )
[ ４ ] 杨向同, 吕拴录, 彭建新, 等 ． 某井特殊螺纹接头油管
的 ８３％ , 所以对于同一个接箍两端的接头, 工厂上
脱扣原 因 分 析 [ J ] ． 理 化 检 验 ( 物 理 分 册), ２０１７ , ５３
扣端接头更容易卸扣, 而套管接头卸扣到一定程度
( ４ ): ２９１Ｇ２９５．
之后就会发生脱扣. ( 下转第 ６６ 页)

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