油水井套损大修设计和技术要点

1、油水井套损大修设计和技术要点 前 言 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，油田工作者应本着“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。 目 录第一节 套损的原因及预防措施第二节 套管损坏的类型 第三节 大修设计第四节 套管整形第五节 套管加固第六节 套管取换第七节 技术要点第一节 套损的原因及预防措施 套损的原因是相当复杂的，国内外不少学者进行了多方面的

2、研究，虽然观点各异，但也具有一定的共性，这就为制定套损预防措施提供了必要的条件。一、套损的原因分析 造成油、水井套管损坏的因素是多方面的，概括性地分为地质因素和工程因素两大类。 第一节 套损的原因及预防措施 (一）地质因素 地层（油层）的非均质性、油层倾角、岩石性质、地层断层活动、地下地震活动、地壳运动、地层腐蚀等情况是导致油水井套管技术状况变差的客观存在条件，这些内在因素一经引发，产生的应力变化是巨大的，将使油、水井套管受到损害，甚至导致成片套管损坏，严重地干扰开发方案的实施，影响油田的稳产。 第一节 套损的原因及预防措施 、地层的非均质性 陆相沉积的砂岩、泥质粉砂岩油田，由于沉积环境不同，

3、油藏渗透性在层与层、层内平面之间都有较大的差别。在注水开发过程中，油层的非均质性将直接导致注水开发的不均衡性，这是引发地层孔隙压力场不均匀分布的基本地质因素。 、地层（油层）倾角 陆相沉积的油田，一般储油构造多为背斜和向斜构造，由于背斜构造是受地层侧压应力挤压为主的褶皱作用，一般在相同条件下，受岩体重力水平分力的影响，地层倾角较大的构造轴部和陡翼部比倾角较小的部位更容易出现套损。第一节 套损的原因及预防措施 3、岩石性质 在沉积构造的油、气藏中，储存油、气的多为砂岩、泥砂岩、泥质粉砂岩。注水开发时，当油层中的泥岩及油层以上的页岩被注入水浸蚀后，一是泥页岩膨胀挤压套管；二是岩石抗剪强度和摩擦系数

4、大幅度降低，一定倾角的岩石将上覆岩层压力转移至套管，使套管受到剪切损坏。第一节 套损的原因及预防措施 、断层活动 在沉积相构造的油田中，由于地球不断运动，各地区地壳沉降速度不尽相同, 促使断层活动化，使上下盘产生相对滑移，剪挤套管，从而导致套管严重损坏。第一节 套损的原因及预防措施 5、地震活动 地球是一个不停运动的天体，地下地质活动从未间断，根据微地震监测资料，每天地表、地壳的微震达万次，较严重的地震可以产生新的构造断裂和裂缝，也可使原生构造断裂和裂缝活化。地震后，大量注入水通过断裂带或因固井胶结问题进入油顶泥页岩，泥页岩吸水后膨胀，又产生粘塑性，岩体产生缓慢的水平运动，使套管被剪切错断或严

5、重弯曲变形。第一节 套损的原因及预防措施 6、地壳运动 地球在不停的运动，地壳也在不停的缓慢运动中，其运动方向一般有两个：一是水平运动（板块运动）；二是升降运动。地壳缓慢的升降运动产生的应力可以导致套管被拉伸损坏。 第一节 套损的原因及预防措施 7、地面腐蚀 地表地层腐蚀是因为浅层水（300m以上）在硫酸盐还原菌的作用下产生硫化物，硫化物在浅层水中氧化反应引起套管腐蚀。第一节 套损的原因及预防措施 （二）工程因素 引起套管损坏的主要工程因素有：钻井完井过程中的完井质量，套管本身材质、固井质量，采油工程中的注水、压裂、酸化，以及油水井日常管理作业等。第一节 套损的原因及预防措施 1、套管材质问题

6、 套管本身存在微孔、微缝，螺纹不符合要求及抗剪、抗拉强度低等质量缺陷问题，完井后，由于在采油生产压差或注水压差长期的影响下，导致管外气体、流体从不密封处渗流进入井内或进入套管与岩壁的环空，一是流体流动过程损伤套管；二是流体聚集在环空上部，形成腐蚀性很强的硫化氢气塞，将逐渐腐蚀套管。 第一节 套损的原因及预防措施 2、固井质量问题 固井质量直接关系到完钻井的寿命和以后的注采关系，影响固井质量的主要因素有：井眼不规则、井斜、固井水泥不达标、顶替水泥浆的顶替液不符合要求、水泥浆的密度低或高、注水泥后套管拉伸载荷过小或过大等等，都将影响固井质量。 第一节 套损的原因及预防措施 3、完井质量 完井质量对

7、套管影响很大，特别是射孔完井。射孔工艺选择不当，一是会出现管外水泥环破裂，甚至出现套管破裂；二是射孔深度误差过大，或者误射泥页岩隔层(尤其是开发薄互层的二、三次加密井尤为重要)，将使泥页岩水浸膨胀，挤压套管。第一节 套损的原因及预防措施 三是射孔密度选择不当，将会影响套管强度。比如在特低渗透的泥砂岩油层采用高密度射孔完井，长期注水或油井油层酸化、压裂改造，短时间的高压也会将套管损坏。 第一节 套损的原因及预防措施 4、井位部署的问题 断层附近部署注水井，容易引起断层滑移而导致套管严重损坏。注水井成排部署，容易加大区块孔隙压差，形成应力集中，最终导致成片套损井的出现。第一节 套损的原因及预防措施

8、 第一节 套损的原因及预防措施 5、开发单元内外地层压力大幅度下降问题 注水开发的油田，由于开采方式的转变，加密、调整井网的增多，对低渗透、特低渗透提高压力注水以及控制注水、停注、放溢流降压等措施，使地层孔隙压力大起大落,岩体出现大幅度升降。使具有一定弹性的地层孔隙骨架产生不均匀的膨胀或收缩，造成局部应力集中而出现零星套损井。当区块之间形成足够大的孔隙压差时，特别在行列注水开发条件下，泥页岩和断层面大面积水浸时，将导致成片套损井的出现。第一节 套损的原因及预防措施 6、注入水浸入泥页岩的问题 在注水压力较高（一般）条件下，注入水可从泥岩的原生微裂缝和节理浸入，也可沿泥砂岩界面处浸入，形成一定范

9、围的浸水域，这种浸水域在相当长时间内，将导致岩体膨胀、变形、滑移，最终导致套管的损坏。 第一节 套损的原因及预防措施 7、注水不平稳问题 在笼统注水条件下，高渗透区吸水能力大，成为高压区；低渗透区吸水能力差，成为低压区，致使非均质油层层间压差增大，分层注水差的层间压差也较大。在层间、区块之间注采不平衡，有的超压超注或低压欠注,纵向上加大层间压差，平面上区块压力不平衡，造成成片套损井的出现。 第一节 套损的原因及预防措施 另外，由于井下作业开发调整等情况，注水井时关时开，开关不平衡。钻调整井时关停注水井，这样成片集中停注，之后又集中齐注，使套管瞬时应力变化幅度过大，这些都将影响岩体的稳定，最终将

10、导致套管损坏。第一节 套损的原因及预防措施 8、注水井日常管理问题 注水井日常管理是非常重要的，按“六分四清”要求,应做到注水量清、注水压力清、分层产液量清、分层含水清，但由于日常对注水井管理不严,管阀配件损坏，管线漏水且维护不及时，全井注水时或分层注水量不清，异常注水井发现不及时、发现后未采取措施或采取措施不当，造成非油层部位长期进水水浸，诱发新的套损井。第一节 套损的原因及预防措施 二、套损预防措施 根据上述套损原因，提出以下预防措施，以便有效地减缓套损速度的上升。 （一）防止注入水窜入泥页岩隔层 1、提高固井质量保证层间互不相窜 为保证固井质量，采取的主要措施有：一是使用套管扶正器，保证

11、套管在固井时居中，二是设计合理的固井工艺和施工参数，实现紊流顶替；第一节 套损的原因及预防措施 三是采用适宜的水泥浆体系，保证胶结强度和水泥石强度。四是在油层顶部下入管外封隔器，保证水泥浆在压稳状态下候凝，防止浅气层或高压水层窜槽 。第一节 套损的原因及预防措施 2、注水压力限制在地层微破裂压力以下 注水压力应以满足注水量，防止套管损坏为合理注水压力。如果这两项发生矛盾时，应优先考虑后者。这主要由于当注水压力高于地层最小水平地应力（即破裂压力）时，很容易沟通原始裂缝或开启新裂缝，吸水量猛增的同时孔隙压力增大，一是注入水窜入夹层，二是加大层间或区块压差。因此一个油田开发前，应开展地层地应力测试，

12、根据地应力测试结果，把注水压力控制在最小主应力以下。 第一节 套损的原因及预防措施 3、压裂改造时防止垂直裂缝延伸到夹层 垂直裂缝的缝高与压裂施工排量有关，排量越大，其缝越高。因此，对于一个油田进行压裂方案设计时，一定要认真的了解压裂层、隔层的岩性及弹性模量、泊松比、抗张强度等力学参数，根据这些力学参数设计合理的排量，防止裂缝上下延伸到盖层。第一节 套损的原因及预防措施 4、合理地设计注采井网 高含水井先于低含水井发生套管损坏，这主要是由于水过早通过裂缝或固井的窜槽进入了泥岩夹层造成的结果。因此选择合理注采井网、延迟油井水淹是防止套管损坏的一种方法。为此，注水开发裂缝性油田时，采取两种注采井网

13、有利于防止套管损坏：第一节 套损的原因及预防措施 a）行列注采井网。油水井排方向与油层主裂缝方向平行，利用注入水沿裂缝突进特点，使相邻水井之间很快拉成水线，均衡地渗透到油井排去，这可防止因裂缝水过早串 到软弱层。 b）菱形注采井网。在采用面积注水方式时,油水井排的方向与油层主裂缝错开一个角度,这可延迟处于裂缝方向上油井过早水淹。 第一节 套损的原因及预防措施 （二）维持合理的注采压差 现在人们认识到，由于油层中流体被开采出来，一段时间（或很长时间）不注水补充能量，形成一个低的应力异常区，周围高压应力区推动岩体向低压区运动，造成大量套管损坏。相反，注水强度大，注水量过多，则可形成高应力异常区，也

14、会推着岩体向低应力区运动，使套管成片损坏。因此，油田开发应适时、适量、低于破裂压力注水，保持适当孔隙压力，并使油田内部各区块孔隙压力保持基本平衡，以避免套管损坏。第一节 套损的原因及预防措施 （三）防止油层出砂 油井出砂，水井吐砂，一方面影响油水井生产；另一方面在出砂层位形成空洞。空洞位置的套管失去围压，在作业和生产过程中很容易造成套管损坏，因而在开采过程中应防止地层出砂。 第一节 套损的原因及预防措施 （四）防止套管腐蚀 随着油田持续开发，因腐蚀所致的油水井套管损坏问题也日趋严重，给油田生产带来极大危害。目前在防止套管腐蚀上，比较成熟方法如下： 1、提高封固质量，以隔绝腐蚀介质与套管之间的通

15、道。 2、采用阴极保护技术。 3、使用抗H2S套管。 4、加杀菌剂杀死有腐蚀的细菌。第一节 套损的原因及预防措施 （五）防止射孔对套管损害 射孔对套管损坏程度主要与使用的射孔弹类型及射孔枪型有关。因此，减轻射孔对套管损坏程度，可以通过合理地选择射孔弹射孔枪来实现。就聚能射孔原理而言，不论弹型设计得如何合理，其有效炸药量总不能达到百分之百，有些射孔的有效炸药量只占全部炸药量的40%，无效药量对套管有直接或间接的损害作用。第一节 套损的原因及预防措施 （六）对完井套管要进行严格质量检验 套管下井前均应进行严格的质量检验，检验内容如下： 1、管体部分包括有：丈量长度，外观目测检验，管体尺寸精度检验，

16、如通内径、量外径、测壁厚和称单重、壁厚不均系数、内外椭圆度、模拟射孔检查、机械性能检验、化学成份检验，还要进行宏观低倍数及微观金相组织检验。第一节 套损的原因及预防措施 2、螺纹部分包括：外观目测检查，用综合螺纹量规检查紧密距，用螺纹单项检测仪检查螺纹要素的单项精度，如锥度、齿高和齿形角。 3、强度检验包括：抗内压、抗挤、抗拉及残余应力等对抗挤临界压力的影响。第一节 套损的原因及预防措施 （七）改进套管柱设计方法 传统保守设计套管抗挤强度是采用上覆层的压力来确定套管抗最大外挤力，事实上证明用这个方法确定最大外挤力是不完全合适的。应参考泥页岩蠕变形成不均匀“等效外挤力”作为套管抗最大抗挤强度。因

17、此，油田开发前要准确测定地应力值，以该值进行设计，选择适合的套管等级和壁厚。第一节 套损的原因及预防措施 （八）提高套管抗挤强度 1、使用高强度套管 应用高强度P-110、V-150套管显然可以提高套管抵抗挤毁能力，减少套管损坏。使用高强度套管优点可以使套管抗挤能力增强，因此，在设计抵抗较大外挤力时是首先被选用对象。第一节 套损的原因及预防措施 2、采用厚壁和小直径的套管 厚壁套管对点载荷的承受能力与钢的强度成正比，与壁厚平方成正比。显然，为提高承受点载荷的能力，增加壁厚比增加强度更为有效。当载荷、壁厚均相同时，管径对变形有很大影响，小管径套管有较高的抗变形能力。第一节 套损的原因及预防措施

18、3、在易发生套管损坏岩层段下双层组合套管 双层组合套管就是在套管内下入小套管，然后往环形空间内注水泥，形成一个整体组合结构，内层套管可由井口下至目的层，也可采用尾管形式。 理论和实践表明，只要双层组合套管内外管尺寸及水泥品种选择适当，它具有极强的抵抗挤毁能力，其挤毁强度至少等于各层套管强度之和。因此，在超高压、高蠕变的地层中双层组合套管就起到防止套管损坏的明显效果。第一节 套损的原因及预防措施 目 录第一节 套损的原因及预防措施第三节 大修设计 第四节 套管整形第五节 套管加固第六节套管取换第二节 套管损坏的类型 第七节 技术要点第二节 套管损坏的类型 根据多年修井施工积累的资料，结合套损原因

19、，将套管损坏的类型分成以下六种类型。 一、径向凹陷变形 由于套管本身局部位置质量差，强度不够，固井质量差及在长期注采压差作用下，套管局部处产生缩径，使套管在横截面上呈内凹椭圆形，如图1所示。 图1 径向凹陷变形示意图A-A截面上已不再是基本圆型，长轴Dd，据资料统计，一般长短轴差在14mm以上，当差值大于20mm以上时，套管可能发生破裂第二节 套管损坏的类型 二、套管腐蚀孔洞、破裂 由于地表浅层水的电化学反应长期作用在套管某一局部位置，或者由于螺纹不密封等长期影响，套管某一局部位置将会因腐蚀而穿孔，或因注采压差及作业施工压力过高而破损。如图2所示： 第二节 套管损坏的类型 图2 腐蚀孔洞、破裂

20、型示意图 腐蚀孔洞、破裂等情况多发生在油层顶部以上，特别是无水泥环固结井段往往造成井筒周围地面冒油、漏气，严重的还会造成地面塌陷。 第二节 套管损坏的类型 三、多点变形 由于套管多处受到水平应力作用（包括泥岩膨胀或地层滑移等），致使套管径向内凹形多点变形，如图3所示。图3 多点变形示意图第二节 套管损坏的类型 四、严重弯曲变形 由于大段泥岩、页岩在长期水浸作用下，岩体发生膨胀，产生巨大应力变化或岩层相对滑移剪切套管，使套管出现严重弯曲变形，如图4所示。图4 严重弯曲变形示意图第二节 套管损坏的类型 严重弯曲变形的套管基本呈椭圆形状，长短轴差不太大，但两点或三点变形间距小，近距点一般3m以内，若

21、两点距离过小则形成硬性急弯，2m长的通井规不能通过。这是较多见的复杂套损井况，也是较难修复的高难井况。 第二节 套管损坏的类型 五、套管错断（非坍塌型） 泥岩、页岩经长期水浸膨胀而发生岩体滑移, 导致套管被剪断，发生横向（水平）错位。由于套管在固井时受拉伸载荷及钢材自身收缩力作用，在套管产生横向错断后，便向上、向下即各自轴向方面收缩，错断及位移情况如图5所示。图5 套管错断示意图第二节 套管损坏的类型 六、坍塌形套管错断 地层滑移、地壳升降等因素导致套管错断，其地应力首先作用在管外水泥环上，使水泥环脱落、岩壁坍塌，泥、砂和脱落的水泥环及岩壁碎屑、小直径的碎块等则在地层压力流体作用下由错断口处涌

22、入井筒，堆落井底并向上不断涌集,卡埋井内管柱及工具,如图6所示。坍塌型错断是目前极难采取修复或报废处理的复杂套损类型。 第二节 套管损坏的类型 图6 坍塌型错断示意图 第二节 套管损坏的类型 目 录第一节 套损的原因及预防措施第二节 套管损坏的类型 第四节 套管整形第五节 套管加固第六节套管取换第三节 大修设计 第七节 技术要点第三节 大修设计 修井设计是修井施工的重要依据。主要包括地质方案、工艺设计和施工设计。修井设计应由有资质单位编写，并履行审批手续。 一、设计编写原则 1、地质方案 地质方案提供的修井目的、施工要求等应切实可行，有关的井下技术状况、基础数据、目前生产情况等应齐全、准确。

23、2、工艺设计 1）依据井下技术状况及修复目的，选择相应的修复工艺。 2）选择的修复工艺应与现有设备、设施、工具用具相配套。 3、施工设计 1）施工设计应由有资质单位编写。 2）应依据油水井大修地质方案和现有大修工艺技术水平，在摸清井况及修井目的的基础上编写。第三节 大修设计 3）按工序发生的先后及时间安排施工步骤。 4）各工序可能发生的事故或意外，应有相应的预防、处理方案并随时可以实施。 5）关键工序、重要工序应有相应的质量保证措施。 6）重要的工序亦应提出必要的要求。第三节 大修设计 4、审批程序 1）修井设计应在修井前指定专人编写完成并报上级技术管理部门，按程序审批完后提前交施工单位。 2

24、）修井设计由技术管理部门技术负责人审批。 3）重点井工程设计由技术管理部门负责人审核,报公司总工程师审批。第三节 大修设计 4）特殊井工程设计由公司总工程师审核、报局主管技术部门负责人审批。 5）施工方案变更应重新编写补充设计并履行审批手续。 6）经审批后的设计书应打印发送。施工单位备存两份，审批单位存档一份，原稿由设计单位存档，其它按需要处理。第三节 大修设计 二、设计编写主要内容 1、施工目的 按方案提出的施工目的。 2、主要数据 与施工直接有关的基础数据用表格形式列出。 3、目前生产情况 目前生产情况用表格形式列出。第三节 大修设计 4、综合调查情况 目前井下技术状况及调查情况用图表形式

25、及文字简述形式列出。 5、施工准备 施工准备是设计中重要组成部分，应对修井设施、专用工具、钻具、原材料、计量器具等提出具体的规格、数量、性能指标、精度等级等要求。第三节 大修设计 6、工序步骤 1）工序步骤是设计中的重要部分，应首先考虑安全、可靠、合理、可行。 2）各工序间的衔接应紧凑。 3）重要的、关键的工序质量应能经检验核实。 4）有关的计算应列出相应的计算公式，公式中的符号、代号应符合有关规定。第三节 大修设计 5）打捞解卡、套管补贴等工序步骤要求应符合相关标准规定。 6）整形加固、取换套管、工程报废、电潜泵事故处理等工序步骤应符合有关标准的要求。 7）有关的压井、通井、冲砂、替喷等工序

26、要求应符合相关标准规定. 8）完井方式应符合地质方案要求.第三节 大修设计 7、施工要求及注意事项 1）资料录取应符合相关标准的规定。在设计中应提出不同工艺的不同录取内容。 2）施工要点应明确。 3）消防器材及防范措施应具体明确。 4）防喷、防掉、防卡、防伤亡等措施要求清楚、明确、可行。第三节 大修设计 5）施工特殊要求与一般要求应分开。 6）提醒施工人员及其它有关人员注意的问题应清楚、明了。 8、环保、井控要求 认真执行HSE及井控相关管理体系文件的规定。第三节 大修设计目 录第一节 套损的原因及预防措施第二节 套管损坏的类型 第三节 大修设计 第四节 套管整形第五节 套管加固第六节套管取换

27、第七节 技术要点 第四节 套管整形 套管变形或错断后，内通径减小，针对变形和错断点以下的各种工艺技术措施无法实施，导致油气水井停产或报废，而且能引发成片套损。因此，套管变形和错断后，应采取一定的技术措施进行整形扩径，捞出井下落物后，根据井况进行密封加固修复或取套修复，也可彻底报废后侧钻修复。 套管整形扩径技术是套管变形和错断井修复的前提和基础。 套管整形扩径的常用工具有梨形胀管器、旋转碾压法整形器、旋转震击式整形器、偏心辊子整形器、三锥辊套管整形器和各种形状的铣锥。 第四节 套管整形 一、梨形胀管器、基本结构基本结构形式见图10。图10梨形胀管器结构示意图a直槽式b螺旋槽式c胀管器整形挤胀力示

28、意F侧向分力（挤胀力）N垂直分力胀管器前端锥角P向下重力 第四节 套管整形 胀管器工作面外部车有循环用水槽，水槽分直式和螺旋式两种。可根据变形井段变形形状和尺寸选用。 胀管器的斜锥体前端锥角一般应大于30,与挤胀力F和半锥角/2成反比。当锥角小于25时，大量现场经验证明胀管器锥体与套管接触部位易产生挤压粘连而发生卡钻事故。因此一般前端锥角大于30。 第四节 套管整形 2、作用原理 胀管器工作面部分为锥体大端，当钻柱施加给胀管器工作面大端以P力时，其锥体大端与套管变形部位接触的瞬间所产生的侧向分力F直接作用挤胀、冲胀变形部位。钻柱施加给工具的P与钻柱质量、下放速度和下放距离、井内介质密度有关。

29、第四节 套管整形 梨型整形示意图 第四节 套管整形 二、旋转震击式整形器 1、基本结构 基本结构形式见图11。由锤体（上接头）、整形头、钢球、整形头螺旋曲面等组成。 旋转震击式整形器是仿造前苏联的修井工具而又优于其工具。此整形器可不用提放钻柱冲击，只需旋转钻柱而使工具产生向下的震击力，对套管变形部位有较好的保护。 第四节 套管整形 图11 旋转震击式整形器结构式意图a工具结构示意；b工具螺旋形震击曲面 第四节 套管整形 整形体内孔壁上有环形槽，装有钢球并被螺钉锁住而不外窜，钢球将锤体与整形头连为一体，锤体和整形头接触面有凸凹螺旋形凸轮曲线面配合，可以转动一次管柱（工具）发生三次震（敲）击。工具

30、外面有三条螺旋形水槽，可以循环洗井。 第四节 套管整形 、作用原理 旋转式震击整形器在钻柱旋转带动下，整形器的锤体同整形头间的凸轮面产生相对运动，锤体带动钢球沿环形槽抬起。经旋转一定角度后，凸轮曲面出现陡降，被抬起的锤体下降，砸在整形头上，给变形部位以挤胀力。由于锤体、整形头端面的凸轮轮廓面为三个等分的螺旋面，所以钻柱每旋转一周可发生震击三次。 第四节 套管整形 震击力的大小由钻柱本身质量、凸轮螺旋曲面高度决定。高度越大、钻柱向下冲击行程越大。在工具不变情况下，增加钻柱质量（即增加配重钻铤数量）可增大冲击力。加快钻柱旋转圈数也能起到较好的冲击整形效果。 第四节 套管整形 旋转震击整形示意图 第

31、四节 套管整形 三、偏心辊子整形器 偏心辊子整形器对套管变形通径较大（51/2“套管变形通径一般100mm以上）的套损井，一次整形可恢复径向尺寸98%以上。如选择工具尺寸得当、整形方法步骤恰当，则可恢复尺寸达100%。与冲胀类工具相比该工具的最大优点,是起下钻柱次数大大减少。对比工作程序相对安全稳定，无卡钻和顿井口等危险和麻烦。 第四节 套管整形 1、基本结构基本结构形式见图12。 图12偏心辊子整形器示意图 第四节 套管整形 偏心辊子整形器由偏心轴（上接头）、上辊、中辊、下辊、锥辊、钢球、丝堵等零件组成。 偏心轴上端为连接钻柱的螺纹，下端为四阶不同尺寸不同轴线的台阶。其中上接头、上辊、下辊三

32、轴为同一轴线，中辊与锥辊为另一轴线，两轴线的偏心距为e。 第四节 套管整形 辊子分为上、中、下锥辊四件、为整形器的整形挤胀关键零件。锥辊起引鞋导向作用，同时其内孔有半球面的槽与芯轴配合，装入钢球后并被固定，在旋转时起上、中、下三辊的限位作用。锥辊在入井后，对变形部位有初始整形作用。 第四节 套管整形 偏心辊子整形示意图 第四节 套管整形 2、作用原理 当钻柱沿自身轴线旋转时，上、下辊自身轴线作圆周运动，而中辊轴线由于与上、下轴线有一偏心距e（见图12），必绕钻柱中心线以1/2D中+e为半径作圆周运动，见图13所示。这样就形成一组曲轴凸轮机构，形成以上、下辊为支点，中辊为旋转挤压的形式对变形部位

33、套管进行碾压整形。 图13 整形原理示意图 第四节 套管整形 四、三锥辊套管整形器 三锥辊套管整形器是在偏心辊子整形器原理之上，根据变形部位套管及管外水泥环破损程度而研制、发展、完善起来的新型整形工具，特别适用于变形通径较小（51/2“套管变形85mm以上）的套管整形施工。 第四节 套管整形 该工具有以下优点： 1、不伤害套管内壁，套管外水泥环不被震挤破碎。 2、一次整形量较大，一次整形级差可达6mm以上。如51/2套管变形量100mm，选用锥辊尺寸106mm， 112mm、118mm、122mm,45次即可整形恢复至122mm以上。 第四节 套管整形 图14三锥辊套管整形器结构式意图 三锥辊

34、套管整形器由芯轴（上接头）、锁定销、垫圈、锥辊、销轴、引鞋等零件组成。1、基本结构基本结构形式见图14。 第四节 套管整形 芯轴上部为钻杆接头螺纹，中部为圆锥体，其上有三个梯形槽，安装锥辊，由销轴在中间穿过限定而只能绕轴心转动。芯轴下部为引鞋，用以引入工具进入变形井段。锥辊是工具整形的关键零件，分长、短锥面两部分。长锥面对变形部位有挤胀、碾压两个作用。短锥面对恢复通径的变形部位有克服弹性变形、保持并固定通径尺寸的辊压作用。工作循环水眼一般大于20mm。 第四节 套管整形 2、作用原理 三锥辊套管整形器随钻柱旋转和所施加的钻压进入套管变形部位，锥辊随芯轴转动并绕销轴自转，对变形部位套管进行挤胀、

35、碾压，在钻压和钻柱转动作用下，套管变形部位不断被挤胀、碾压而逐渐恢复通径。 第四节 套管整形 因套管材质原因，套管变形段对工具有弹性反力，锥辊最大直径通过变形段后，对长锥面反弹作用力因距离大而不起作用，而对短锥面有反弹力。但钻柱不断转动和锥辊的自转，对恢复段继续辊压，在工作液的循环冷却下，弹性反力逐渐消失被整形复位的通径则保持不变。钻柱、工具不断转动和下压，整形效果则越来越明显。 第四节 套管整形 五、铣锥 1、原理 在扶正管柱的作用下，利用铣锥强制磨铣套管弯曲变形和错断的井段，使套损段井眼轴线与全井的井眼轴线重合，为下步各种工艺技术的实施提供必要的条件，该方法适用于通径大于50mm以上非坍塌

36、的套管错断井和弯曲的变形井整形。 第四节 套管整形 2、操作方法、要求 1）打铅印落实套损情况和状况。 2）根据套损情况选择磨铣工具。 3）管柱下至套损点以上2m开泵循环，旋转下放。 4）遇阻后磨铣，钻压5-10KN。 5）根据进尺情况及其它情况判断是否开窗. 6）如判断在套管内则正常磨铣。如不正常则立即起钻、检查磨铣工具的磨损情况打印决定下步措施。 第四节 套管整形 目 录第一节 套损的原因及预防措施第二节 套管损坏的类型 第三节 大修设计 第四节 套管整形第五节 套管加固第六节套管取换第七节 技术要点 对变形、错断的套管经整形扩径打开通道，捞出井内落物后进行加固修复有以下优点：一是防止套损

37、井段再次变形；二是保持套管井眼有一基本通道；三是密封加固能防止套损井段进水成为成片套损源。缺点是加固修复后，井眼内通径减少。目前加固的方法有不密封丢手加固和液压密封加固。 第五节 套管加固 一、不密封式丢手加固 1、原理 加固管上部连接丢手悬挂装置，用投送管柱送至整形扩径井段后，投球打压，使悬挂装置中的防掉防顶卡瓦张开，紧紧咬住套管内壁，同时丢手接头在压力作用下脱开，与投送管柱起出，加固管及悬挂装置则留在需加固的井段中。 第五节 套管加固 2、操作方法 （1）用模拟筒进行模拟通井，在整形扩径的套损部位无夹持力，保证加固装置的顺利下入。 （2）下入加固装置至井下，使加固管位于套损井段正中。 （3

38、）投球打压12-15MPa，使加固器卡瓦张开,紧紧咬住套管内壁,升压至20MPa剪断销钉，起出丢手接头和投送管柱。 第五节 套管加固 3、适用范围 丢手不密封加固因加固管与套管壁之间有一定的间隙，其上部的悬挂装置也是卡瓦起作用，不能实现环空密封，因此，该方法多用在套管变形井的加固和油层部位套损井的加固。注水井错断整形扩径后，不使用该方法加固，因注入水仍将会从加固处漏失，成为新的套损源。 第五节 套管加固 二、液压密封加固 1、原理 利用液压传递原理将地面泵车提供的压力，通过动力工具内的导压孔作用于其活塞上，活塞向上运动，缸体相对向下运动，产生两个大小相等、方向相反的作用力，推动上下胀头工作，将

39、加固管两端的特制钢体挤贴到套管完好处，达到密封加固的目的。上提管柱拉断连接套，完成丢手工作。 第五节 套管加固 打 压加 固 2、操作方法 1）模拟通井：下入118mm3000m或114mm8000m通径规模拟加固器通井，在整形扩径的套损部位无夹持力，保证加固装置的顺利下入。 2）测井：对套损井段进行XY井径测井，根据测井曲线选择上下加固点和加固器。 3）校深：用管柱将加固器送至加固井段后，进行磁性定位测井，校正加固点的位置。 第五节 套管加固 4）加固：清水打压缓慢升至13MPa，稳压10分钟进行密封加固并拉断丢手连接套。下放管柱，钻压至20-30KN，如管柱遇阻，证明丢手成功。 5）试压：

40、对加固井段进行试压，管柱结构为；油管+K344-95封隔器+油管+喷砂器+K344-95封隔器+尾管+丝堵，清水试压15MPa，稳压30分钟压力不降为合格。 第五节 套管加固 三、长井段密封加固 前述的液压密封加固技术对于提高修井质量，防止套损蔓延起到了积极作用,但受工具结构的限制，加固长度一般只有10m，对于损坏井段达10m以上，中间没有完好套管或找不到良好加固点的多点套损井和大段腐蚀井不能实施密封加固。对于部分二点或二点以上的多点套损井则需要进行多次加固，周期长、成本高。为解决上述问题研究了长井段密封加固技术。 第五节 套管加固 1、长井段密封加固原理 该密封加固器采用上、下分体器结构，替

41、代现有密封加固器的液压座封器及拉杆等，中间可以根据实际井况连接长度在10-100m范围内的加固管，从而实现10-100m内任意井段的密封加固。 第五节 套管加固 长井段密封加固原理目 录第一节 套损的原因及预防措施第二节 套管损坏的类型 第三节 大修设计 第四节 套管整形第五节 套管加固第六节套管取换第七节 技术要点第六节 套管取换 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，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。 一、工艺原理 套管取换的工艺原理是采用专用的套铣工具（套铣钻头、套铣筒等配套

42、工具），钻铣套管周围的水泥环及部分岩石，使之自由，下入套管内割刀，磨铣工具及打捞工具将套损点以上及其以下适当部位的套管取至地面，然后下入新套管利用补接专用工具进行新旧套管的对接。第六节 套管取换取换套过程示意图第六节 套管取换 二、取换套工具 1、套铣头 1）基本结构形式 套钻头有二种结构形式。一种是套铣水泥环专用铣头，另一种是套铣管外封隔器、扶正器及下断口专用铣头，基本结构形式见图15。第六节 套管取换图15 套铣钻头第六节 套管取换 2）基本技术参数 套铣头基本技术参数见表6。第六节 套管取换 2、套铣筒 1) 基本结构形式 基本结构形式见图16所示。 图16 套铣筒1上接头；2筒体；3下

43、接头第六节 套管取换 2）基本技术参数 套铣筒基本技术参数见表7第六节 套管取换 3、套铣方钻杆 1）基本结构 基本结构形式见图17所示。图17 套铣方钻杆1上接头；2六方本体；3下接头第六节 套管取换2）基本参数基本技术参数见表8。第六节 套管取换 4、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。 第六节 套管取换 5、套管补接工具 套管补接工具是套铣完成后，新旧套

44、管串之间的连接专用工具。目前有封隔器式套管补接器和铅封注水泥式套管补接器。第六节 套管取换 三、施工方法 取换套管的施工操作一般可分前期准备、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。第六节 套管取换1）压井 按标准执行。2）起原井 按标准执行。3）打印 按标准执行。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 井口-射孔井段上界，按SY/T5587.3-9

45、3 标准执行。第六节 套管取换 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。第六节 套管取换 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）。第六节 套管取换 套铣要求： （1）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。 （2）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。 第六节 套管取换 2）取套 操作要求： （1）每套铣进尺80-120m取套一次。 （2）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