套管防磨技术在海上的应用

套管防磨技术在海上的应用

梁明月

中石化胜利石油工程有限公司海洋钻井公司梁明月

摘要：本文介绍了深井、超深井、大位移井和水平井钻井施工中套管磨损的机理及对套管强度的影响，介绍了S系列套管防磨套的结构原理、主要性能及现场使用情况。通过现场应用效果表明，国内套管防磨工具安全可靠，操作方便，能有效延长幽静寿命，减少后期修套、补套的可能性。

关键词：套管磨损；大位移井；套管防磨套套管磨损在深井、超深井、大位移井和水平井的钻井和修井期间是一个不容忽视的问题，磨损使套管柱的抗挤毁强度、抗内压爆破强度等使用性能降低，对套管柱的安全构成了严重的威胁，它可能引起油气井控制问题，甚至引起井喷，严重的套管磨损有时可使一口几乎要完成的井报废。

1套管磨损机理套管磨损的形式多种多样，主要是在钻井、修井、测井等现场作业期间，钻杆接头、钻杆本体、电缆等与套管综合作用的结果。影响套管磨损的因素很多，且在作用形式和机理上非常复杂。

1.1钻杆柱对套管磨损的影响大部分磨损不是钻杆往复移动作用的结果，而是由钻杆旋转造成的，钻杆柱对套管的磨损包括钻杆接头盒钻杆本体。其中，钻杆接头敷焊碳化钨硬质合金，与套管接触并承受侧向力，所以对套管磨损的影响更大。在实验室对敷焊不同材料的钻杆接头对套管磨损的影响研究结果表明：敷焊碳化物硬质合金的钻杆接头对套管的磨损主要表现为研磨性磨损和套管内表面的显微切削，而表面是一层相对软材料的钻杆头对套管的磨损主要是黏着磨损，而且受钻井液成分性能的影响较大；光滑的硬质表面对套管磨损速率的影响远远低于粗糙的硬质表面；磨钝的敷焊硬质合金钻杆接头很少引起磨损；敷焊WC硬质合金钻杆接头对套管非常有害。

1.2狗腿严重度对套管磨损的影响狗腿度越大，套管弯曲越严重，钻杆在通过套管弯曲的井段时，钻杆一侧与套管壁接触并产生压力。狗腿度对套管有严重影响，不仅是狗腿度能增大套管与钻杆之间的压力，而且表现为狗腿度严重处的钻杆、电缆等始终与套管的同一部位接触，使局部产生磨损，导致套管的性能迅速降低。胜利六号钻井平台承担桩海10A井组的施工，该井组钻井深度大、施工难度高、预测有硫化氢气体。其中，桩海10A-1井是桩海10A井组的第一口定向井，设计井深4839.15m（斜深），完钻层位下古生界；为解决H2S严重腐蚀套管的问题，本井三开选用镍合金套管和双防硫套管。由于镍合金套管和双硫管比较软，抗磨性不强，为解决套管磨损问题，本井采用了套管防磨技术来解决相应的套管磨损问题。

2.S系列防磨套工作原理2.1通过在靠近钻杆接头的部位，安装由等特殊材料制作的一个外径大于钻杆接头且耐磨的非旋转保护套，保护套用两个固定在钻杆上的卡箍定位，这样保护套在钻杆接头位置起到了支撑的作用，避免了钻杆接头和套管直接接触，使常规钻井情况下，钻杆与套管之间钢与钢的硬磨损变为软磨损。

图2-1月牙形磨损套管图图2-2防磨套实物图2.2防磨套特点减震防磨、降低摩阻，保护和防止钻杆和套管的磨损；保护套采用特殊高分子材料，具有良好耐磨性、耐水性、耐霉菌性，耐酸、碱、油等，回弹性好，力学性能优良，适用于各种泥浆类型；卡箍采用特殊铝合金，重量轻，强度大；螺栓材质具有很高的连接强度和韧性；最高耐温（150℃）；改变现有的滚珠防磨短节钢对钢质的磨损为钢对橡胶的磨损；流体通过导流槽，润滑钻杆与主体接触面、套管与主体接触面，减低摩擦阻力；单个质量3kg内，运输、安装、拆卸方便；主体能够承受14000kg的轴向力。

3桩海10A-1井防磨设计3.1基础数据：井号：桩海10A-1；井型：定向井；施工井段：5-7/8”井眼4302-4839m3.2井眼轨迹3.3防磨套设计3.3.1重点保护层段选择

图3-1钻井时侧向力3.3.2较大狗腿度处及井口、最下面一段套管处：0-300m、500-600m、1900-2100m、3800-43井段；7寸套管其他井段为次重点保护井段：300-500m、600-1900m、2100-3800m。

3.4安放原则。较大狗腿度、井口：每2柱安放1只，7寸套管最下面井段（镍合金防硫、防二氧化碳套管）：每1柱安放1只，7寸套管其他井段：每3、4柱安放1只。

3.5安放结果考虑到最后三开7”套管下部下了360m镍合金防硫、防二氧化碳套管，抗磨性能差，此井段防磨套安放频率为1个/柱。

4.现场应用4.1于2014年5月4日组合钻具下钻，下钻过程中检查倒装高温防磨套，至5月5日09：00下钻到底开始正常钻进；5月6日18：00钻进至4306m由于牙轮钻头寿命问题起钻，于5月7日11：00起钻完，高温防磨套出井；第一趟施工结束。

4.1.1钻具组合：5-7/8″牙轮钻头+浮阀+扶正器+4-3/4″短DC×2根+扶正器+4-3/4″无磁DC×1根+MWD+4-3/4″无磁DC×115科学技术2014年12期下KEXUEYUJISHU科学与技术根+3-1/2″HWDP×9柱+3-1/2″DP×142柱4.1.2泥浆性能：1.08-1.1sg，井底循环温度：135℃4.1.3起钻过程中逐个检查入井的防磨套情况，由于本趟钻进尺较少，防磨套在井下时间较短及旋转圈数较少，且循环充分，因此本趟钻出井的防磨套情况良好无磨损腐蚀现象4.2于2014年5月7日组合钻具下钻，下钻过程中检查倒装高温防磨套，考虑第三趟施工时间较长更换9至防磨套主体，至5月8日07：00下钻到底开始正常钻进；5月13日04：00钻进至4609m由于钻头寿命及防磨套预留进尺空间问题起钻，于5月14日22：00起钻完，高温防磨套出井；第二趟施工结束。

4.2.1钻具组合：5-7/8″PDC钻头+浮阀+扶正器+4-3/4″短DC×2根+扶正器+4-3/4″无磁DC×1根+MWD+4-3/4″无磁DC×1根+3-1/2″HWDP×9柱+3-1/2″DP×142柱4.2.2泥浆性能：1.08-1.13sg，井底循环温度：135-138℃4.2.3本趟钻出井的上部防磨套情况良好无明显磨损腐蚀现象，离井底较近的防磨套有明显磨损腐蚀老化现象.高温是影响防磨套本体和卡箍寿命的主要因素；另外钻柱旋转对防磨套本体使用寿命的影响比入井时间影响更大；而对于卡箍来说入井时间的影响比旋转更大；防磨套施工井内含有硫化氢对高温防磨套本体和卡箍寿命都有较大影响，另井下落物对防磨套的损坏很大而且会造成卡钻事故。

4.3于2014年5月14日00：00组合钻具下钻，下钻过程中检查倒装高温防磨套，至5月14日14：00下钻到底开始正常钻进；5月15日14：00钻进至4723m，接到甲方通知完钻，于5月16日16：00起钻完，高温防磨套出井；第三趟施工结束。

4.3.1钻具组合：5-7/8″PDC钻头+浮阀+扶正器+4-3/4″短DC×2根+扶正器+4-3/4″无磁DC×1根+MWD+4-3/4″无磁DC×1根+3-1/2″HWDP×9柱+3-1/2″DP×152柱4.3.2泥浆性能：1.13sg，井底循环温度：135-138℃4.3.3起钻过程中逐个检查拆卸保养出井的防磨套，本趟钻出井的上部防磨套情况良好无明显磨损腐蚀现象，离井底较近的防磨套有明显磨损老化现象，由于老化造成一只防磨套主体落井和一防磨套主体撕裂，其它出井防磨套均正常消耗。

5.建议在桩海10A-1井四开S系列套管防磨套得到了很好的应用，效果明显。总体来看防磨套（本体和卡箍）性能良好。没有明显的腐蚀和磨损。但是，处于安全考虑，我们不建议使用超过300小时，因为长时间高温工作防磨套本体和卡箍易发生老化、变形；易发生损坏和脱落现象；高温防磨套入井后严防井下落物。