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石油鉆井套管磨損原因及防護(hù)措施

文檔作者：寧丹宇文檔來源：長城鉆探公司工程技術(shù)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月15日
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2014 年10 月
石油鉆井套管磨損原因及防護(hù)措施
寧丹宇（長城鉆探公司工程技術(shù)研究院遼寧盤錦124010）
摘要：隨著石油鉆井技術(shù)的發(fā)展與逐步深入，深井、定向井和
大斜度井?dāng)?shù)量越來越多，在這類油氣井的開發(fā)過程中，常會出現(xiàn)
鉆井時(shí)間長，鉆桿對套管施加的側(cè)向應(yīng)力大等狀況，這是造成套
管磨損的根本原因。過度的磨損可能導(dǎo)致套管被磨穿、擠毀，引
發(fā)局部井段甚至整個(gè)井眼的報(bào)廢，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此深
井、定向井和大斜度井施工過程中的套管磨損問題將會成為目前
鉆井施工亟待解決的問題之一。本文主要針對石油鉆井套管磨
損機(jī)理以及防磨保護(hù)措施進(jìn)行分析，為相關(guān)工作者提供一些套管
防磨保護(hù)建議。
關(guān)鍵詞：石油鉆井；套管磨損；防磨措施
深井、定向井和大斜度井的技術(shù)套管由于后期鉆井時(shí)間過
長，套管受到鉆桿施加的側(cè)向力較大。在這種情況下鉆桿接頭緊
貼套管壁的旋轉(zhuǎn)摩擦是造成套管磨損的主要原因。因此針對該
現(xiàn)狀制定相應(yīng)的套管防磨措施消除套管磨損帶來的安全隱患具
有非常重要的意義。
一、影響套管磨損的主要因素
1.井深、井斜及全角變化率
套管內(nèi)壁受到的側(cè)向載荷越大，套管磨損就越嚴(yán)重。而影響
側(cè)向應(yīng)力大小的主要因素有井深、井斜，以及全角變化率（狗腿
度）的大小等[1]。井深越深，井斜越大，鉆柱因自重較大會對套管
產(chǎn)生更大的側(cè)向力載荷，這時(shí)就會對套管內(nèi)壁下側(cè)造成更多的磨
損；在全角變化率（狗腿度）較大，且鉆柱受到上提拉力較大的情
況下，鉆柱會被強(qiáng)烈地拉伸到狗腿曲線的內(nèi)側(cè)，套管也會受到較
大的側(cè)向力載荷，這時(shí)鉆桿會對套管內(nèi)壁上側(cè)造成更多的磨損。
2.鉆井時(shí)間與起下鉆次數(shù)
在深井、大位移井的施工過程中，鉆井時(shí)間長，起下鉆次數(shù)頻
繁不可避免地會造成套管更多的磨損。而且在接近地表的淺井
段，鉆柱受到的上提拉力比下部的鉆柱高很多，極易對套管內(nèi)壁
產(chǎn)生較大的側(cè)向應(yīng)力。而在上部井段的套管內(nèi)鉆柱的施工時(shí)間
更長，經(jīng)歷的起下鉆次數(shù)更多，旋轉(zhuǎn)摩擦也更為頻繁，因此上部套
管的磨損有時(shí)會比下部套管更加嚴(yán)重。
3.鉆頭的使用和鉆具的組合
針對地質(zhì)條件選擇最合理的鉆頭和鉆具組合不僅可以提高
鉆探的效率，還對減少套管磨損有積極的作用。在鉆探時(shí)應(yīng)盡量
減少更換鉆頭的次數(shù)，而合理的鉆具組合可以優(yōu)化井眼軌跡，還
能使井斜的變化率達(dá)到最低，從而有效減少套管的磨損[2]。
二、減少套管磨損的措施
1.鉆桿接頭的表面處理
鉆桿接頭的旋轉(zhuǎn)摩擦可以從改善鉆桿接頭表面摩擦因素入
手，減少鉆桿接頭對套管內(nèi)壁的磨損。例如：對鉆桿接頭的耐磨
帶表面進(jìn)行拋光處理，降低摩擦系數(shù)，可以降低套管的磨損速率；
采用更加先進(jìn)的鉆桿接頭耐磨帶材料與更先進(jìn)的耐磨帶焊敷技
術(shù)，可以在保護(hù)鉆桿接頭的同時(shí)達(dá)到有效降低套管磨損的目的
[3]。美國ARNCO TECHNOLOGY TRUST 公司研制出的
ARNCO 系列耐磨帶被證實(shí)可以有效減少鉆桿對套管的磨損，這
種新型鉆桿接頭耐磨帶在我國的塔里木油田、克拉瑪依油田及中
原油田已成功地得到了應(yīng)用。
2.優(yōu)化鉆井液與添加劑的性能
實(shí)驗(yàn)證明，鉆井液的類型、質(zhì)量、性能、成分、添加劑等因素對
鉆桿接頭和套管之間的摩擦系數(shù)有直接的影響。在鉆井液中加
入潤滑劑，可降低低密度鉆井液體系下鉆桿接頭與套管內(nèi)壁之間
的摩擦，能夠有效地保護(hù)套管，但是潤滑劑在高密度鉆井液中則
沒有明顯的效果。某些潤滑劑在高溫狀態(tài)下會失效，并加速套管
的磨損，所以合理優(yōu)化鉆井液與添加劑的性能對套管的防磨保護(hù)
有積極的作用。
3.使用防磨旋轉(zhuǎn)接頭
該工具通過在鉆桿之間加入可旋轉(zhuǎn)的軸承裝置，降低了摩擦
系數(shù)。類似的產(chǎn)品有“滾輪扶正器”、“勝利旋轉(zhuǎn)鉆柱接頭”等。這
種防磨工具能夠有效地保護(hù)套管，減小了鉆桿阻力扭矩，但也存
在較為明顯的弱點(diǎn)：國內(nèi)市場上生產(chǎn)的此類工具由上、下兩個(gè)接
頭通過螺紋聯(lián)接于鉆桿之間，不僅增大了立根長度，不便于現(xiàn)場
操作，而且較大的彎矩以及較強(qiáng)的振動(dòng)載荷都可能對其上下接頭
的聯(lián)結(jié)螺紋造成疲勞破壞，引發(fā)井下事故。
4.安裝鉆桿保護(hù)器
利用橡膠或其他硬度低于套管和鉆桿的耐磨材料制成套筒，
將其固定在鉆桿接頭附近，來避免鉆桿接頭與套管之間產(chǎn)生磨
損。鉆桿保護(hù)器可分為旋轉(zhuǎn)式和非旋轉(zhuǎn)式兩類[4]。旋轉(zhuǎn)式鉆桿保
護(hù)器整體被固定于鉆桿上，隨鉆桿一起旋轉(zhuǎn)，例如插銷式鉆桿橡
膠護(hù)箍。非旋轉(zhuǎn)式鉆桿保護(hù)器也安裝在鉆桿接頭附近，但其防磨
套筒不隨鉆桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，例如非旋轉(zhuǎn)式套管防磨套。
非旋轉(zhuǎn)式套管防磨套的套筒由一種高分子耐磨材料制成，通
過一對定位卡箍將套筒固定在鉆桿本體上，保證其可以自由旋
轉(zhuǎn)。當(dāng)鉆桿在套管內(nèi)完全居中時(shí)，套管防磨套會隨著鉆桿旋轉(zhuǎn)；
當(dāng)側(cè)向載荷使鉆桿壓向套管內(nèi)壁時(shí)，套管防磨套外表面的棱會阻
止防磨套旋轉(zhuǎn)。鉆桿與防磨套內(nèi)壁則存在相對旋轉(zhuǎn)，由于鉆井液
的存在使得鉆桿本體與防磨套內(nèi)壁之間形成了一個(gè)“液力軸承”，
因此該工具能夠在降低鉆桿摩阻扭矩的同時(shí)很大程度地減小了
套管的磨損。
目前非旋轉(zhuǎn)式套管防磨保護(hù)套已成功應(yīng)用與阿拉斯加、墨西
哥灣、北海和世界其他許多地方的大位移延伸井中[5]。在我國四
川油田的幾口深井的鉆探作業(yè)中，該工具也取得了良好的防磨效
果，應(yīng)用后原井套管的磨損量與鉆桿的阻力扭矩都有了明顯的降
低。在使用該工具時(shí)應(yīng)通過科學(xué)的設(shè)計(jì)，對防磨套的安放位置與
數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化，盡可能覆蓋所有側(cè)向力顯著的井段，從而更好地
保護(hù)套管。
結(jié)束語
隨著國內(nèi)的深（超深）井及大位移延伸類油井的勘探開發(fā)技
術(shù)逐漸成熟，其套管在施工中的磨損問題也越來越突出。本文主
要總結(jié)了石油鉆井套管磨損與防護(hù)的相關(guān)問題，針對影響套管磨
損的幾點(diǎn)重要因素進(jìn)行分析，結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)，淺析了幾種常
見的套管防磨措施，希望能夠?yàn)閺氖绿坠芊滥ハ嚓P(guān)工作的同仁提
供借鑒。
參考文獻(xiàn)：
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設(shè)備管理
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