石油井变形套管爆炸修复技术.pdf

第1 8 巷第3 期 2 ∞1 年9 月 爆破 B L A s T l N G V o L l 8N o ．3 S e p ．2 0 l 文章编号 l 0 0 14 8 7 x 2 0 0 1 0 3 0 0 8 6 0 3 石油井变形套管爆炸修复技术 李森茂 甘肃省化工研究院兰金民爆磐司，甘肃兰州7 3 D 0 2 0 摘要 蛄告大量的地面试验敷据和现场应用敷据，从机理研究、暮葑设计，弹体蛄构、选并条件和应用荭 呆等方面对爆蚌谬套技术进行了奎面论述 砷蕾技术目前存在的问题和夸詹的改进方向也进行了评述。 关麓儡爆炸修复}变形垂曹；油井施工 中圈分类号，T D2 3 5 ．3 9文献标识码t A R e n o v a t i n gT e c h n i q u eo fA D e f o r m e dW e l lC a s e b yE x p l o d i n gM e t h o d 工，S e n m ∞ G a n s uC h e m i c a I1 n d u s t r y1 n s t i tJ t e ，1 。a n z h o u7 3 0 0 2 0 ，C h i n a A b s t 憎c t T h em e c h a m 舯r e 靶a r c h ，c h a r g i n gr e 靶a r c h td e v i c es I r u c t u 他tc o n d i t i 。n so f 甜n k m gw e 【Ia n d t h e I ra p p l l c a t I o na r ed j s c u s 鸵dt h r o “g hq u a n t j t k so fd a t af r o ms u r f a 啊t e s ta n df i e l da p p 【k 8 t I o nT h ep r 。b 】e m s a s e na tp ㈣ta n dd i r e c t l 呻。ff u r t h u rd e v e 】o p m e n ta 腭p u tf o r w a r d ． K e yw o r d s e x p I o 萄“ r e n o v a t i “gt e c b n i q u e ； d e f o r m E dc a s e ；o nw “ 1 前言 变形套管大多采用机械修复方法。实践证明，机 械修复方法只适用于套管变形量较小的情况，一旦 变形量大，机械修复则无能为力，而且修复时问长， 成本高，占用设备多，容易出现卡钻和工具断落事 故 造成井下情况复杂化，修复井眼的难度加大“] 。 为克服机械修复方法的上述弊端，简化修复工 艺．缩短施工周期，降低作业成本，提高经济效益，研 究开发了石油井变形套管爆炸修复技术。 2 变形套管爆炸修复 2 ．1 套管变形分析 当地层应力产生的外挤压力大于套管内压力 时，就可能造成套管某处或多处缩径、挤扁或弯曲等 变形‘“。套管变形主要有5 种椭圆变形、单侧挤扁 变形、缩径变形、扩径变形和弯曲变形，如图1 所示。 2 ．2 爆炸修复基本原理 油水井变形套管的爆炸修复是利用炸药在井液 介质中爆炸时瞬间释放的巨大能量，通过井液的冲 击渡、反射波和藏体动压联合作用于套管内壁上一克 服套管本身的胀大阻力和管外岩石的挤压力，迫使 套管迅速胀大并改变管外压力分布 达到修复套管 变形的目的。 炸药在变形套管中爆炸后，套管将以一定速度 产生径向胀形，如果胀形速度过快、胀形量过大都会 使套管破裂，胀形速度和胀形量的大小主要取决于 装药设计o J 。 收稿日期2 0 0 1 0 6 2 6 ． 作者简介李森茂 1 9 6 9 一 ．男} 兰州；甘肃省化工研究院兰金民公司工程师 万方数据 第1 8 卷第3 期李森茂石油井变形套管爆炸修复技术 3 地面试验 将各种规格、不同钢级的原始套管用压力机压 制成符合试验设计的各种变形形态后埋人地下，套 管外浇注混凝土，内灌满清水，如图2 所示。将符合 试验设计所需形状、几何尺寸和密度的药柱装 壳 体，密封、扶正、加重。药柱进人套管压制变形的位 置，起爆后取出套管测量尺寸，整理分析套管爆炸修 复前后的数据。 吣唧盘毋 图l套管变形形式示意图 爆炸修复石油井变形套管地面试验情况见表 1 ．由此看出 1 在同等试验条件和相同装药下．钢级P 1 1 0 和J 5 5 壁厚7 7 2m m 的两种套管容易产生破裂。 2 钢级N 8 0 壁厚7 ．7 2m m 和9 ．1 7m m 以及 钢级P 1 1 0 壁厚9 ．1 7m m 的变形套管，即使出现严 重变形，只要不破裂仍可以用爆炸方法使其恢复使 用通径。 3 利用炸药在液体介质中爆炸时瞬间释放的 巨大能量克服套管本身的胀大阻力和管外岩石的挤 压力，来修复变形套管的使用通径是可行的。 图2 爆炸修复变形套管地面试验示意图 1 一雷管导线；2 起爆器1 3 一套营；4 雷管{ 5 一扶正块；6 炸 药柱{ 7 一套管变形段{ 8 一混强土Ig 土层 l u 一水 衰l 爆炸修复变形套 f 地面试验数据统计 套昔规格套管装药密度 j m m 钢级 ／g - c m “ 变形套管，m m 爆炸前爆炸后 胀形量 备注 1 5 3 1 1 { 1 5 3 1 1 3 1 5 4 1 1 3 1 5 6 1 1 2 1 5 7 1 1 2 1 5 6 1 1 2 1 5 5 1 1 2 1 5 6 1 1 2 1 5 5 1 1 2 1 5 1 1 1 6 1 5 1 1 1 6 1 5 2 1 1 6 1 5 2 1 1 4 1 5 1 1 1 4 1 5 1 1 1 4 l5 5 1 2 9 1 5 9 1 3 2 1 6 6 1 4 2 一1 2 9 1 5 6 1 3 3 1 5 8 1 4 0 一1 2 9 1 6 4 1 3 5 一1 2 9 一1 3 0 1 S 4 1 3 7 1 S 7 1 4 0 一1 3 3 1 3 2 1 5 7 1 4 2 产生一裂缝．长3 4m m 产生一裂缝，长4 2 0m m 产生一裂缝 4 装药性能及药量设计 4 ．1 炸药爆速的设计 ①作用于套管内壁的总能量远小于套管材料延 伸极限所需外力时，困爆速不同，释放能量的时问长 短也就不同。爆速高的，单位时间作用于管壁的能量 坫伸伸“n船“船“H n 驵珀”鹪 5 0 0 5 0 00 5 0 0 0 5 0 3 4 6 3 4 6 3 4 4 4 6 7 4 5 7 万方数据 爆破 大，套管胀形量大。 ②作用于套管内壁的总能量接近套管材料延伸 授限所需外力时，爆速高．冲击渡压力大，套管胀形 速度快。窖易炸坏套管。 综上所述．对于变形严重，需产生较大胀形量的 套管，适宜选用低爆速炸药。 4 ．2 装药量的设计 Q 2 0 0 1 年9 月 4 ．2 ．1 影响因素和设计原则 装药量的大小主要取决于炸药性能和装药结 构、套管规格和钢级、变形量和变形长度，地层岩性 和固井质量，腐蚀情况以及变形是否在射孔段等。装 药量设计原则为爆炸修复后既要套管内径达到使用 通径，又不能炸坏套管和污染井筒一“。 4 ．2 ．2 药量计算 鬻c 。。刊圳n 等舌一 - 让√l6 p D 。一“ 2 Ⅳ 2 5 Q 2 式中Q 为装药线密度，k g ／m ；足。为爆炸动力系数； K 为强度系数．M P a ；n 为套管的形变硬化指数；D 。 为使用通径，m m ；“为套管胀形量，m m ；z 为套管壁 厚．m m ；r 为围岩容量，k N ／m 3 ；H 为套管变形深度． m r 为炸药能量常数。Ⅳ为炸药重量，k g ；S 为套管 变形段长度，m 。 上述计算公式是通过建立计算模型．进行数学 分析并全面考虑诸多影响因素推导求得“] 。在现场 施工设计应用中，由于缺乏数据等因素，计算公式的 应用受到一定限制，目前爆炸修套现场施工中，药量 设计首先根据各油田的地质资料和井况资料确定不 同装药线密度安全有效值区间，针对具体施工井依 靠施工经验．参考公式计算结果进行布药设计。 5 爆炸修套弹的结构设计 爆炸修套弹主要由三部分组成起爆器，连接头 和弹体。目前使用的起爆方法主要有电缆起爆和撞 击起爆。电缆起爆使用高温高压安全电雷管起爆修 套弹、撞击起爆使用撞击式起爆器引爆修套弹。两种 起爆方法各有优缺点，在施工中要视施工工艺、井 况、单位设备和作业条件等进行设计。 连接头起两个作用，一是连接起爆器和弹体，一 是传爆，起爆器引爆连接头内传爆药柱，然后引爆弹 体。目前爆炸修复套变井主要使用以下几种弹体结 构。 1 弹体外壳采用硬质材料，材料较脆较轻，外 壳内装填炸药．装药中心放置一根导爆索，通过起爆 器引爆导爆索．然后引爆弹体炸药。 2 弹体外壳采用橡胶材料，比较柔软有弹性。 主体炸药填在橡胶筒内，通过电雷管或撞击起爆器 引爆弹体装药，这种弹体在下井过程中能随套管弯 曲而弯曲，爆炸后无碎片。 3 炸药装填在软管内，软管固定在刚性托架 D o 一” f S 州丁“ 1 D 。一“ ] 上，通过电雷管或撞击起爆器引爆软管装药。这种弹 体可以灵活调整弹体装药密度，容易实现非均匀装 药，爆炸后无碎片产生。 6 选井条件及应用效果 套管损坏主要有变形破裂和错断三种形式。大 量的施工实践表明，爆炸修套技术不适用于以下几 种套损情况套管发生严重的“狗腿子”_ 彤弯曲和 “S ”形弯曲；套管严重腐蚀；套管错断 爆炸修复成 功率低 。 甘肃省化工研究院曾先后在玉门、辽河、中原、 南阳、华北和胜利等油田开展爆炸修套工作，施工大 约3 0 0 多井段，效果非常好。 1 石油井变形套管爆炸修复成功率较高，尤 其对机械整形无法修复的井，大大简化了修套工艺一 缩短了建井周期．降低了施工成本。 2 爆炸修套技术设计合理，使用器材安全有 效，安全满足井下作业要求。 3 三种施工工艺能满足不同油田、不同井况 的要求，利于广泛推广应用。 4 爆炸修套技术的应用避免了打更新井或侧 钻井，节省了大投资．经济效益显著，为油田的发展 做出一定贡献。 参考文献 l 王仲茂．卢万恒，胡江明．油田油水井套管损坏的机理及 防治[ M ] ．北京石油工业出版社．19 9 4 ． 2 中国石油天然气总公司人事教育局．修井工程[ ．Ⅵj ．北 京石油工业出版社，1 9 9 2 ． 3 北京工业学院．爆炸及其作用[ M ] 北京国防工业出版 牡．1 9 7 9 ． 4 杨荣，赵福兴，周正茂．爆炸法修复变形石油套管的研究 [ J ] ．爆炸与冲击，1 9 9 8 3 ． 5 李森茂．复杂套变井的爆炸整形[ J ．钻采工艺，2 0 0 1 1 ， 万方数据