套管防磨保护技术V2(石油工业)[精]
降低深井套管磨损应用技术
降低深井套管磨损应用技术【摘要】针对深井钻井过程中套管磨损突出问题，制定利用非金属防磨接头配合高效减磨剂的双效防磨技术及配套工艺实现对套管的保护。
利用LANDMARK计算套管侧向载荷，确定非金属防磨接头不同工况下的安放位置，现场利用不同工况下减磨剂配伍性试验、钻井参数变化和磁铁吸附物变化检验了双效防磨技术的应用效果，验证了双效防磨技术优于单一防磨技术的特点。
通过上述技术措施的实施，为解决深井套管磨损难题做出了有益的尝试，取得了较好的现场应用效果。
【关键词】深井;减磨技术;非金属防磨接头;减磨剂钻井过程中的套管磨损主要由钻柱与套管内壁相互摩擦引起。
发生磨损后，套管抗内压强度明显降低，对油气井安全生产造成威胁。
针对川西地区进行的深井套管磨损研究显示，造成该地区深井套管磨损的主要因素有：天然气目的层埋藏深,一般垂直深度达到4000m；深部地层硬，研磨性强；深部井段机械钻速低、钻井周期长；实际井眼轨迹局部狗腿度大。
该地区已完的X101井、CX565井、DY101井、DY4等井，因为套管磨损，导致后期开发存在较为严重的安全隐患[1]。
针对深井套管磨损问题，优选出防磨接头加减磨剂的“双效防磨技术”方案，在多口井应用效果推广，实际使用效果显著，套管磨失铁屑降低率平均在70%以上。
1.川西深井套管防磨技术难点（1）根据川西地层三压力剖面，深井井身结构优化空间较小，目前以须二为目的层的深井普遍采用四开制井身结构，平均井深在5400m左右，四开采用Φ139.7mm尾管射孔完井，钻井过程中对上部三开Φ193.7mm油层套管本身存在磨损风险。
（2）深井段须二储层岩石硬度高、石英含量大，可钻性差，平均厚度约500~700m，平均机械钻速仅0.6~0.8m/h，而纯钻率仅为40%，频繁起下钻和较长的钻井周期对套管的磨损更加严重。
（3）深井段地层自然造斜率大、方位漂移在130~330°变化没有规律，局部井段井斜角变化率和狗腿度变化大也是造成深井套管磨损的重要原因。
油套管双向防偏技术研究与应用
油套管双向防偏技术研究与应用摘要：随着油田进入高含水开发后期，井况不断恶化，大斜度井、侧钻4吋套井逐渐增多，导致油管出现内外双向偏磨的问题逐渐增多，常规的防治措施难以适应，极大地增加了油井机采配套的难度。
因此，通过深入研究油套管双向偏磨的机理，确定油套管偏磨井段，从而完善机采配套工艺，对于油田的高效开发具有重要的意义。
关键词：油套管；偏磨井；技术研究一、项目概况（一）立项背景目前我厂大斜度井（井斜角≥30°）共有126井次，在生产过程中，大斜度井主要采用普通油管接箍，存在的问题如下：1.井斜引起油管外偏磨42口，造成油管接箍偏磨刺漏每年5井次以上；2.工作制度不合理：大泵径高冲次，加剧油套管偏磨，小泵径低冲次限制油套偏磨井提液潜力；3.油管蠕动弯曲变形，侧向力作用于套管，存在破漏风险，加剧井况恶化。
二、项目完成内容1.大数据分析确定了油套管偏磨井段，为防偏配套提供理论依据。
2.论证工作参数对偏磨影响，参数配套指导普适性，充分发挥大斜度井提液潜力。
3.研制应用新型高强度抗磨油管双保接箍，方便现场操作，实现油套管双向保护。
三、创新内容（一）大数据分析确定油套管偏磨井段统计近5年油套管偏磨井数据，分析发现，油套管偏磨导致躺井比例逐渐增多，其中油套偏磨井中73%为大狗腿度井，狗腿度（全角变化率）为油套管偏磨的重要因素。
进一步对油套偏磨井的位置分布统计分析发现72%的油套偏磨井为泵上油管偏磨，油套管偏磨段主要集中于泵上20根内，狗腿度4-10度左右，有57%的偏末端在大狗腿度段以下，43%在大狗腿度以上约50m处。
若钻井井眼复杂，势必出现拐点，井下的油管形状就必然弯曲，而抽油泵在抽汲过程中，会导致油管进行蠕动造成油管接箍和本体与套管之间发生摩擦、偏磨。
（二）生产参数组合优选1.油套偏磨井躺井分布规律统计2019至今油套偏磨井躺井情况，大数据反映，油套偏磨井集中在44mm、38mm泵径井，其特点是泵挂深、冲次高。
套管防磨做法
套管防磨推荐做法一、概述深井、超深井、定向井以及复杂区块井钻井施工中，由于钻井时间长，在下部井段钻进中，有时不可避免的出现对上部技术套管磨损现象，技术套管的损坏对这些井下部施工往往带来极大的困难，如套管断裂错位、变形，造成下钻遇阻，承压能力下降造成井漏以及压井施工中形成下喷上漏现象等，有的甚至造成报废，损失极大。
以前使用最多的是钻杆胶皮护箍，它的缺点是使用寿命短容易脱落，易引起井下复杂，给正常施工增加一定难度。
套管防磨接头就是针对套管磨损开发的一种新型专用井下工具，应用于钻井周期长的井，特别是井眼轨迹差、“狗腿度”大时，使用套管防磨接头尤为重要，在长期钻井施工中，能有效的防止钻具磨坏套管。
目前，套管防磨接头在新疆各油区施工井中得到广泛应用，效果很好，使深井、超深井施工时，上部套管得到很好保护，有效遏制了深井、超深井长时间施工造成套管磨穿现象，保证了钻井安全施工。
二、结构及工作原理套管防磨接头的工作原理：套管防磨接头：由上接头、下接头、滑动套、防磨套组成。
根据井眼及技套尺寸选择防磨接头，套管防磨接头接在钻杆上，由于套管防磨接头本体中间有一个直径大于钻杆接头外径的滑动套，可在钻杆和套管间形成以套管防磨接头为支撑的隔离点，有效的减少钻杆和套管的直接接触面，并且使钻杆与套管之间磨擦有滑动变成滚动，从而减少钻杆和套管的磨损，很好的保护套管和钻杆。
三、套管防磨接头的使用方法：⑴套管防磨接头使用范围超深井、钻井周期长、井眼轨迹差、地层压力高、套管封固段有复杂地层等。
⑵组装方式一般要求每间隔100m～150m钻杆接一个，根据井眼轨迹情况，使用数量以及间距可做适当调整。
⑶套管防磨接头使用与维护：①每次下钻要适当调整各防磨接头位置，使套管易磨损位置得到最好保护。
②每次下钻要调整最下部一个套管防磨接头位置，使该只钻头钻进中，最下部一只套管防磨接头不出套管。
③每次起钻时要对套管防磨接头进行检查和保养，对出现问题的要及时地更换或维修。
套管防偏磨技术研究与应用
套管防偏磨技术研究与应用摘要：在油层开采过程中，抽油杆的稳定是保证开采效率的重要因素。
本文对于影响抽油井杆偏磨的因素进行分析，并且套管防偏磨技术的应用进行探讨。
关键词：套管防偏磨应用一、前言油田开发过程中，注聚单元后转为后续水驱过程中，采用抽油是采油厂原油稳产的重要手段，但是在驱油过程中，抽油杆柱偏磨问题较为严重，偏磨现象不仅造成大量油管、抽油杆浪费，也造成了抽油机井维护量增加，使维护成本升高，降低了油田开采效益[1]。
本文对于抽油杆偏磨的影响因素进行分析，并且对于套管防偏磨技术进行探究，期望为相关的问题提供参考。
二、抽油井管杆偏磨机理与影响因素1.抽油井管杆偏磨机理造成抽油井管杆偏的主要作用力是由以下力综合而形成的，包括：（1）轴向力，轴向力是稠油过程所产生的作用力，因为抽油杆某一位置的合理为0，而这一位置的上部以及下部都会受到了的作用，当所承受的压力超过临街载荷时，会导致弯曲偏磨，在临界弯曲状态下，所受合力为0以下的抽油杆受到压力的作用产生弯曲，从而引起偏磨。
（2）法向力。
法向力是因为原油开采过程中的一种非牛顿流体作用力，即杆柱偏离油管内部的中心位置时，将抽油杆推向油管内壁并且接触，从而产生抽油杆磨损。
（3）杆柱振动载荷，抽油杆具有一定的弹性模量，当液柱载荷向上运动时，会造成抽油杆振动，从而引发交变多次的载荷作用，2.抽油井管杆偏磨影响因素影响抽油井杆偏磨的主要因素有以下几个方面，包括：（1）地层蠕动、油套管变形的影响，由于地层蠕变会造成井段弯曲，从而产生套管变形，而变形的套管会造成油管发生偏移，从而造成油管与抽油杆摩擦，引发油杆断脱或是管漏等事故。
（2）井斜角、全角变化率的影响，在采油过程中，随着井斜角不断增大，偏磨井也不断增多。
因为井斜角较大的地方油杆进行往复运动，井斜角大的油杆与油管接触面较大，容易造成较大的摩擦，从而引发偏磨，导致断脱或油管漏。
（3）井身轨迹的影响，在相关的研究中，定向井的增斜段以及降斜段容易引发管杆的偏磨，当增斜段以及降斜段的井斜角较大时，井眼弯曲度变化，造成的偏磨现象较为严重。
小套管油井杆管偏磨治理工艺技术
73油井高含水、特高含水开发阶段，抽油机井采油面临一系列技术难题，其中杆管偏磨是最主要的问题。
近年来油田开展了一系列治理油井杆管偏磨的技术攻关，其中塑料内衬油管的是使用量最多的技术。
塑料内衬油管采用超高分子量聚乙烯管作为内衬管，使抽油杆与油管之间的摩擦转变为抽油杆与塑料材质的摩擦，由于塑料所具有的优良耐磨特性，使杆管偏磨问题得以大大减少。
塑料内衬管与金属油管之间是不粘接的，要求有一定壁厚，在小套管井采用塑料内衬油管治理杆管偏磨能够使用的泵径很小，影响排液量[1]。
涂层油管是一种在油管内壁涂敷一层耐磨材料的产品，涂层厚度约0.7mm，油管内径减小量很小，可采用原来尺寸的抽油杆、抽油泵型号，涂层材料耐磨性能和附着力成为涂层油管能否担当抵挡杆管偏磨的重要参数，可通过室内试验进行耐磨性测试[2]，本文不同类型涂层油管经实验室试验，优选出了激光熔覆油管，经现场应用，在治理杆管偏磨上取得了良好效果。
1 小套管油井对下入工具的限制我国陆上油田多采用51/2 in的套管完井，其外径为139.7mm，壁厚7.72mm、9.17mm和10.54mm的套管内径分别为124.26m m 、121.36m m 和118.62mm，能够下入外径不大于115mm的井下工具、泵和油管，由于使用接箍连接，所有入井接箍外径都要小于115mm。
小套管井一般指下入41/2 in的套管，套损井经套管补贴后内径减小[3]，这些小套管井或套管补贴井，内径小于100mm，使得能够下入的井下工具、泵和油管尺寸受到到限制。
2 抽油机井杆管偏磨治理技术抽油机井采用抽油杆上下往复运动驱动井下抽油杆工作，由于井筒不是绝对垂直的，井身轨迹存在倾斜和弯曲，抽油杆与油管内壁之间存在正压力，在缺乏油作为润滑介质时，抽油杆的往复运动，导致抽油杆、接箍或油管内壁出现磨损，严重时抽油杆断脱或油管被磨穿，这就是杆管偏磨现象，杆管偏磨严重影响油井正常生产，造成停井，大幅度缩短油井作业周期，成为高含水抽油机井工艺方案重点需要解决的问题。
双效防磨技术在川西深井的应用
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套管防磨保护技术V2(石油工业)
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1.活动部件多； 2.加工精度和选材上存在的难度大； 3.加工成本高且质量不稳定； 4.一但出现滚珠脱落，会发生连锁反应。
1.软磨损； 2. 具有良好耐磨型、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； 3.卡箍采用特殊铝合金,重量轻,强度大； 4.结构简单,使用方便,拆卸容易； 5.能用于150度高温。
套管防磨保护技术
1
内容
❖ 非旋转防磨套工作原理及特点
❖ 套管防磨技术对比分析
❖ 应用实例 ❖ 认识与建议
2008-5-27
第2页
非旋转防磨套工作原理及特点
❖ 工作原理
▪ 在靠近钻杆接头部位,安装一个由特殊材料制作的外径大于钻杆 接头且耐磨的非旋转防磨套，并在其上下安装两个定位卡箍。
▪ 保护套在钻杆接头位置起到支20撑08-作5-2用7 ,避免钻杆接头和套管的直 接接触，使旋转钻井过程中，钻杆与套管之间钢与钢的硬磨损 变为软磨损。
非旋转防磨套工作原理及特点
❖ 产品规格
NRP-HT 高温系列
型号
3-1/2″
5″
5-1/2″
钻杆尺寸
3-1/2″
5″
5-1/2″
胶筒外径
5-1/2″
7-1/4″
7-3/4″
卡箍外径
5″
6-1/2″
7″
胶筒长度
10″
9-1/2″
10″
总长 2008-5-2720″
19-1/2″
20″
侧向力载荷
2,200 lbs
油层套管的保护技术共177页
中国历年进尺(万米)
2000.0 1500.0 1000.0 500.0
0.0 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98
世界主要钢管厂家分布情况
7 6 5 4 3 2 1 0
美国
墨西哥 加拿大
北美 委内瑞拉
巴西 阿根廷
打井数
世界历年钻井数量
80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000
0 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 年份
中国历年钻井数(口)
12000 10000 8000 6000 4000 2000
API套管使用性能及存在问题
API套管使用性能
• API套管（API LTC，API BTC接头）的使用性 能
API 5CT、API 5B、 API RP 5C1、 API BUL 5C2、 API BUL 5C3、 API BUL 5C4、 API RP 5C5、API RP 5A2等规定或推荐了基本的操作性能。
油气井已损坏145口井，占开发井540口井的18.70%，变形占69%。套管损坏的原因由地层滑移造成 剪切、射孔开裂等。
李先念讲：石油工业是大量使用管子的工业。
石油管在石油工业中占有很重要的地位：
(1) 石油管用量大、花钱多（CNPC约100亿元/ 年），节约开支、降低成本的潜力巨大。
(2) 石油管的力学和环境行为对石油工业采用 先进工艺和增产增收有重要影响。
(3) 石油管的安全可靠性和使用寿命对石油工 业关系重大。
• 按API制造的套管在使用中仍发生的螺纹粘扣、 泄漏（特别是气井）、挤毁与变形等。
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应用实例
大邑7井防磨套设计
狗腿度模拟，防磨套布局设计等
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应用实例
起钻后的防磨套
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应用实例
现场收集了井口返出铁屑情况，正常钻进过程中，未加入防磨
浆类型；
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对水力压耗增加极小，有利于井下清洁及钻井速度的提高。 可承受更大侧向力，每个组件在滑动前能够承受高达130kN的
轴向拉力；
最高温度级别150℃； 结构简单,使用方便,拆卸容易。
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内容
非旋转防磨套工作原理及特点
非旋转保 护套
优点
缺点
1.耐温好； 2.成本低。
1.不存在井下安全隐患； 2.不增加井队工作量，使用方法与普通钻杆一样，使 用简单、方便、可靠，便于管理； 3.使用寿命长 4.不受井眼与井身质量的限制，在套管内和裸眼内都 可应用。
1.耐磨性一般 2.容易老化掉块造成井下复杂情况； 3.已基本淘汰。
1.不适用特殊材质的套管； 2.敷焊耐磨带须有专门的设备和技术； 3.仍然是硬磨损，保护套管效果不佳。
1.有国产产品；
2008-5-27 1.由于加工和价格的因素国内使用较少； 2.立根长度变化，不利于现场操作。 3.在接头处存在薄弱环节； 4.硬磨损。
1.滚珠套防磨在设计原理上比胶皮护箍更合理； 2.有利于纵向力的传递，用于大延伸井。
1.活动部件多； 2.加工精度和选材上存在的难度大； 3.加工成本高且质量不稳定； 4.一但出现滚珠脱落，会发生连锁反应。
1.软磨损； 2. 具有良好耐磨型、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； 3.卡箍采用特殊铝合金,重量轻,强度大； 4.结构简单,使用方便,拆卸容易； 5.能用于150度高温。
1.成本相对较高。
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内容
非旋转防磨套工作原理及特点
减阻防磨技术的对比分析
套管防磨保护技术
1
内容
非旋转防磨套工作原理及特点
套管防磨技术对比分析
应用实例 认识与建议
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非旋转防磨套工作原理及特点
工作原理
在靠近钻杆接头部位,安装一个由特殊材料制作的外径大于钻杆 接头且耐磨的非旋转防磨套，并在其上下安装两个定位卡箍。
保护套在钻杆接头位置起到支20撑08-作5-2用7 ,避免钻杆接头和套管的直 接接触，使旋转钻井过程中，钻杆与套管之间钢与钢的硬磨损 变为软磨损。
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应用实例
未使用防磨工具的井段，磨损较为明显，在4960.6m时磨损情况
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内容
非旋转防磨套工作原理及特点
减阻防磨技术的对比分析
应用实例 认识与建议
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认识与建议
优质的完井套管质量是油井安全生产的前提与保障，有 必要在钻井过程中对套管进行保护，防止钻杆柱对套管的磨 损。应通过科学的设计，对防磨套的安放位置与数量进行优 化，并按设计要求安放，尽可2能008以-5-防27 磨套覆盖所有侧向力显 著的井段，从而避免钻杆接头与套管内壁的直接接触，保护 套管，提高完井质量。
套时铁屑量为12.48 g/m，使用后为3.08 g/m，减少9.4g/m铁
屑，铁屑量减少了75.4%，其对套管的保护效果良好，可以有效减
少套管磨损。
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12.48
15
10
3.08
5
0 使用前
使用后
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应用实例
在安装非旋转套管 防磨保护套后，钻 进摩阻及扭矩均有 不同程度的降低， 降低幅度在5%以 上，验证了防磨套 良好防磨减阻的性 能
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非旋转防磨套工作原理及特点
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非旋转防磨套工作原理及特点
NRP特点/优点
减震，降低摩阻和扭矩，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
非旋转防磨套安装简单，使用方便，有利于钻井安全和 技术的推广。
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应用实例 认识与建议
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应用实例
大邑7井是中石化西南油气分公司布置在四川盆地龙门山冲断 推覆构造的一口预探井。DY7井在四开井段钻进过程中，使用4″非 旋转套管保护防磨套。累计旋转使用时间为222:17h，累计入井时
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间291:44h，下入井段为1083m～28.03m，防磨套入井后钻井 总进尺为130.58m。
减阻防磨技术的对比分析
应用实例 认识与建议
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减阻防磨技术的对比分析
其它减阻防磨工具
钻杆橡胶护箍 钻杆耐磨带 非旋转防磨接头 滚轮式防磨套等
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减阻防磨技术的对比分析
类型 钻杆胶皮
护箍
钻杆耐磨 带
非旋转防 磨接头
滚珠式保 护套