作业施工中管杆解卡应力计算与倒扣技术

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[摘 要]油田开发进入中后期以后，由于地质和工程因素的影响，作业施工越来越复杂。在常规井作业时，由于有落物或者套变出现拔不动情况，形成事故井；在大修和压裂井施工中，出现井下管柱遇卡的现象更多，约占施工总数的40%～60%。在大量的解卡打捞工作中，机械倒扣法是解决这类施工井的较好措施。

[关键词]倒扣法；中和点；卡点；应力

中图分类号：C39 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）15-0376-01

1 解卡施工

在处理解卡的施工过程中，一般采取以下几种技术方案： ①大力活动管柱解卡； ②取出卡点以上管柱法解卡； ③震击解卡； ④钻磨铣套法解卡。活动管柱法解卡对管杆柱的寿命影响大，尤其是对管杆柱使用年限长的井，大力活动管柱会很快缩短管杆柱的使用寿命。使用震击法解卡，由于目前缺少此类震击器工具（国产的使用效果差，进口的又缺乏），无法进行实效性判断。钻磨法施工难度大，技术含量高，是一种万不得已才采用的方法。取出卡点以上管柱可以采用聚能切割弹切割法、爆炸松扣法、机械割刀法和机械倒扣法，受到现有的工具条件和操作技术水平限制，前3种方法很少采用，主要是采用机械倒扣法进行处理。相对而言，机械倒扣法（简称倒扣法）对管杆柱的寿命影响小，操作也比较容易掌握，一旦熟练掌握这门技术，可以使绝大多数解卡井得到较好的处理效果。

2 倒扣法的原理

倒扣法原理是：使欲倒扣的管或杆在上提拉力的作用下，正好处于中和点的位置，这样这根管或杆处于既不受拉，又不受压的受力状态，然后对解卡管柱施加反向扭矩，扭矩通过解卡管杆柱作用在欲倒开的管杆接箍上，使该管杆卸扣与被卡管柱脱开，上提倒扣打捞管柱，将倒开的管杆柱取出。倒扣法的技术关键是使欲倒开的管或杆处于中和点位置，找准中和点的位置是倒扣成功的先决条件。中和点的位置反映在井口就是大钩的指重表指示拉力大小，在井内管柱遇卡的状态下，指重表拉力决定井下哪根管杆处于中和点位置。目前，对中和点的确定主要采用如下经验公式计算：

L=P/q

式中L代表中和点深度（m）；P代表指示拉力（kN），从指重表上直接读出；q代表每米管、杆在

井液中的重量（N/m）。

q=mg-f浮=mg-ρgV排

式中mg代表每米管或杆的重量；f浮代表管或杆在井液中所受的浮力；ρ代表井液的密度；V排代表每米管或杆排开井液的体积。f浮与油井沉没度相关，油井的沉没度一般在150～300 m左右，以21⒊″油管为例，对于每米油管的浮力平均为9×10-3～18×10-3N/m。在现有的沉没度条件下浮力对计算的影响很小，一般可以采用数值修正的办法，即在计算出的拉力上减掉1～2 kN即可。L的确定对于倒扣打捞来说就是卡点的位置，对于卡点的确定有理论计算和经验公式的方法，理论计算

L=EAl/105P

式中L代表卡点深度（m）；E表示钢材的弹性模量（MPa）；A表示被卡管柱的截面积（m2）；l表示管柱平均伸长量（cm）；P表示平均上提拉力（kN）。在施工现场，常用的经验公式是

L=Kl/P；K表示计算系数。

例如：某井21⒊″油管，钢级J-55，下57 mm整筒泵，下泵深度962 m，管柱遇卡拔不动，计算

其遇卡深度。试提三次，平均负荷300 kN，管柱平均伸长1.15 m。使用理论公式计算L=EAl/105P=923.12 m。使用经验公式计算L=Kl/P=921.15 m。由此可以看出，经验公式和理论公式计算结果大致相同，可以认为经验公式的结果是可行的。计算出来的卡点位置就是要倒扣的管杆中和点位置，把卡点作为中和点进行倒扣，即可把卡点以上的管、杆柱取出。确定上提拉力P，则P=qL。利用上例计算数据，P=104 kN，这样就确定了大钩指重表在倒扣时的指示拉力。如果该井的沉没度高，还应酌减指示拉力1～3 kN。综上所述，只要通过简单的计算，就可以确定出卡点的位置和倒扣时应保持的大钩指重表拉力值，用这两个关键的数值来指导倒扣施工，就能够顺利取出卡点以上管柱。如果通过查阅井史和历次施工情况，施工前预知了卡点位置，则可以直接预算出上提拉力的大小，进行倒扣处理。若不知道卡点位置，出现拔不动管柱情况需要倒扣时，则应采取以下施工步骤：①试提管柱之前在井口做一个标记，在管柱许用拉力范围内，试提管柱3次，记下指重表的拉力和管柱伸长量；②取上提拉力和伸长量的算术平均数，计算出卡点位置；③计算出上提拉力，用此拉力上提倒扣管柱，即可倒出卡点以上管柱。

3 注意事项

在倒扣过程中，经常出现两种情况：一是找不准倒扣点位置，需要进行反复几次倒扣才能将卡点以上管柱倒出；二是在倒扣过程中，将井内管柱倒散，造成多次打捞。分析这两种情况：一是因为没有掌握好上提力的大小，造成中和点位置不准，使倒扣没有在卡点和中和点重合位置就开始；二是因为倒扣力矩不恰当和倒扣经验不足。在开始倒扣前，应在倒扣点上提力的悬重下，正转管柱，边转边缓慢下放管柱，直到指重表悬重为0。把井内管柱上紧扣，然后再开始倒扣，倒扣力矩按照推荐的数值进行。在倒扣过程中应随时注意指重表的变化，倒扣开始时指重表应有波动，当倒扣到10～15圈时，就应停止倒扣。上提管柱起管，如果此时不停止倒扣，就很容易将井内的管柱倒散。以上的情况是针对油管倒扣作的说明，对于钻杆和抽油杆倒扣，步骤、要求和油管倒扣一致，特别是抽油杆倒扣，应使用抽油杆倒扣器进行倒扣，以防发生事故。在倒扣时应使用液压钳，禁止用手工倒扣。

4 施工实例

2013年5月，施工**井过程中，管柱拔不动，试提三次，负荷300 kN，管柱平均伸长117 cm，预算出管柱在945 m处遇卡，决定倒出遇卡管柱。根据公式计算确定大钩负荷107 kN，首先保持110 kN悬重将井内管柱上紧扣，然后保持107 kN悬重倒扣，倒扣扭拒1 800 N・m，将井内105根油管倒出，使该井顺利实现下步施工。