地热深井过滤器挤毁事故成因与处理技术

 摘　要:过滤器挤毁是地热井施工中较为常见的一种事故。对过滤器挤毁事故类型、成因以及处理技术进行了分析和研究,并以一起由挤毁引起的地热深井内复杂事故处理为例,阐述了其解决方法和体会。
   关键词:地热井;桥式过滤器;变形;挤毁;事故处理
　　第四系和新近系中地热井施工常见的一种井内事故是过滤器挤毁或变形,该类事故一旦发生,轻者（过滤器变形量小,过流断面呈椭圆形）水量减小和出砂,重者（过滤器变形量大,过流断面呈线状）导致整个钻井工程的报废。以往多数情况下,超过600ｍ深的地热井一旦出现过滤器挤毁事故将使整个井报废,由此造成的直接经济损失是巨大的。据统计:仅在河南省每年造成该类事故而导致地热井报废的达6～10眼,工作量6000～15000ｍ,直接经济损失300～750万元。所以,在地热井工程设计和施工过程中,每一道工序都应严格把关,同时注重过滤器挤毁事故成因的分析和研究,以防类似事故和问题的发生。
    1　过滤器挤毁事故类型与成因
    1.1　过滤器挤毁事故类型在松散层中地热钻探成井,一般采用的是 159ｍｍ桥式过滤器。它是由普通钢板冲压后再卷焊而成的一种过滤器,其厚度在5 3～5 7ｍｍ之间。此类型的过滤器出现挤毁和变形事故常发生在下管过程、投砾过程或洗井抽水过程3个阶段。按变形量划分其过滤器断面可能出现椭圆形和线状（*挤压）2种类型,其中多数情况下出现后者类型的事故,如图1所示。
   
   图1（ａ）是过滤器挤毁变形量较小,其过流断面为椭圆形。这种情况下,井内的桥式过滤器整体存在压应力和拉应力,此时的桥式缝隙将出现不均匀的张开和挤压,甚至撕裂或焊缝开裂。由于过流断面和桥式缝隙的变形,将导致地热井出砂严重和水量大幅度降低,同时对地热井的质量和使用寿命埋下隐患。图1（ｂ）是过滤器*挤毁示意图,其过流断面呈不规则线状,这种情况下几乎使地热井处于报废状态。
    1.2　井内过滤器挤毁事故的成因（1）过滤器材质和加工工艺问题。由于目前的桥式过滤器都是用普通钢板冲压卷焊而成,所以,在强度上与井内其它无缝钢管或石油套管相差很远。 
    （2）井管内外形成较大的压力差。当井管内液柱过低而不能与管外的地层压力相平衡时,则会发生井管或过滤器挤毁事故,这也是发生该类问题的zui主要原因。产生压力差现象的根源是泥浆问题和换浆不*,导致过滤器堵塞,井管内外流体不循环和贯通,在这种情况下,井管内形成较大负压,巨大的地层压力很容易将井管或过滤器挤毁。此类问题在下管、大降深洗井和抽水时容易发生。
    （3）过滤器瞬间受到冲击作用。当下完井管投砾时,若遇到井眼坍塌、局部缩径或砾料“架桥”（投砾过快）等情况时,在瞬间坍塌或坠落将会对强度较低的过滤器产生巨大的冲击力并使其变形或挤毁。
    上述3方面原因除了*个是客观存在问题外,实际上都和泥浆使用有很大关系。也就是说:在整个钻井过程中泥浆性能不好,形成的泥皮过厚或使护壁效果差,则容易产生堵塞或掉块、“架桥”等问题,从而为事故的发生提供了条件。
    2　过滤器挤毁事故预防措施及处理技术
    2.1　预防措施所有的事故都应该作到预防为主,特别是在第四系和新近系地层中钻井,zui容易发生的事故之一就是过滤器的变形或挤毁。所以在该类地层中从开钻到完井整个过程都必须作到严格、谨慎、细致。
    （1）井口保护管或表层技术套管必须安装在粘土等相对稳定的地层中,并用粘土球或水泥固定牢靠,防止下管冲孔换浆时井口坍塌或表层保护管下沉倾斜。
    （2）整个钻井过程中一定要控制泥浆的性能指标,避免泥皮过厚和失水量过大,防止在下管或投砾时大量泥皮堵塞或井壁崩落而形成压力差或冲击过滤器。
    （3）投砾过程必须缓慢,严禁速度过快造成“架桥”现象,当架桥的砾料瞬间坍塌时,一方面携带大量的泥皮沉入井底,造成堵塞问题;另一方面对下部过滤器造成瞬间巨大的冲击力。
    （4）井内存在漏失和下管过程中,注意井内液面变化。当井筒液面较低或有下降趋势时,立即向井内进行回灌,保持井内压力平衡。
    2.2　处理技术若在下管过程中出现过滤器变形或挤毁事故,马上起拔已下入的所有井管,然后对事故过滤器进行更换,进行完探孔后再次下入即可,必要时可重新配制泥浆进行循环,以达到井壁稳定和不产生堵塞之目的。在这个过程中出现过滤器变形或挤毁事故很难及时发现,往往都是在洗井或抽水时感觉水量有较大出入时才发现。
    当完井后发现过滤器挤毁时,井内千余米的井管被砾料围填阻力增大,此时的井管已经不可能拔出,这种情况下以往几乎整个钻井工程只有报废重新施工或赔偿。现在随着技术进步和石油钻井工艺、工具的引进,为该类事故的成功处理提供了新的希望和方法。目前在地热钻井或水文水井工程中处理该类事故的工具可以借鉴石油套管整形器,并结合事故和变形情况加以适当改进即可。如图2、图3分别是石油套管整形器和改装后的整形器。该整形器具有上下进行冲击旋转挤胀的双作用功能,工作安全、方便、可靠、快捷,*。
    
    当过滤器变形较轻时,可以直接使用图2所示的套管整形器进行修复;当过滤器变形严重或挤毁时,直接采用图2的整形器效果差甚至无法修复,此时必须使用图3改装后的套管整形器。即在整形器下端加焊1～2ｍ铲形的短节,这样容易把挤毁的过滤器冲开。
    在操作中泵量尽可能选择zui大,转速为zui低,井内钻具压力在40～60ｋＮ之间,过大容易把过滤器冲击碎,一般情况下逐步缓慢对变形过滤器施加冲击力。这样反复动作即可使变形的过滤器冲开,注意每冲开3～5ｍ后,要上下拉动钻具,避免井内过滤器再次变形而卡住钻具。待井内的所有挤毁过滤器冲开以后,再下入小一级的过滤管起支撑作用,否则当抽水时,一旦水位下降形成压力差则很容易使过滤器再次变形或挤毁。