套損機(jī)理分析及測試方法研究

【摘要】大慶油田已經(jīng)進(jìn)入到了高含水開發(fā)生產(chǎn)階段，為了達(dá)到高產(chǎn)油的目的我們采取了注水、注聚、壓裂、酸化等措施使得地層發(fā)生錯斷，套管在受地層應(yīng)力的變化下發(fā)生變形甚至是損壞。套損井會導(dǎo)致油井注采失衡，無法提高油氣采收率，影響油田的穩(wěn)定生產(chǎn)和高效運(yùn)作。本文闡述了套管損壞的原因及機(jī)理，并對檢測套管損壞情況所應(yīng)用到的測井技術(shù)與方法進(jìn)行研究，通過實(shí)例分析找到具有準(zhǔn)確資料及高效益的測井技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】套損；測井；四十臂井徑；電磁探傷

前言

目前，伴隨著油田的持續(xù)開發(fā)大慶油田套管損壞問題嚴(yán)重，如井漏和管外流體竄槽問題顯著增加。這些現(xiàn)象使油水井不能按照正規(guī)施工方案進(jìn)行，嚴(yán)重影響了油田整體發(fā)展。為此，很多學(xué)者開始從事套管損壞機(jī)理及套損防治研究工作，這些研究的開展將大幅度減少套所損帶來的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)不同井的特性選擇不同的測試方法，對解釋結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)分析，最終判定套損的位置和類型，為套損井的治理提供可靠依據(jù)。

1、油水井套管損壞機(jī)理分析

影響油、水井套管損壞的原因比較復(fù)雜，主要因素包括井身因素、地質(zhì)因素、工程因素和腐蝕等，這些因素共同作用于套管使得套管所承受的負(fù)荷加劇，超出套管在地層中的承載能力進(jìn)而導(dǎo)致套管變形，甚至是錯斷。

①井身因素主要包括套管結(jié)構(gòu)不合理、套管缺陷、井眼狗腿嚴(yán)重度過大，在鉆井設(shè)計中造成套管損壞、水泥返高不夠、固井質(zhì)量不合格。

②地質(zhì)因素指地層的不均一性、油層傾角、泥巖吸水膨脹、地層斷層沉降壓實(shí)、地下地震活動、地應(yīng)力變化等地質(zhì)因素引發(fā)油田套管受損嚴(yán)重，導(dǎo)致區(qū)塊局部套管損壞甚至出現(xiàn)成片套管損壞的現(xiàn)象。

③工程因素是指油田開發(fā)過程中，特別試注水引起層間矛盾，迫使地層原始壓力發(fā)生改變，以及在鉆井過程中的套管自身有質(zhì)量問題，由于拉伸或者壓縮等因素使套管在固井過程中受到損害，導(dǎo)致油田套損井顯著增加。

④腐蝕因素引起的套損機(jī)理較為復(fù)雜，其中常見的4種類型包括電化學(xué)腐蝕，化學(xué)腐蝕，細(xì)菌腐蝕以及氫脆，而最為普遍的便是電化學(xué)腐蝕。

2、四十臂井徑成像及電磁探傷組合測井技術(shù)

2.1四十臂井徑成像測井技術(shù)

傳統(tǒng)的十八臂、三十六臂井徑測井技術(shù)在檢測套管變形、套管內(nèi)徑是否發(fā)生變化等方面起著舉足輕重的作用，但在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，我們對多臂井徑測井技術(shù)的要求與日俱增，急需研發(fā)出高精度多臂井徑測井的新型技術(shù)來取代并切超越傳統(tǒng)技術(shù)，以適應(yīng)目前油田的發(fā)展?fàn)顩r。因此大慶油田引進(jìn)高精度四十臂井徑測井儀，在精細(xì)解釋方面取得較高的評價。

四十臂井徑成像測井原理[1]：通過電動機(jī)拖動側(cè)臂、扶正臂的打開與收攏，扶正臂在保證儀器居中的前提下，測量臂沿井管內(nèi)壁運(yùn)動，當(dāng)井壁發(fā)生變化時，測量臂隨井徑變化而發(fā)生位移，每支測臂上所對應(yīng)無觸點(diǎn)位移傳感器將位移變化換為軸向位移量，通過電路將這些位移量處理、編碼、傳送到地面，由地面將其還原成像?？捎脕頇z查套管的形變、彎曲、斷裂、孔眼、內(nèi)壁腐蝕等情況。

2.2電磁探傷測井技術(shù)

電磁探傷測井儀[2]主要由多個探頭、上扶正器、下扶正器以及電路組成，探頭包括溫度探頭、自然伽馬探頭、縱向長軸探頭、橫向；頭、縱向短軸探頭。其中溫度探頭可以用來檢測流體溫度場的改變，來確定出液口位置；自然伽馬探頭可以用來探測出井身周圍的自然伽馬強(qiáng)度，方便校深；縱向探頭可以用來對套管進(jìn)行軸向上的測量，橫向探頭可以用來對套管進(jìn)行橫切面上的損傷測量。

電磁探傷儀的物理基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)原理，即法拉弟電磁感應(yīng)定律，在繞線螺線上通直流脈沖電，螺線管周圍便會產(chǎn)生穩(wěn)定磁場，斷開直流電，在螺線管周圍即會產(chǎn)生一個與原磁場方向相反的磁場，該磁場在接收線圈中產(chǎn)生隨時間變化而衰減的感應(yīng)電動勢ε。

當(dāng)管柱（油套管）厚度變化或存在缺陷時，感應(yīng)電動勢ε將發(fā)生變化，通過分析和計算，在單、雙層管柱結(jié)構(gòu)下，得到管柱的壁厚，可判斷管柱的裂縫、腐蝕和孔洞。

3、實(shí)例分析

3.1 B1-D5-P129井概況

3.2套損檢測方法

①電磁探傷

該井于2013年5月17日首先進(jìn)行電磁探傷測井。從解釋結(jié)果可以看出，電磁探傷測井顯示曲線在797～800m井段有異常，縱向長探頭A2探頭出現(xiàn)曲線回返，縱向長探頭A7回返特征非常明顯，同時縱向短探頭C3也出現(xiàn)了一定曲線異常特征探，由A、C探頭結(jié)合可初步判斷管柱的純在變形現(xiàn)象。

②方位四十臂井徑測井

為了驗(yàn)證此處套管變形是否真實(shí)存在，大隊于2013年6月15日對該井又進(jìn)行了方位四十臂井徑測井，測試資料顯示：797.7～799.7m井段，套管最大井徑達(dá)到148mm、最小井徑為110mm，與標(biāo)準(zhǔn)井徑存在較大差距，且井徑成像特征顯示該井段井徑變化明顯。

通過上訴分析可知，這兩種資料綜合均反映出B1-D5-P129井在797～800m井段套管存在變形，且套管井徑變化較大。

4、結(jié)論

1、造成油水井套管損壞的原因多種多樣，主要因素包括井身因素、地質(zhì)因素、工程因素和腐蝕等，大部分套管損壞是由多種因素共同作用的結(jié)果。

2、四十臂井徑成像及電磁探傷組合測井技術(shù)可以綜合反映套管變化狀況，確定內(nèi)外管柱的破損、變形等損傷狀況，兩者結(jié)合可以互相驗(yàn)證，互相補(bǔ)充，提高解釋精度。

3、針對套損應(yīng)以“預(yù)防為主，防治結(jié)合”為基本原則，選用高質(zhì)量套管、增加套管的設(shè)計強(qiáng)度、采用合理設(shè)計方案及生產(chǎn)措施，盡量減少注采過程中對套管的損傷。