歡東雙油田套管損壞原因分析及治理技術(shù)

趙德寶

(中油遼河油田公司歡喜嶺采油廠 遼寧盤錦 124114)

歡東雙油田套管損壞原因分析及治理技術(shù)

趙德寶

(中油遼河油田公司歡喜嶺采油廠 遼寧盤錦 124114)

通過對歡東雙油田油水井套管損壞情況的全面調(diào)查與分析，找出了造成油水井套管損壞的主要原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，針對套管損壞的不同程度，提出了相應(yīng)的套管修復(fù)治理技術(shù)。

套管損壞，原因分析，套管修復(fù)

歡東雙油田的油井、水井受增產(chǎn)措施及地質(zhì)因素的影響，大部分的井都存在不同程度的套管損壞。套損種類的多樣性與復(fù)雜性嚴(yán)重影響了油井的正常生產(chǎn)，而且給套管修復(fù)工藝帶來巨大困難，常規(guī)修套工藝存在施工周期長、成功率低、套損修復(fù)不理想等問題。

1 套管損壞的原因分析

套管損壞是由于周圍地層及其中的流體對套管產(chǎn)生的外力超過了套管在當(dāng)時條件下的承載能力造成的。根據(jù)國內(nèi)外套管損壞研究，造成套管損壞的因素主要分為地質(zhì)因素和工程因素等多種原因。

1.1 油層出砂

歡東雙油田屬于扇三角洲沉積，油層巖石類型主要為砂巖，膠結(jié)疏松。隨著油田的長期開發(fā)，生產(chǎn)方式不當(dāng)，生產(chǎn)壓差過大，破壞了地層結(jié)構(gòu)，引起地層出砂。油井生產(chǎn)中出砂，首先在射孔炮眼處形成空洞，造成局部應(yīng)力集中，隨著油井的生產(chǎn)，空洞逐步擴大至一定范圍后導(dǎo)致上覆巖層失去支撐，產(chǎn)生垂向變形，導(dǎo)致上覆巖層坍塌。此時，原本由地層承受的上覆壓力轉(zhuǎn)移到了套管。有研究證明，地層出砂形成的空洞而轉(zhuǎn)移到套管的外力可以近似認(rèn)為是空洞上覆巖層的重力。當(dāng)轉(zhuǎn)移的外力超過套管的極限強度時，套管失穩(wěn)，產(chǎn)生彎曲變形、破損、錯段等，引發(fā)套管損壞。

1.2 斷層發(fā)育

歡東雙油田范圍內(nèi)斷層較為發(fā)育，多條控制性斷層將整個油田分為多個區(qū)塊，各個區(qū)塊內(nèi)又存在數(shù)量不等的次級斷層。油田稀油區(qū)塊長期進行大面積高壓注水開發(fā)，地層孔隙壓力增大，原始地應(yīng)力發(fā)生變化并重新分布，區(qū)塊孔隙壓差增加。當(dāng)注入水進入斷層接觸面，使接觸面泥化，內(nèi)摩擦系數(shù)減小，造成注入水沿斷層面推進，降低層間抗剪強度。斷層在重力作用下滑動剪切套管，使斷層附近套管成片損壞。斷層活動導(dǎo)致的套管損壞，其位置和斷層深度基本一致。

1.3 注水開發(fā)

歡東雙油田中多個區(qū)塊為稀油區(qū)塊，如歡2塊、齊2塊等，為保證開發(fā)效果，實行注水開發(fā)。目前，稀油區(qū)塊注水井總數(shù)281口，開井164口，注入壓力12~28MPa，單井日注水30～60t。在注水開發(fā)中，隨著注水壓力的提高，區(qū)塊內(nèi)巖體的地應(yīng)力場也隨之變化。地層孔隙壓力隨著注水開發(fā)逐漸升高，提高了驅(qū)油能力同時，也增加了套管損壞的幾率。

1.4 注汽熱采

歡東雙油田中齊40、歡127塊和杜813塊等多個區(qū)塊為稠油區(qū)塊，這些區(qū)塊（齊40塊于2008年全面實行工業(yè)化蒸汽驅(qū)開發(fā)）長期實行蒸汽吞吐開發(fā)，吞吐輪次普遍為10-15輪次，個別井可達20輪次以上。蒸汽吞吐開發(fā)中套管經(jīng)歷多次溫度循環(huán)，殘余應(yīng)力逐漸積累，自身強度逐漸降低，套管損壞的概率逐漸增大。

1.5 射孔

射孔造成套管損壞的主要原因：一是射孔時，大量射孔彈在一瞬間爆炸，對套管產(chǎn)生巨大沖擊，使套管在射孔井段中部或非射孔井段相交位置產(chǎn)生劇烈變形，特別是射孔段上部或下部由于應(yīng)力集中，造成套管抗擠壓失穩(wěn)強度和抗內(nèi)壓強度降低，引起套管變形、破壞；二是射孔孔密選擇不當(dāng)，會影響套管強度。如在特低滲透的泥砂巖油層采用高孔密射孔完井，長期注水，油井酸化壓裂改造會造成套管損壞；三是套管射孔后，孔眼形狀一般是不規(guī)則的，在孔眼周圍會產(chǎn)生裂紋，隨著地層蠕變，地層對套管的壓力增大，應(yīng)力作用于孔眼或裂紋，這些區(qū)域周圍產(chǎn)生高應(yīng)力區(qū)，套管未達到整體屈服或強度破壞前，孔眼周圍區(qū)域已產(chǎn)生塑性屈服。歡東雙油田范圍內(nèi)油井、注汽井、注水井中絕大多數(shù)采用射孔完井。射孔完井后，套管管體出現(xiàn)孔眼，破壞了其柱面的一致性，使管體強度受到影響。油井長期開采，地應(yīng)力作用于射孔套管孔眼造成套管損壞。

1.6 其他因素

在歡東雙油田的開發(fā)過程中，除上述因素外，還有一些非系統(tǒng)性因素引起了套管損壞，比如：個別井壓裂、酸化施工時壓力過高，造成地層串通，此時，外來水或注汽冷卻水侵入，破壞了地層原有穩(wěn)定的膠結(jié)結(jié)構(gòu)及套管外水泥環(huán)，水礦物質(zhì)對套管造成一定的腐蝕，強度下降；油田生產(chǎn)的中后期，稠油區(qū)塊地層壓力普遍降低，洗井、沖砂作業(yè)時，地層漏失嚴(yán)重，修井液大量的進入地層，造成地層破壞，套管腐蝕損壞；受限于作業(yè)施工能力的限制，部分套損井不能及時修復(fù)，帶病生產(chǎn)，地層水和注入水會進入錯斷口地層，使地層產(chǎn)生蠕動，重新?lián)p壞本井套管，導(dǎo)致套損進一步加重。

目前，油田普遍使用的鉛模打印印痕的測量方法來檢驗套管內(nèi)損壞程度，該方法操作簡便、檢測效率較高，應(yīng)用效果較好，通過使用這種方法可以準(zhǔn)確的確定油田套管損壞的種類、損壞的部位。

2 套損井預(yù)防與治理

套管損壞的原因由多種因素造成，要保護套管，延長油水井套管使用壽命必須采取綜合而有效地治理措施。預(yù)防措施包括兩方面：一是防止外擠力超過套管強度，二是提高套管強度來增加抗外擠力。對于套損井的修復(fù)處理，主要是采用合理的檢測工具準(zhǔn)確判斷套損位置、形態(tài)，選用對應(yīng)的整形和磨銑工具實施修復(fù)。

2.1 套管整形技術(shù)

常用的有液壓套管整形、脹管器整形，滾珠整形器整形，適用于套管縮徑在30mm以內(nèi)的直井、大斜度井、水平井的整形，單次整形套管徑可達到15mm。整形后一定時期有效，但套變隨時間增加而加劇，長期效果不明顯。

2.2 取換套管工藝技術(shù)

取套換套工藝技術(shù)是針對套管嚴(yán)重錯斷井、變形井、破裂外漏井的修復(fù)而發(fā)展起來的一項修井工藝技術(shù)。取換套管技術(shù)已形成了套銑套管、封隔器、管外扶正器、小通徑套損井的套銑引入防丟魚、過油層取套保護油層技術(shù)、新舊套管補接及固井新技術(shù)?，F(xiàn)場常用的示蹤管柱不脫手取套換套技術(shù)由示蹤管柱，套銑管柱，切割管柱，倒扣打撈管柱，磨銑修魚管柱，擴眼管柱，螺紋對接管柱及各種接頭等組成。示蹤管柱在可控范圍內(nèi)不脫手。打撈工具、磨銑工具、打印工具、回接管柱和示蹤管柱連接不脫手。

2.3 套管補貼技術(shù)

在套管與油管環(huán)空空間下人貼堵管,將水泥漿注人套管與貼堵管環(huán)空空間,構(gòu)筑水泥和貼堵管雙層封堵屏障,達到對卡封層、套管漏失段的封堵。常用的膨脹管補貼加固技術(shù)是利用修井技術(shù)打開通道，下入膨脹管，通過液壓或機械驅(qū)動錐體或滾球、擴張膨脹管，使膨脹管緊貼在生產(chǎn)套管上。

2.4 襯管加固技術(shù)

當(dāng)套管在油層附近損壞時，損壞部位往往伴隨水竄和汽竄。為了能達到封堵水竄和襯管加固的雙重效果，采取襯管加固固井?dāng)D竄堵水一體技術(shù)，即在襯管固井時進行擠灰，固井和擠灰同時進行，達到固井和封堵水竄的雙重目的，實現(xiàn)襯管加固和封堵水竄的效果。

3 結(jié)論

（1）地層出砂形成的空洞、斷層在重力作用下滑動、注水、注汽等因素是造成歡東雙油田油水井套管損壞的主要原因。

（2）多種因素共同作用造成套管損壞的形式多樣，在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，應(yīng)具體問題具體分析，實行“一井一策”，選擇有效可行的修套工藝技術(shù)，以達到修套目的。

[1] 吳景,張躍,林軍,穆新紅.東辛油區(qū)套損井研究與防治工藝技術(shù)[J].西部探礦工程,2012,01：108～110.

[2] 徐守余,魏建軍.油井套管損壞動力學(xué)機制研究[J].石油鉆采工藝.2003,25(3):68.