油水井套管的損壞機理和防治對策探微

田志剛

摘要：由于長時間的注水開發(fā)以及頻繁的作業(yè)導致各油田套管的損壞十分嚴重，需要相關部門加強重視?；诖?，本文首先針對油水井套管的損壞機理進行了詳細的探究，其次分析了套管的修復工藝；最后重點說明了油水井套管損壞預防對策，以期為相關工作人員提供一定的資料參考。

關鍵詞：油水井；套管；損壞機理；防治對策

引言

我國大部分的油田已經進入到了注水開發(fā)的階段，由于現(xiàn)階段生產作業(yè)頻繁，生產周期不斷增加，以及注水、底層下沉引起的應力變化，導致油水井套管損壞變形的情況越來越多。套管損壞不僅僅會影響油田的產量和開采效率，還會增加井下施工的風險、難度。因此，需要對套管損壞機理進行細致的分析，使用有針對性的方法進行防治。

1套管損壞機理研究

導致套管損壞的主要原因有三個，分別是地質因素、工程因素以及腐蝕因素。

1.1地質因素

1.1.1泥巖膨脹和蠕變，鹽巖蠕變

巖石具有應力松弛以及蠕變的特性，不同的巖石種類具有不同的蠕變特性和蠕變程度，在自然的地質條件下，巖石也會發(fā)生概率蠕變。泥土中的黏土礦物，尤其是蒙脫石、伊利石、高嶺石，這些巖石一旦遇水就會膨脹并且發(fā)生蠕動，而套管會組織這種蠕變和膨脹，套管因此受到剪切應力。隨著時間的推移，套管外部負荷越來越大，當外部的負荷大于套管的抵抗強度時，套管就會被急變甚至錯段。

1.1.2圍巖壓力

鉆井完成后，在井眼的周圍巖石中會出現(xiàn)臨空面，過去的平衡狀態(tài)會受到破壞，當應力集中的地方應力達到圍巖的屈服極限后，就會產生塑形變形，而這種變形會受到套管以及套管外水泥殼的限制。與此同時，套管也受到圍巖的反作用而產生套管變形的損壞。

1.1.3斷層活動

在油田中，各地區(qū)地殼沉降速度不盡相同，在地層沉降速度高的地區(qū)，油層本身所處的構造位置會促使斷層活動加劇，從而對套管造成嚴重損害。特別是地層被注入水浸蝕后，斷層活動對套管的破壞作用更加嚴重。

1.2工程因素

1.2.1注入水侵入泥頁巖

在注入水壓力較高的情況下，注入水可能會從泥頁巖的原生微裂縫和紋理浸入，還可能會沿泥砂巖界面處浸入，形成一定范圍的浸水域，導致巖體膨脹、變形、滑移，最終導致套管損壞。

1.2.2固井質量

固井質量存在的問題首先是套管外水泥返高不夠，我國各油田多數(shù)井固井時水泥漿返不到地面，卸下頂聯(lián)接后，套管下沉而變形；其次是封固段質量差，引起注入水竄入泥巖層，使得泥巖膨脹，擠壓套管導致套損。

1.2.3完井質量

完井的方式對套管也有很大的影響，尤其是射孔完井法。如果選擇的射孔工藝不當，會導致管外的水泥環(huán)破裂，甚至導致套管破裂；射孔時如果深度過大或者出現(xiàn)誤射，會導致套管損壞；射孔的密度選擇不當，也會影響套管的強度，進而損壞套管。

1.3腐蝕因素

套管腐蝕是指原油天然氣中含有的S、CO2、H2S及地層水中和注入水中含有的各種腐蝕性物質與套管中鐵或亞鐵離子發(fā)生反應而腐蝕管體。套管腐蝕的條件包括一定的溫度、壓力、亞鐵離子的濃度及地層水中存在的還原菌等，大多與硫酸還原菌的作用有關。大多數(shù)套管腐蝕的套管處在高礦化度溶液和低的pH值下。腐蝕對套損的影響對套管而言，其損壞形式主要有以下兩種：第一，腐蝕造成上部套管破損。從力學原則上來說，由于外力造成的套管破損不會表現(xiàn)為套管破漏，而腐蝕的結果是使套管破漏；第二，腐蝕削弱套管壁厚，逐漸降低套管的強度，最終造成套損。在腐蝕的作用下，套管壁整體或局部逐漸變薄，套管強度隨之降低，在外力作用下更容易發(fā)生損壞。

2修復工藝技術應用

2.1套損井找漏驗套工藝

目前，主要應用以下幾種方法查套找漏：聲波成相測井找漏、井溫測井法找漏以及封隔器找漏，與此同時，針對套管變形通常情況下借助于鉛模打印來檢驗。

2.2套損修復工藝

套損包括套管變形和套管破損漏失兩種，在前期的修復措施主要有以下幾種：水泥漿封堵工藝，其又包括特殊管柱封堵工藝、封堵工藝、大劑量水泥灰漿封堵工藝、化學藥劑封堵工藝、超細水泥灰漿工藝以及普通水泥灰漿封堵工藝等；套管整形技術，通常情況下借助于變徑整形器以及下入梨形銑錐進行相應的機械修復就可以輕松應對套管的輕微變形，如果油水井套管損壞的特別嚴重，且處于斜井段時，必須使用爆炸整形工藝技術。

3套損井防治建議

3.1選擇質好質優(yōu)的套管

油田在選擇各類型號的套管時首先應根據(jù)油田所處的地理位置、地層以下的巖石、水層分布選擇合適的管材以及合理的壓裂設計方案；其次根據(jù)油田開采過程中井身結構、管材結構、水泥返高、地層異變壓力等進行綜合分析，對整個工程結構進行全面調整，預防由這些因素導致套管斷裂、變形。對特殊地層結構要重點考慮，選擇高強度套管、如：P110鋼級套管。

3.2適當降低注水壓力

套管在外部受到底層應力、內部受到注水壓力的共同影響，為了保護套管，注水壓力不得高于底層給予管材的壓力。為了防止底層受到污染，需要定期清洗高壓注水開發(fā)井，防止堵塞。

3.3確保固井質量，優(yōu)化射孔方案

設計套管管柱時，充分考慮采油、注水、地應力變化等動態(tài)因素，結合地層特性、開采方案和出砂規(guī)律進行套管受力分析，按照套管實際變形規(guī)律與可能的破壞方式進行結構設計；在固井時，選用高強度優(yōu)質水泥固井，優(yōu)選添加劑類型，改善水泥凝固質量，設計合理的注水泥參數(shù)，采用可靠的注水泥設備及工藝，同時對固井質量進行嚴格檢查，保證高質量固井；在射孔時，射孔孔眼的微裂紋疲勞擴展及疲勞腐蝕都會造成套管早期破裂，因此，在套管設計時充分考慮射孔影響，進一步優(yōu)化射孔參數(shù)、如槍、彈類型、孔眼密度、分布等。

3.4加強深部取套技術，套管補貼技術的應用

對于井下出現(xiàn)套管局部腐蝕、穿孔、茲扣漏失等事故可以采用波紋管補貼技術。重點在于將低碳鋼波紋管放置到套管穿孔、漏失部位，通過使用粘合劑把孔洞封堵，在局部區(qū)域形成一段密封層，再進行補貼。深部取套技術能夠有效解決錯段和破裂等事故，同時對套管進行系統(tǒng)、全面修復。

3.5建立套損井治理經濟評價分析系統(tǒng)

根據(jù)油田開采年限、套管使用年限、修復次數(shù)、經濟開采時間以及油田剩余儲量進行全面評估，建立完善的制度和修井方案，對套管以及相應的部件進行維修，從而使油田能夠科學的向前發(fā)展，實現(xiàn)經濟最大化。

結語

綜上所述，通過對油水井套管損壞機理以及預防措施進行深入研究，明確了油水井套管損壞預防工作的重點，從而有針對性地建立健全套管修繕機制，加強相關業(yè)務人員的綜合素質，提高技術水平，定期對套管及其相應設備進行科學、全面且系統(tǒng)的檢查，執(zhí)行切實有效的實施防治措施，從而保證油田走向可持續(xù)發(fā)展道路，促進我國經濟平穩(wěn)、健康地向前發(fā)展。

參考文獻：

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