南三區(qū)油水井套損原因分析及預(yù)防措施

陳哲超

摘要：分析了油水井套損原因和套管損壞類型，即地質(zhì)條件、地層出砂、各類大型措施增多、井深質(zhì)量以及注水開發(fā)導(dǎo)致的腐蝕、結(jié)垢等諸多因素，使得油水井套管技術(shù)狀況變差，造成套管損壞。按著“預(yù)防為主防修結(jié)合”的方針，研究套管損壞的機(jī)理和套損井修復(fù)技術(shù)，并制定配套的防護(hù)措施，增強(qiáng)大修作業(yè)修復(fù)能力，可減緩套管損壞速度，延長了油水井的使用壽命，提高油田后期開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：套損原因;損壞類型;預(yù)防措施

1.套損原因

造成油、水井套管損壞的因素是多方面的，概括性地分為地質(zhì)因素和工程因素兩大類。

1.1地質(zhì)因素

地層（油層）的非均質(zhì)性、油層傾角、巖石性質(zhì)、地層斷層活動(dòng)、地下地震活動(dòng)、地殼運(yùn)動(dòng)、地層腐蝕等情況是導(dǎo)致油水井套管技術(shù)狀況變差的客觀存在條件，這些內(nèi)在因素一經(jīng)引發(fā)，產(chǎn)生的應(yīng)力變化是巨大的、不可抗拒的，將使油、水井套管受到損害，甚至導(dǎo)致成片套管損壞，嚴(yán)重地干擾開發(fā)方案的實(shí)施，影響油田的穩(wěn)產(chǎn)。

1.2工程因素

地質(zhì)因素是客觀存在的因素，往往在其它因素引發(fā)下成為套損的主導(dǎo)因素。采油工程中的注水，地層改造中的壓裂、酸化，鉆井過程中的套管本身材質(zhì)、固井質(zhì)量，固井過程中的套管串拉伸、壓縮等因素，是引發(fā)誘導(dǎo)地質(zhì)因素產(chǎn)生破壞性地應(yīng)力的主要原因。套管材質(zhì)、固井質(zhì)量、完井質(zhì)量、井位部署、開發(fā)單元內(nèi)外地層壓力大幅度下降、注入水浸入泥頁巖、注水不平穩(wěn)和注水井日常管理等問題。

2.套管損壞類型

2.1徑向凹陷變形

由于套管本身局部位置質(zhì)量差，強(qiáng)度不夠，固井質(zhì)量差及在長期注采壓差作用下，套管局部處產(chǎn)生縮徑，使套管在橫截面上呈內(nèi)凹橢圓形，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，一般長短軸差在14mm以上，當(dāng)此值大于20mm以上時(shí)，套管可能發(fā)生破裂。

2.2多點(diǎn)變形

由于套管受水平地應(yīng)力作用，在長期注采不平衡條件下，地層滑移迫使套管受多向水平力剪切，致使套管徑向內(nèi)凹形多點(diǎn)變形。多點(diǎn)變形井是一種極其復(fù)雜的套損井況。

2.3嚴(yán)重彎曲變形

由于泥巖、頁巖在長期水浸作用下，巖體發(fā)生膨脹，產(chǎn)生巨大地應(yīng)力變化，巖層相對(duì)滑移剪切套管，使套管按水平地應(yīng)力方向彎曲，并在徑向上出現(xiàn)嚴(yán)重變異。嚴(yán)重彎曲變形的套管，內(nèi)徑已不規(guī)則，多呈基本橢圓變形，長短軸差不太大，但兩點(diǎn)或三點(diǎn)變形間距小，近距點(diǎn)一般3m以內(nèi)，若兩點(diǎn)距離過小則形成硬性急彎。這是較多見的復(fù)雜套損井況，也是較難修復(fù)的高難井況。

2.4套管錯(cuò)斷（非坍塌型）

泥巖、頁巖經(jīng)長期水浸膨脹而發(fā)生巖體滑移，導(dǎo)致套管被剪斷，發(fā)生橫向（水平）錯(cuò)位。由于套管在固井時(shí)受拉伸載荷及鋼材自身收縮力作用，在套管產(chǎn)生橫向錯(cuò)斷后，便向上、向下即各自軸向方面收縮，錯(cuò)斷及位移情況。套管錯(cuò)斷是修井工作中最多見的套損類型。

2.5坍塌形套管錯(cuò)斷

主要是套管錯(cuò)斷處部位地層坍塌，可分為兩種：套管下錯(cuò)斷口固定，不活動(dòng)，不位移，雖然地層坍塌把下斷口埋上，斷口丟失，但是修復(fù)起來成功率還很高的。套管下錯(cuò)斷口不固定，可活動(dòng)，斷口發(fā)生偏移，再加上地層坍塌，把下錯(cuò)斷口埋上，造成套管通道丟失，大修時(shí)很難修復(fù)。這兩種前者容易修復(fù)，后者不易修復(fù)。套管坍塌型錯(cuò)斷是目前極難采取修復(fù)或報(bào)廢處理的復(fù)雜套損類型。

3.套管修復(fù)及加固

3.1磨（套）銑施工

套磨銑鉆柱組合，磨銑套管時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)常用的鉆柱組合如下（自上而下），方鉆桿+鉆桿+鉆鋌（扶正器4個(gè)以上）+磨銑工具。磨銑工具選擇：根據(jù)套管變形、錯(cuò)斷程度選擇的磨銑工具：組合銑、錐形銑、柱形、平底銑、凹底、領(lǐng)眼磨鞋、引鞋工具鉆桿筆尖等。

3.2磨銑施工時(shí)應(yīng)注意的問題

對(duì)磨屑進(jìn)行辯認(rèn)，如發(fā)現(xiàn)磨屑細(xì)末狀，可能是排量過小，磨屑重復(fù)研磨所致，可加大排量。如排量不可能增大，考慮增加攜砂液的攜帶能力，如確認(rèn)排量與攜砂液性能沒有問題，則可能是磨鞋過度磨損，需要更換。使用錐形、柱形、套銑和裙邊磨鞋時(shí)，由于工具接觸部分受力面積小，不能采用較高鉆壓，以免造成工具損壞。一般應(yīng)選用較高的磨銑轉(zhuǎn)速（100r/min左右），低鉆壓，這樣鉆桿扣不宜過緊。具體操作時(shí)應(yīng)根據(jù)鉆壓、鉆具、設(shè)備和工具等因素而定。鉆具出現(xiàn)憋跳時(shí)，一般通過降低轉(zhuǎn)速，減小鉆壓即可消除。如出現(xiàn)周期性突變，應(yīng)上提鉆具加大排量，輕壓快轉(zhuǎn)直到消除為止。磨銑時(shí)要注意保護(hù)套管，應(yīng)事先在磨鞋上加接一定長度的鉆鋌，或在鉆桿上加裝扶正器。磨銑時(shí)不能與震擊器配合使用，因?yàn)榕浜虾蟛荒苁┬蓄D鉆和沖頓落物碎塊。

3.3膨脹管補(bǔ)貼技術(shù)

針對(duì)套管變形處，錯(cuò)斷口進(jìn)行磨銑整形后，經(jīng)井徑檢測(cè)結(jié)果，磨銑過的變點(diǎn)、錯(cuò)斷口內(nèi)徑大于套管內(nèi)徑符合要求，就可以實(shí)施套管補(bǔ)貼合格，下入完井管柱。

4.套損預(yù)防措施

4.1預(yù)防治理泥巖層套管變形

（1）維持合理的注采壓差，防止注入水竄入軟弱夾層。由于油層中流體被開采出來，一段時(shí)間（或很長時(shí)間）不注水補(bǔ)充能量，巖石的彈性應(yīng)變力大量釋放而形成一個(gè)低的應(yīng)力異常區(qū)，周圍高壓應(yīng)力區(qū)推動(dòng)巖體向低壓區(qū)運(yùn)動(dòng)，造成大量套管損壞。相反，注水強(qiáng)度大，注水量過多，則可形成高應(yīng)力異常區(qū)，也會(huì)推著巖體向低應(yīng)力區(qū)運(yùn)動(dòng)，使套管成片損壞。因此，油田開發(fā)都應(yīng)適時(shí)、適量、低于破裂壓力注水，保持適當(dāng)孔隙壓力，并使油田內(nèi)部各區(qū)塊孔隙壓力保持基本平衡，以避免套管損壞。

（2）加強(qiáng)注入水質(zhì)配比研究，控制注入壓力過高。定期對(duì)高壓注水井采取洗井，防膨及解堵措施，防止各種因素造成地層污染。避免注水壓力過高。同時(shí)加強(qiáng)注水方案精細(xì)研究，對(duì)已污染地層采取低傷害酸預(yù)處理后再投注。

（3）提高固井質(zhì)量保證層間互不相竄。采取有效措施提高固井質(zhì)量，防止注入水沿水泥交接不好層帶竄入泥巖層。如下套管扶正器使套管居中。調(diào)整好水泥漿性能，控制水泥漿上返高度和速度等。使第一、二界面結(jié)合牢固。

4.2防止油層出砂

油井出砂，水井吐砂，一方面影響油水井生產(chǎn);另一方面在出砂層位形成空洞，空洞位置的套管失去支撐，當(dāng)覆蓋層發(fā)生坍塌，其坍落的巖石塊撞擊套管，很容易造成套管損壞，因而在開采過程中應(yīng)防止地層出砂。

4.3射孔

在射孔時(shí)一定要考慮夾層的影響，嚴(yán)格控制射孔層段，把好射孔質(zhì)量關(guān)。射孔時(shí)產(chǎn)生的高壓可導(dǎo)致套管破裂甚至變形。大慶油田開發(fā)20年后，對(duì)226口套損井進(jìn)行研究，其中射孔井段套損井占23.5%。因此，對(duì)不同的地層及套管要選擇不同的射孔槍及射孔彈，以達(dá)到有的放矢，減少不必要的套損誘發(fā)因素。

4.4防止套管腐蝕，漏失

（1）提高注水質(zhì)量，減少腐蝕傷害。隨著油田持續(xù)開發(fā)，因腐蝕所導(dǎo)致的油水井套管損壞問題也日趨嚴(yán)重，注入水質(zhì)的質(zhì)量，也是造成水井套管腐蝕的因素，所以要嚴(yán)格檢驗(yàn)水質(zhì)是防止套管腐蝕的重要環(huán)節(jié)。通過對(duì)油田注入水常規(guī)離子化驗(yàn)資料及水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，通常情況下，油套環(huán)空長期處于封閉狀態(tài)，因此起腐蝕作用的主要因素是SRB菌及H2S氣體。要有針對(duì)性的做好抑制細(xì)菌繁殖的工作，才能減少套管的腐蝕。

（2）鉆井完鉆時(shí)，提高水泥漿上返液面。針對(duì)套管漏失主要發(fā)生在套管未固井井段上部的現(xiàn)象，完井時(shí)可考慮提高水泥環(huán)上返高度至地面，并采取措施保證固井質(zhì)量，達(dá)到水泥漿硬化后在套管周圍形成一圈致密連續(xù)的水泥環(huán)。

4.5提高套管抗擠強(qiáng)度

（1）完井采用高級(jí)鋼、大壁厚套管。普通N80/139.7難以承受不均勻地應(yīng)力的擠壓，目前應(yīng)采用泥頁巖蠕變形成不均勻“等效外擠應(yīng)力”作為套管最大抗擠強(qiáng)度。建議在油層段局部采用鋼級(jí)P110，壁厚10.54mm的套管。

（2）在易發(fā)生套管損壞巖層段下雙層組合套管。泥頁巖在見水時(shí)易產(chǎn)生蠕變，在井壁周圍產(chǎn)生不均勻地應(yīng)力的擠壓套管。這時(shí)可采用雙層組合套管，并在環(huán)空加注水泥，其強(qiáng)度比原兩根套管的強(qiáng)度還要高出25%-70%。

5.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

油水井套管損壞是多種原因共同作用的結(jié)果，按照“預(yù)防為主防治結(jié)合”的方針，研究套管損壞的原因，制定有效的防治措施，防止或減少油水井套管損壞，從而延長油水井使用壽命，達(dá)到改善和提高油田開發(fā)的效果。

參考文獻(xiàn)：

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