油田注水井套損機(jī)理分析與預(yù)防措施研究

李舜昱 賀潔 劉玉杰 王丹琪

【摘 要】油田注水井套管在使用過程中往往面臨腐蝕破壞較嚴(yán)重的問題，特別是高壓注水井中套管使用負(fù)荷高，套管容易受到不同程度的損壞，影響注水井的正常使用，同時(shí)，也帶來安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，降低采油效益。本文通過分析造成注水井套管受損的機(jī)理原因，探討科學(xué)有效預(yù)防注水井套管損壞的方法，為保證油田采油過程中正常的注水開發(fā)打好基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】注水井；套損；機(jī)理分析；預(yù)防措施

隨著全國各大油田進(jìn)入開發(fā)的深層階段，開發(fā)技術(shù)的不斷深入，注水開發(fā)已成為很普遍的開發(fā)方法，但注水井套管在使用過程中會(huì)出現(xiàn)破損變形的情況，是注水開發(fā)過程中不可忽視的問題，套管受損嚴(yán)重甚至?xí)?dǎo)致注水井報(bào)廢。注水井套管損壞會(huì)影響注水井的正常使用，從而影響了注采井網(wǎng)的完整，達(dá)不到預(yù)期的開發(fā)效果，增加了采油成本，造成地層污染，具有很大經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保上的隱患。所以應(yīng)該增強(qiáng)對(duì)注水井套管的防護(hù)措施，科學(xué)有效的對(duì)注水井套管進(jìn)行保護(hù)，是注水井套管的使用期限得到有效保障。

1.注水井套管損壞原因

注水井套管的使用負(fù)荷超過自身所能承受的強(qiáng)度是注水井套管受損的根本原因。而導(dǎo)致這種超負(fù)荷工作是由于油氣開采過程中的地層應(yīng)力變化使注水井套管所受壓力增大，另一方面是由于注水井套管受到各種因素影響遭受腐蝕使得套管自身強(qiáng)度下降。注水井套管損壞不是簡(jiǎn)單的一種因素造成的結(jié)果，而是多種影響因素共同作用在注水井套管的結(jié)果，主要可以分為地質(zhì)條件因素、工程技術(shù)因素、化學(xué)腐蝕因素三大因素。

1.1 造成注水井套管損壞的地質(zhì)條件原因

1.1.1 井眼周圍巖石壓力對(duì)套損的影響

在勘探開發(fā)前，地層中各巖層應(yīng)力平衡穩(wěn)定，但在鉆井開采后，井中的地層應(yīng)力被釋放，原來的地層應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，引起圍巖應(yīng)力改變，使管壁承受壓力增大。當(dāng)管壁承受壓力超過注水井套管自身設(shè)計(jì)壓力時(shí)，注水井套管就會(huì)發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生變形損壞。因此，圍巖壓力變化是導(dǎo)致注水井套管變形損壞的一個(gè)重要原因。

1.1.2 泥巖吸水膨脹對(duì)套損的影響

注水開發(fā)對(duì)于不同的地層巖性也有不同的反映。對(duì)于地層中的砂巖，注入水后，水在孔隙中滲流，巖石骨架不受影響沒有發(fā)生變化，相應(yīng)的地應(yīng)力也沒有改變。但是對(duì)于泥巖地層，注入水后，泥巖吸水膨脹，使泥巖變?yōu)樗苄誀顟B(tài)，導(dǎo)致地應(yīng)力發(fā)生改變，不均勻分布。

1.1.3 油層出砂造成套管損壞

注水井中，在水驅(qū)油時(shí)，巖層膠結(jié)物易吸水膨脹，或者發(fā)生水解，，從而使油層巖石骨架結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致油井附近地帶發(fā)生出砂現(xiàn)象。大量出砂后會(huì)在油層頂部形成空洞，空洞的增大會(huì)逐漸占據(jù)的整個(gè)油層頂部，由于油層上覆地層重力主要靠油層來承擔(dān)，空洞大到一定程度后上覆地層可能發(fā)生坍塌。大量出砂的結(jié)果會(huì)破壞巖石骨架，導(dǎo)致的骨架應(yīng)力不平衡，油層壓力在開采過程中也會(huì)出現(xiàn)大幅度的下降。當(dāng)油層孔隙壓力和巖石骨架結(jié)構(gòu)應(yīng)力承受不住上覆地層壓力時(shí)，就會(huì)有部分壓力施加在注水井套管上，導(dǎo)致注水井套管出現(xiàn)變形，甚至注水井套管錯(cuò)斷。

1.1.4構(gòu)造活動(dòng)造成套管損壞

油田開發(fā)過程中，可能發(fā)生地震，或者因?yàn)楦邏鹤⑺a(chǎn)生構(gòu)造活動(dòng)等原因，使原始地層壓力發(fā)生改變，使巖體力學(xué)性質(zhì)和地應(yīng)力相應(yīng)的發(fā)生改變。注入的水還可能使接觸面潤滑，使層面間摩擦力減小，導(dǎo)致斷層處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這種不穩(wěn)定狀態(tài)推動(dòng)斷層上下兩盤發(fā)生滑動(dòng)，擠壓注水井套管，從而導(dǎo)致注水井套管損壞。

1.2工程技術(shù)因素

工程技術(shù)因素包括鉆井作業(yè)過程中的磨損、射孔對(duì)注水井套管管壁的影響、注水井套管井筒除垢等操作過程中的影響因素。在施工過程中，油管起下操作不當(dāng)使注水井套管被刮擦受損，在修井時(shí)注水井套管管柱起下、井筒除垢等操作過程都作用于注水井套管，使套管受到不同程度的磨損，降低了注水井套管自身的強(qiáng)度，埋下了注水井套管發(fā)生變形的隱患。

1.3化學(xué)腐蝕因素

地層溫度、地層流體酸堿度、地層流體流速等地層外部條件都是注水井套管在井下受到腐蝕的原因。除此之外，在注水后污水回注，污水中的溶解氧、硫酸鹽及高礦化等也會(huì)使注水井套管腐蝕。注水井套管處于地下封閉環(huán)境中也加速了各種腐蝕作用的發(fā)生。

2 預(yù)防措施

2.1增強(qiáng)固井質(zhì)量

提高固井質(zhì)量，為了保護(hù)注水井套管，使用水泥在注水井套管周圍形成一圈封閉致密的水泥環(huán)，防止注入水時(shí)水沿著天然裂縫或者沿水泥膠結(jié)不好的層帶滲流入泥巖層中，使泥巖膨脹變形改變地層應(yīng)力。

2.2提高注水井套管強(qiáng)度

在勘探開發(fā)時(shí)要對(duì)地層應(yīng)力進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估、預(yù)測(cè)，選擇能適用于該地層應(yīng)力的注水井套管，保證注水井套管質(zhì)量和壁厚滿足施工要求。通過采用注水井套管管壁材質(zhì)強(qiáng)度更強(qiáng)、注水井套管大壁厚的形式，提高注水井套管不同部位的不同抗壓強(qiáng)度，提升注水井套管的使用周期。

2.3保持注水采收平衡

保持注水采收平衡可以緩解由于非平衡態(tài)注采造成地層壓力變化，從而導(dǎo)致的注水井套管損壞。注水時(shí)要注意使處于構(gòu)造活動(dòng)中的斷層上盤、下盤的注水量保持平衡，防止因?yàn)椴黄胶庾⑺斐傻牡貞?yīng)力變化，損壞注水井套管。

2.4 防止注水井套管腐蝕泄露

減少腐蝕情況的發(fā)生主要有兩個(gè)方面：（1）提高注入水的質(zhì)量，注意注入水的礦化度、酸堿度等相關(guān)信息，避免腐蝕傷害。使用保護(hù)液添加在注入水中，使注入水具有延緩腐蝕、平衡酸堿、除垢等綜合性能。（2）利用軟密封技術(shù)提高注水井套管使用周期，采用雙層凝膠作為軟密封的主要試劑，相較于常規(guī)的封隔器可以使隔離不受井筒條件制約，更有效的保護(hù)注水井套管。

3 結(jié)束語

注水井套管的損壞是多種因素共同作用導(dǎo)致的結(jié)果，需要多種技術(shù)手段綜合利用才能達(dá)到理想的防護(hù)注水井套管效果，延長(zhǎng)注水井套管使用壽命。應(yīng)該從注水井的設(shè)計(jì)開始，在施工過程和后續(xù)使用中每一階段都做好注水井套管的防護(hù)工作，保證注水井套管本身質(zhì)量的同時(shí)加上有效的注水井套管修復(fù)技術(shù)手段，才能長(zhǎng)效的預(yù)防、解決注水井套管損壞問題，將因注水井套管損壞而造成的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、安全損失到最低。

參考文獻(xiàn)：

[1]裴桂紅，紀(jì)佑軍.油水井套損的地質(zhì)因素分析[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，28（3）：102-105.

[2]杜朋舉，趙國翠.淺談注水井套損原因及預(yù)防措施[J].化學(xué)工程與裝備，2010，6：93-94.

[3]劉廷臻.東辛中油田注水井套損原因與治理對(duì)策[J].中國石油大學(xué)勝利學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，24（4）：17-18.

（作者單位：中國石油長(zhǎng)慶油田分公司第十一采油廠）