套管性能影響因素分析與套損井防治探討

李智勇

（大慶油田裝備制造集團(tuán)油田專用產(chǎn)品制造分公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

油井套管由于使用頻率高、使用強(qiáng)度大，很容易產(chǎn)生老化、損壞、腐蝕等問(wèn)題。根據(jù)不完全信息統(tǒng)計(jì)，重點(diǎn)油田套水井高達(dá)幾萬(wàn)口，國(guó)內(nèi)外都存在油井套損問(wèn)題，而且許多破損原因是由于非正常生產(chǎn)造成的，多數(shù)是自然腐蝕狀態(tài)下的破損狀態(tài)。例如長(zhǎng)慶安塞油田，在初期的油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，并未重視套管腐蝕問(wèn)題，沒(méi)有及時(shí)采取相關(guān)保護(hù)措施，造成了大量套管損壞的情況，嚴(yán)重影響油田的正常生產(chǎn)。因此，對(duì)油井套損展開(kāi)調(diào)查研究，分析整理套管損壞因素，能夠有效提高油田的穩(wěn)定生產(chǎn)，解決油田亟待解決的重要技術(shù)問(wèn)題。

1 套損現(xiàn)狀及原因分析

（1）井身因素。地球引力、套管受到腐蝕、射孔等都會(huì)影響套管的強(qiáng)度，影響程度可以分為3 個(gè)：①射孔彈爆炸后會(huì)產(chǎn)生一定的爆破力和殘余應(yīng)力；②孔眼周圍會(huì)產(chǎn)生不同程度的裂紋；③孔眼的位置影響套管的應(yīng)力分布。其中，可以通過(guò)運(yùn)用槍身的射孔彈來(lái)降低前兩種因素對(duì)套管應(yīng)力的擴(kuò)散程度。

（2）地層因素。油田地層的特殊性所導(dǎo)致，會(huì)受到各種自然現(xiàn)象如鹽巖的蠕變、地震等影響，產(chǎn)生一定的流體進(jìn)入地層，因此會(huì)對(duì)地層內(nèi)油層套管造成一定損害。黏土在發(fā)生水化過(guò)程中，隨著壓力增大，巖層面發(fā)生巨大改變，這種質(zhì)變會(huì)產(chǎn)生不同的吸力，改變?nèi)渥兯俣?，從而加劇套管的損壞。

（3）腐蝕因素。井下套管收到腐蝕的因素較為復(fù)雜化，主要分為電化、化學(xué)、細(xì)菌和氫脆4 種現(xiàn)象，其中最為嚴(yán)重的一種腐蝕狀態(tài)屬于電化學(xué)腐蝕。

2 影響因素研究分析

（1）射孔參數(shù)對(duì)套管強(qiáng)度影響研究。研究射孔對(duì)套管強(qiáng)度影響需要從多方面角度進(jìn)行分析研究，單一的研究方式會(huì)使數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的誤差。根據(jù)油田區(qū)塊特征組建三維力學(xué)分析模型，設(shè)立合理的擬合圖版，來(lái)進(jìn)行套管剩余強(qiáng)度的分析和研究，并能夠研究非徑向射孔對(duì)套管強(qiáng)度的影響。實(shí)施射孔技術(shù)的同時(shí)損壞對(duì)象在套管的生產(chǎn)層，所以能夠通過(guò)數(shù)值模擬出套管內(nèi)外壓力相關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）黏土層吸水膨脹后對(duì)套管損壞的仿真模擬。蠕變是由于黏土在入水產(chǎn)生體積膨脹時(shí)，會(huì)對(duì)油田地層產(chǎn)生一定的應(yīng)力，從而導(dǎo)致套管損壞。黏土經(jīng)過(guò)水浸后，在壓力作用下體積會(huì)增大，同時(shí)向周圍層面變形蠕動(dòng)，其膨脹力與地球引力共同作用使蠕變速度加快，導(dǎo)致套管外載壓力增強(qiáng)。另外，黏土經(jīng)過(guò)注水體積發(fā)生膨脹，改變了地下的磁場(chǎng)，使地層發(fā)生變形移位，同時(shí)使套管受到擠壓變形，由此組建了一種新型的計(jì)算模型。由于注水產(chǎn)生的黏土膨脹現(xiàn)象會(huì)對(duì)油層地層產(chǎn)生嚴(yán)重影響，只有通過(guò)選擇合適的材料構(gòu)建模型才能有效解決油管受腐蝕的問(wèn)題。

（3）組合套管電化學(xué)腐蝕影響規(guī)律研究。在油田開(kāi)采過(guò)程中，收到推廣和普及的套管型號(hào)包括J55 等4 種材料，許多研究人士通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)單一套管材料和多種套管材料重組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行高礦化度水環(huán)境的腐蝕實(shí)驗(yàn)，組合電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)，獲得了對(duì)套管腐蝕現(xiàn)象的影響數(shù)據(jù)，通過(guò)水離子融入腐蝕性溶液并對(duì)試件進(jìn)行測(cè)試。

3 預(yù)防套損的主要措施

（1）確保固井質(zhì)量，優(yōu)化射孔方案。在實(shí)施固井方案時(shí)，需要選取質(zhì)量?jī)?yōu)越的、抗壓性能較強(qiáng)的水泥來(lái)完成，同時(shí)對(duì)于在封層中使用的添加劑類型以及各種流程參數(shù)和工藝進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮?，確保固井質(zhì)量符合防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，并在封井完成后仔細(xì)檢查有無(wú)漏氣現(xiàn)象發(fā)生。補(bǔ)孔射孔時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注射孔后產(chǎn)生的壓力及對(duì)套管造成的影響程度，并對(duì)方案和實(shí)施措施進(jìn)行有效調(diào)整，獲得最優(yōu)質(zhì)的防護(hù)方案。

（2）優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)。地層中會(huì)有各種含酸類的腐蝕介質(zhì)，處于未知的特殊區(qū)域，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量在位置偏高的區(qū)域進(jìn)行水泥返高。

（3）適當(dāng)降低注水壓力。在油田開(kāi)采方案設(shè)計(jì)前期，可以通過(guò)采井網(wǎng)有效降低和防止裂縫方向的油井遭遇水流入侵導(dǎo)致的套管變形現(xiàn)象。為降低流體對(duì)于套損的腐蝕，可以將水壓調(diào)整低于地層最小數(shù)值的應(yīng)力值，并對(duì)高壓水井進(jìn)行定向清潔，采取措施緩解膨脹降低堵塞，有效降低對(duì)低層面的污染和侵入。另外，通過(guò)定期注水進(jìn)行降壓的有關(guān)測(cè)試，能夠?qū)λ畨毫M(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控。

（4）減小腐蝕發(fā)生的可能性。減少套管腐蝕還可以通過(guò)融入殺菌劑、防腐劑進(jìn)行防腐處理，這是一種已經(jīng)受到推廣的防腐蝕方式，經(jīng)濟(jì)有效，能夠有效緩解套管的腐蝕現(xiàn)象，常用的試劑有重鉻酸鹽等。還有一種保護(hù)方式是通過(guò)陰極保護(hù)技術(shù)減少對(duì)套管的腐蝕、破壞。

（5）完井水泥漿封固。安塞油田延安組地層巖性較為致密，孔隙間距小，滲水率低，沒(méi)有水泥漿漏失現(xiàn)象，可以通過(guò)泥漿進(jìn)行水層隔離。水泥比例較低，不僅會(huì)增加滲透率，同時(shí)抗壓強(qiáng)度難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，不能有效隔離水中離子，所以要采用高比重水泥漿進(jìn)行封層。

（6）遠(yuǎn)程監(jiān)控套管陰極保護(hù)。對(duì)于已經(jīng)投產(chǎn)的老井，電流陰極保護(hù)措施是最為有效的方式。在無(wú)人值守時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)程控制陰極保護(hù)儀，運(yùn)用特殊技術(shù)設(shè)計(jì)的電源開(kāi)關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，工作人員可以遠(yuǎn)程調(diào)控在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，方便遠(yuǎn)程管理的同時(shí)大大增強(qiáng)應(yīng)急保護(hù)措施的管控力度。它具有保護(hù)能力強(qiáng)、施工簡(jiǎn)便且投資較小的特點(diǎn)，對(duì)于已建的舊井套管十分有效，能夠延長(zhǎng)使用壽命、降低更換次數(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

油田的穩(wěn)定發(fā)展會(huì)受到油管腐蝕現(xiàn)象的影響，油田注水井中的套管會(huì)受到溶解氣體細(xì)菌、溶解鹽等腐蝕，流體的沖刷磨蝕及油管連接處的縫隙腐蝕都與油套管的腐蝕形態(tài)有一定關(guān)聯(lián)，同時(shí)和溫度、流速等因素有關(guān)。根據(jù)不同油田油層的開(kāi)采情況與井下受力狀態(tài)，采取合理的方式降低對(duì)水井套管的腐蝕和損壞。石油套管是維持油井正常運(yùn)行的生命線，根據(jù)油田的具體狀況以及生產(chǎn)需求選擇高質(zhì)量、高強(qiáng)度的套管十分重要，能有效增強(qiáng)固井效果、防止套管損壞，減少套管腐蝕，使油田實(shí)現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展。