淺析井下套管損傷原因分析及其應(yīng)對措施

李本剛

（長慶油田第三采油廠，寧夏回族自治區(qū) 銀川 750004）

一、套管損傷原因分析

1、油水井套管損傷情況調(diào)查套管損傷嚴(yán)重制約了油水井的正常生產(chǎn)和后期治理，給油田開發(fā)方案的執(zhí)行帶來嚴(yán)重影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）使油水井不能正常生產(chǎn)或長期停產(chǎn)甚至報(bào)廢；（2）破壞了正常的井網(wǎng)布置，在注采過程中產(chǎn)生層間干擾；（3）造成不同層間的油、水、氣互竄，進(jìn)一步引起套管損傷并形成惡性循壞；（4）套管嚴(yán)重?fù)p壞后，常規(guī)大修方法無法修復(fù)，為維持原有的井網(wǎng)體系，不得不開窗側(cè)鉆或打更新井，極大地增加了成本。發(fā)生大比例套管損傷的區(qū)塊有以下共同特征：（1）污水回注，水中的硫化氫氣體、SRB等因素導(dǎo)致平均腐蝕率超標(biāo)，造成套管穿孔漏失的情況增多；（2）油層埋藏深，都在2000米左右，按照平均地溫梯度3℃/100米，地表20℃計(jì)算，油層溫度在80℃左右，高溫情況加劇了套管腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生；（4）原始地層壓力高，且套管長期處在較高的注水壓力下，加劇了套管損傷。

2、油水井套管損傷原因分析造成油水井套管損傷的原因很多。習(xí)慣地，人們將套損的原因歸結(jié)于地質(zhì)因素，如巖層蠕變，泥巖吸水膨脹，地塊斷層運(yùn)動(dòng)，地層出砂等；工程因素，如工程設(shè)計(jì)不當(dāng)，生產(chǎn)中注水開發(fā)、壓裂、酸化等各種施工作業(yè)不當(dāng)，固井質(zhì)量不好等；其他因素，如射孔問題，腐蝕問題等。

2、1地質(zhì)因素地層的非均質(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)等地質(zhì)因素是導(dǎo)致套管技術(shù)狀況變差的客觀條件，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，將使套管受到嚴(yán)重?fù)p害。諸如在注水開發(fā)的泥砂巖油田，當(dāng)油層中的泥巖被注入水浸蝕后，不僅使其抗剪強(qiáng)度和摩擦系數(shù)大幅度降低，而且使套管受巖石膨脹力的擠壓。膨脹后所聚集的膨脹體積應(yīng)力易使套管變形，同時(shí)當(dāng)具有一定傾角的泥巖遇水呈塑性時(shí)，可將上覆巖層壓力轉(zhuǎn)移至套管，使套管受到損壞。

2、2工程因素地質(zhì)因素是客觀存在的因素，往往在其他因素引發(fā)下成為套損的主導(dǎo)因素。采油工程的注水，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，固井過程中套管拉伸、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。

2、2、1套管質(zhì)量問題套管本身存在微孔、微縫，螺紋不符合要求及抗剪、抗拉強(qiáng)度低等質(zhì)量問題，在完井后的長期注采過程中，將會(huì)出現(xiàn)套管損壞現(xiàn)象。

2、2、2固井質(zhì)量問題

（1）固井工程中，有時(shí)鉆井液返高分兩級，但在大多數(shù)情況下，上下兩級之間的水泥連接不好。（2）分段下套管時(shí)，有時(shí)下一段套管的管外水泥返高達(dá)不到高度，在下部管段沒有加固部分的壓縮負(fù)荷中增加一個(gè)補(bǔ)充負(fù)荷，溫度的變化導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)充壓縮力。（3）驅(qū)動(dòng)固井水泥的流體常常是低密度鉆井液或水，結(jié)果造成套管外部靜壓力大于套管內(nèi)部靜壓力，套管外流體的靜壓力在套管鞋上產(chǎn)生向上壓縮力，套管內(nèi)壓力產(chǎn)生向下重力，當(dāng)兩個(gè)力差別很大時(shí)，套管實(shí)際處于壓縮狀態(tài)，因此在井眼擴(kuò)大部分或水泥不適當(dāng)部分易出現(xiàn)套管彎曲。（4）固井水泥候凝時(shí)溫度變化大。由于井眼不規(guī)則或固井時(shí)存在混漿井段，在封固井段內(nèi)，水泥漿候凝期間放熱不均勻，溫度的變化使套管熱脹冷縮，易導(dǎo)致套管變形破裂。

2、2、3大型增產(chǎn)措施造成套管損傷近年來，人們從改造低滲透油層效果考慮，油井多采用大型壓裂措施，而高壓下套管節(jié)箍和絲扣部位以及固井質(zhì)量差的井段很容易產(chǎn)生破裂。此外，油井酸化時(shí)由于排酸不及時(shí)造成套管腐蝕，有部分井因多次進(jìn)行酸化施工，從而加快了套管的腐蝕速度，使套管穿孔、漏失。

2、3腐蝕因素套管腐蝕的根源涉及套管本身以及與套管接觸的活性介質(zhì)和腐蝕條件。就套管本身而言優(yōu)質(zhì)套管不易腐蝕，劣質(zhì)套管和薄弱部位腐蝕快。就介質(zhì)而言，原油中含硫、天然氣中含CO2和H2S、地層水中含有各種鹽類離子和結(jié)垢、溶解氧等，它們均以離子的形式長期作用于套管表面，與套管中的Fe和Fe2+發(fā)生反應(yīng)而腐蝕管體。井下套管腐蝕機(jī)理很多，但常見的有電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕、細(xì)菌腐蝕、氫脆及結(jié)垢腐蝕等5種。

二、套管損傷應(yīng)對措施關(guān)于套管變形損壞的各種影響因素的研究表明，造成套管變形損壞的因素是十分復(fù)雜的。但主要是由于地質(zhì)、工程和腐蝕等因素導(dǎo)致套管所受外擠壓力超過其抗擠壓強(qiáng)度而引起的，因此預(yù)防套管損壞措施：一是如何防止外擠力超過套管屈服強(qiáng)度，包括防止注入水進(jìn)入非油層，以達(dá)到防止泥頁巖蠕變、層間滑動(dòng)、斷層復(fù)活、鹽巖浸蝕坍塌等方法；二是提高套管強(qiáng)度，主要包括提高套管抗擠等級和壁厚，用雙層套管和防止射孔嚴(yán)重傷害套管等方法。第三是防止套管腐蝕。目前用到的治理技術(shù)主要有以下幾種：

1、化學(xué)堵劑封堵技術(shù)：主要應(yīng)用于射孔井段封堵、小范圍套漏封堵：優(yōu)點(diǎn)：施工簡單、風(fēng)險(xiǎn)小。缺點(diǎn)：應(yīng)用范圍小、成功率較低、有效期短。

2、水泥封堵技術(shù)：使用于套漏、套破、射孔井段封堵。優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)范圍廣、有效期長、不導(dǎo)致井筒復(fù)雜化、可重復(fù)措施。缺點(diǎn)：措施復(fù)雜、工序要求質(zhì)量高、成功率較低、工期較長。

3、封隔器卡封技術(shù)：主要使用于射孔井段的卡封，主要有卡下層、卡中間、卡上層的出水井段，大多采用液壓丟封方式。優(yōu)點(diǎn)：卡封準(zhǔn)確、施工簡單、易打撈。缺點(diǎn)：有效期短、耐高溫高壓性能低、對井筒要求條件較高。

4、取套換套技術(shù)：技術(shù)套管內(nèi)換取、表層套管內(nèi)換取、裸眼井內(nèi)換取等技術(shù)。主要使用于射孔井段以上套漏、套破油水井。優(yōu)點(diǎn)：施工簡單、成功率高。缺點(diǎn)：有效期短、套補(bǔ)段以下不易下工具、失效后處理困難。

5、套管整形技術(shù)：套管整形有機(jī)械整形和爆炸整形兩種方法。對于套管彎曲變形不大的，可采用整形工具如梨形整形器、輥?zhàn)诱纹鳌婂F進(jìn)行機(jī)械整形工藝修復(fù)。套管變形量較大時(shí)，采用爆炸整形工藝修復(fù)，利用火藥燃爆瞬間產(chǎn)生的巨大能量，使套管向外擴(kuò)張膨脹。

6、后處理技術(shù)：主要使用于射孔井段以上套漏、套破油水井的套管補(bǔ)貼。主要分為機(jī)械波紋管補(bǔ)貼、套管雙端密封支撐體加固、套管懸掛加固、膨脹套管補(bǔ)貼等，優(yōu)點(diǎn)：施工簡單、成功率高。缺點(diǎn)：有效期短、套補(bǔ)段以下不易下工具、失效后處理困難。

[1]萬仁薄，羅英俊.采油技術(shù)手冊（修訂本）[M].北京：石油工業(yè)出版社，1993.1

[2]聶海光、王新河.修井工程[M].北京:石油工業(yè)出版社，2002.2