油田注水井套損原因與治理對策

王飛(西安石油大學 陜西西安710065)

吳軍 吳鈺(延長油田股份有限公司瓦窯堡采油廠 陜西 延安 717399)

油田注水井套的損壞對于正常的石油生產會造成很大的影響，從現在國內油田的使用情況看，注水井套的損毀問題正在趨于嚴重化，由于井套損害造成注水井故障或報廢的現象已經有很多了。這種問題會嚴重影響到油井開采的正常工作，影響石油產量，同時也增加了檢修和更換設備的成本。對此應積極研究注水井套損壞的原因，采取有效措施堅持以防為主的原則，將影響生產的不利因素扼殺在萌芽中。

一、注水井套管發生損壞的特點

注水井套管的損壞主要表現為變形、錯段和破漏這三種形式。一般在套管投入使用的4～5年的時間內開始出現損壞的問題，而破漏問題則占到套損問題發生率的六成以上，通常比較容易出現破損的位置是套管的上端水泥返高上部的未固井一段，其他如套管變形和錯段問題則是占到三成左右。一般發生在射孔井段和射孔周邊的夾層內。

二、注水井套損的原因分析

1.地質因素分析

(1)注水井周邊巖層施加的壓力造成套損

在油井鉆探前，當地的地層應力場是處于平衡狀態的。但是，油井鉆探使得井眼部位的平衡應力被釋放出來，這就導致當地的巖層出現了漏空的局面，失去了原來的盈利平衡點，這樣四周的巖層就必須重新調整應力結構，而鉆井口處所承受的應力則是大于從前。如果巖層應力向井眼處集中所施加的壓力達到巖層極限，那么就容易出現地層變形或斷裂的問題，而在注水井口處的這種巖層變形問題則要受到套管外部的水泥環的控制，當巖層壓力超過水泥環極限時，就會對注水井套造成破壞。

(2)泥巖吸水后的蠕變和膨脹造成的套損問題

在進行油田的注水井作業過程中，隨著注入井內的水量增加，一部分水會沿著巖層的縫隙深入到地層中，如果僅是少量水進入那么不會對巖層的構架和應力構成影響，但是隨著井眼使用時間的延長，大量的水份滲入到巖層內，巖石在吸收了水分之后內部結構會變得疏松，膠結力會逐漸弱化，巖石的蠕變效應會慢慢加快，這樣在巖井周邊的地層應力就失去了原來的平衡狀態。依據庫倫-摩爾公式：

其中：t—巖層的抗剪強度；

C=泥巖內聚力；

f=內切角；

d=正應力；

P=空隙壓力

我們可以分析出泥巖內聚力和內切角的降低，會造成巖層的抗剪強度大幅下降。而造成這一問題的原因就在于你巖層吸入了大量的水分。巖層發生蠕變，導致應力平衡狀態被打破，泥巖向著塑性化發展，將巖層壓力轉嫁到注水井套管上，造成了套管的變形、斷裂。

2.油層出砂對套管造成的破壞

注水油井在進行水驅油的操作過程中，周圍巖層的砂巖成分會吸收水分而膨脹變形，而水驅油產生的強大液壓會對巖層構成嚴重影響，從而導致周邊巖層結構的破壞，造成井眼附近地域出砂。通常油層中出現少量的出砂時形成的空洞僅是分布在射孔的鄰近區域，但是當出砂量比較大時油層的上端會形成空洞，形成一定的油層空間并且會隨著空洞增大而增大。倘若上部地層出現了塌陷，那么空洞就出現在上端底層上。因為油層的上覆地層的重力主要是由油層來承受，但是如果油層出砂量很大，對四周巖層結構造成很大破壞，那么在進行油層開采時其內部的壓力就會明顯的減小，此時上端地層的重力壓力超過油層和巖石的結構承載力時，會有很大一部分壓力施加到注水井套上，當壓力超越套管的承受極限時，套管就可能出現彎曲變形或斷裂等問題。

3.油井地區斷層的復活對注水井套的影響

在注水油田的開采過程中，有時會發生地殼下降或地震等地理現象，再加上注水過程中施加的強大壓力，這樣就會對原有的地層平衡結構造成很大的影響，造成巖體應力變化。這種問題會造成的嚴重影響，首先，巖層間的空隙壓力會不斷加大，改變巖層原有的應力布局；其次，在進行注水作業時，巖層吸收水分泥化，內部粘合力下降，很容易導致注水區域的斷層移位，接觸面的摩擦里減小，地層中各層面的粘合度下降，底層的抗剪能力弱化，這樣整個斷層就處于極不穩定的狀態之下，在重力作用下巖層出現位移，這給會給套管施加非常大的壓力，造成注水井套的損毀。

三、油田注水井套損壞的治理策略

1.提高油層套管的質量

在實際的生產中應根據實際情況選擇適合的套管質量標準，某些容易發生巖層變化的地區，使用普通的N 80/139.7/7.72是很難承受住強大的地理應力壓力的，所以對于新開發的油井其上下套管的鋼級標準應為P110、壁厚應為9.18mm。這樣通過提高鋼級和管壁的厚度，能夠提高套管的抗壓強度，提高使用壽命。

2.嚴格固井質量，提升水泥漿上返液面

固井質量的好壞直接影響到對套管的保護效果，所以應當選擇好水泥漿的調配比例，保證水泥漿在固化后能夠在油田注水井套周邊形成一圈嚴密的水泥保護環，嚴防進行注水操作時水分沿著膠結不嚴的部位流入巖層，造成巖體蠕變。另外因為很多的套管泄露部位都是在未固井的上端，因此在進行鉆井操作時，應該把水泥漿上返的高度調整到地面，同時降低水泥漿的上返速度，保證結合部位的牢固程度，減少套管受到擠壓、腐蝕的危險。

總結

綜上所述，油田注水井套損壞的原因是多方面的，在研究分析過程中需要綜合考慮各方面的因素，而井套的損壞治理策略也是一項綜合性技術，應該運用多種技術手段方能實現保護效果。在注水井的設計、施工和使用過程中，應該強化養護措施，對于出現破損問題應及時休整，這樣才能最大限度的降低油田注水井套損壞的幾率。

[1]石明岐，郝良柱，孫鳳茂.臨南油田油水井套損原因淺析及防治對策[J].內蒙古石油化工，2009(05).

[2]杜朋舉，趙國翠，賈紅兵.淺談注水井套損原因及預防措施[J].化學工程與裝備，2010(06).

[3]李向東.注水井套損原因及預防治理[J].今日科苑，2009(02).