油水井套管的損壞機(jī)理和防治對(duì)策探微

田志剛

摘要：由于長(zhǎng)時(shí)間的注水開(kāi)發(fā)以及頻繁的作業(yè)導(dǎo)致各油田套管的損壞十分嚴(yán)重，需要相關(guān)部門加強(qiáng)重視。基于此，本文首先針對(duì)油水井套管的損壞機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的探究，其次分析了套管的修復(fù)工藝；最后重點(diǎn)說(shuō)明了油水井套管損壞預(yù)防對(duì)策，以期為相關(guān)工作人員提供一定的資料參考。

關(guān)鍵詞：油水井；套管；損壞機(jī)理；防治對(duì)策

引言

我國(guó)大部分的油田已經(jīng)進(jìn)入到了注水開(kāi)發(fā)的階段，由于現(xiàn)階段生產(chǎn)作業(yè)頻繁，生產(chǎn)周期不斷增加，以及注水、底層下沉引起的應(yīng)力變化，導(dǎo)致油水井套管損壞變形的情況越來(lái)越多。套管損壞不僅僅會(huì)影響油田的產(chǎn)量和開(kāi)采效率，還會(huì)增加井下施工的風(fēng)險(xiǎn)、難度。因此，需要對(duì)套管損壞機(jī)理進(jìn)行細(xì)致的分析，使用有針對(duì)性的方法進(jìn)行防治。

1套管損壞機(jī)理研究

導(dǎo)致套管損壞的主要原因有三個(gè)，分別是地質(zhì)因素、工程因素以及腐蝕因素。

1.1地質(zhì)因素

1.1.1泥巖膨脹和蠕變，鹽巖蠕變

巖石具有應(yīng)力松弛以及蠕變的特性，不同的巖石種類具有不同的蠕變特性和蠕變程度，在自然的地質(zhì)條件下，巖石也會(huì)發(fā)生概率蠕變。泥土中的黏土礦物，尤其是蒙脫石、伊利石、高嶺石，這些巖石一旦遇水就會(huì)膨脹并且發(fā)生蠕動(dòng)，而套管會(huì)組織這種蠕變和膨脹，套管因此受到剪切應(yīng)力。隨著時(shí)間的推移，套管外部負(fù)荷越來(lái)越大，當(dāng)外部的負(fù)荷大于套管的抵抗強(qiáng)度時(shí)，套管就會(huì)被急變甚至錯(cuò)段。

1.1.2圍巖壓力

鉆井完成后，在井眼的周圍巖石中會(huì)出現(xiàn)臨空面，過(guò)去的平衡狀態(tài)會(huì)受到破壞，當(dāng)應(yīng)力集中的地方應(yīng)力達(dá)到圍巖的屈服極限后，就會(huì)產(chǎn)生塑形變形，而這種變形會(huì)受到套管以及套管外水泥殼的限制。與此同時(shí)，套管也受到圍巖的反作用而產(chǎn)生套管變形的損壞。

1.1.3斷層活動(dòng)

在油田中，各地區(qū)地殼沉降速度不盡相同，在地層沉降速度高的地區(qū)，油層本身所處的構(gòu)造位置會(huì)促使斷層活動(dòng)加劇，從而對(duì)套管造成嚴(yán)重?fù)p害。特別是地層被注入水浸蝕后，斷層活動(dòng)對(duì)套管的破壞作用更加嚴(yán)重。

1.2工程因素

1.2.1注入水侵入泥頁(yè)巖

在注入水壓力較高的情況下，注入水可能會(huì)從泥頁(yè)巖的原生微裂縫和紋理浸入，還可能會(huì)沿泥砂巖界面處浸入，形成一定范圍的浸水域，導(dǎo)致巖體膨脹、變形、滑移，最終導(dǎo)致套管損壞。

1.2.2固井質(zhì)量

固井質(zhì)量存在的問(wèn)題首先是套管外水泥返高不夠，我國(guó)各油田多數(shù)井固井時(shí)水泥漿返不到地面，卸下頂聯(lián)接后，套管下沉而變形；其次是封固段質(zhì)量差，引起注入水竄入泥巖層，使得泥巖膨脹，擠壓套管導(dǎo)致套損。

1.2.3完井質(zhì)量

完井的方式對(duì)套管也有很大的影響，尤其是射孔完井法。如果選擇的射孔工藝不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致管外的水泥環(huán)破裂，甚至導(dǎo)致套管破裂；射孔時(shí)如果深度過(guò)大或者出現(xiàn)誤射，會(huì)導(dǎo)致套管損壞；射孔的密度選擇不當(dāng)，也會(huì)影響套管的強(qiáng)度，進(jìn)而損壞套管。

1.3腐蝕因素

套管腐蝕是指原油天然氣中含有的S、CO2、H2S及地層水中和注入水中含有的各種腐蝕性物質(zhì)與套管中鐵或亞鐵離子發(fā)生反應(yīng)而腐蝕管體。套管腐蝕的條件包括一定的溫度、壓力、亞鐵離子的濃度及地層水中存在的還原菌等，大多與硫酸還原菌的作用有關(guān)。大多數(shù)套管腐蝕的套管處在高礦化度溶液和低的pH值下。腐蝕對(duì)套損的影響對(duì)套管而言，其損壞形式主要有以下兩種：第一，腐蝕造成上部套管破損。從力學(xué)原則上來(lái)說(shuō)，由于外力造成的套管破損不會(huì)表現(xiàn)為套管破漏，而腐蝕的結(jié)果是使套管破漏；第二，腐蝕削弱套管壁厚，逐漸降低套管的強(qiáng)度，最終造成套損。在腐蝕的作用下，套管壁整體或局部逐漸變薄，套管強(qiáng)度隨之降低，在外力作用下更容易發(fā)生損壞。

2修復(fù)工藝技術(shù)應(yīng)用

2.1套損井找漏驗(yàn)套工藝

目前，主要應(yīng)用以下幾種方法查套找漏：聲波成相測(cè)井找漏、井溫測(cè)井法找漏以及封隔器找漏，與此同時(shí)，針對(duì)套管變形通常情況下借助于鉛模打印來(lái)檢驗(yàn)。

2.2套損修復(fù)工藝

套損包括套管變形和套管破損漏失兩種，在前期的修復(fù)措施主要有以下幾種：水泥漿封堵工藝，其又包括特殊管柱封堵工藝、封堵工藝、大劑量水泥灰漿封堵工藝、化學(xué)藥劑封堵工藝、超細(xì)水泥灰漿工藝以及普通水泥灰漿封堵工藝等；套管整形技術(shù)，通常情況下借助于變徑整形器以及下入梨形銑錐進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)械修復(fù)就可以輕松應(yīng)對(duì)套管的輕微變形，如果油水井套管損壞的特別嚴(yán)重，且處于斜井段時(shí)，必須使用爆炸整形工藝技術(shù)。

3套損井防治建議

3.1選擇質(zhì)好質(zhì)優(yōu)的套管

油田在選擇各類型號(hào)的套管時(shí)首先應(yīng)根據(jù)油田所處的地理位置、地層以下的巖石、水層分布選擇合適的管材以及合理的壓裂設(shè)計(jì)方案；其次根據(jù)油田開(kāi)采過(guò)程中井身結(jié)構(gòu)、管材結(jié)構(gòu)、水泥返高、地層異變壓力等進(jìn)行綜合分析，對(duì)整個(gè)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面調(diào)整，預(yù)防由這些因素導(dǎo)致套管斷裂、變形。對(duì)特殊地層結(jié)構(gòu)要重點(diǎn)考慮，選擇高強(qiáng)度套管、如：P110鋼級(jí)套管。

3.2適當(dāng)降低注水壓力

套管在外部受到底層應(yīng)力、內(nèi)部受到注水壓力的共同影響，為了保護(hù)套管，注水壓力不得高于底層給予管材的壓力。為了防止底層受到污染，需要定期清洗高壓注水開(kāi)發(fā)井，防止堵塞。

3.3確保固井質(zhì)量，優(yōu)化射孔方案

設(shè)計(jì)套管管柱時(shí)，充分考慮采油、注水、地應(yīng)力變化等動(dòng)態(tài)因素，結(jié)合地層特性、開(kāi)采方案和出砂規(guī)律進(jìn)行套管受力分析，按照套管實(shí)際變形規(guī)律與可能的破壞方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；在固井時(shí)，選用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)水泥固井，優(yōu)選添加劑類型，改善水泥凝固質(zhì)量，設(shè)計(jì)合理的注水泥參數(shù)，采用可靠的注水泥設(shè)備及工藝，同時(shí)對(duì)固井質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢查，保證高質(zhì)量固井；在射孔時(shí)，射孔孔眼的微裂紋疲勞擴(kuò)展及疲勞腐蝕都會(huì)造成套管早期破裂，因此，在套管設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮射孔影響，進(jìn)一步優(yōu)化射孔參數(shù)、如槍、彈類型、孔眼密度、分布等。

3.4加強(qiáng)深部取套技術(shù)，套管補(bǔ)貼技術(shù)的應(yīng)用

對(duì)于井下出現(xiàn)套管局部腐蝕、穿孔、茲扣漏失等事故可以采用波紋管補(bǔ)貼技術(shù)。重點(diǎn)在于將低碳鋼波紋管放置到套管穿孔、漏失部位，通過(guò)使用粘合劑把孔洞封堵，在局部區(qū)域形成一段密封層，再進(jìn)行補(bǔ)貼。深部取套技術(shù)能夠有效解決錯(cuò)段和破裂等事故，同時(shí)對(duì)套管進(jìn)行系統(tǒng)、全面修復(fù)。

3.5建立套損井治理經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析系統(tǒng)

根據(jù)油田開(kāi)采年限、套管使用年限、修復(fù)次數(shù)、經(jīng)濟(jì)開(kāi)采時(shí)間以及油田剩余儲(chǔ)量進(jìn)行全面評(píng)估，建立完善的制度和修井方案，對(duì)套管以及相應(yīng)的部件進(jìn)行維修，從而使油田能夠科學(xué)的向前發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最大化。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)油水井套管損壞機(jī)理以及預(yù)防措施進(jìn)行深入研究，明確了油水井套管損壞預(yù)防工作的重點(diǎn)，從而有針對(duì)性地建立健全套管修繕機(jī)制，加強(qiáng)相關(guān)業(yè)務(wù)人員的綜合素質(zhì)，提高技術(shù)水平，定期對(duì)套管及其相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)、全面且系統(tǒng)的檢查，執(zhí)行切實(shí)有效的實(shí)施防治措施，從而保證油田走向可持續(xù)發(fā)展道路，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)、健康地向前發(fā)展。

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