油井套損原因及治理研究

劉洋

摘要：通過對油田套損井的原因分析、后果評價以及治理方法的研究，總結了油田套損井的治理實施方案。

關鍵詞：套損井；治理

一、油井套損原因

1）外部因素

所謂外部因素就是指油氣井投產以后，由于油氣井增產措施、修井等造成套管損壞的原因。中國的大部分油氣井在投產之前都需要進行壓裂或酸化等增產措施，甚至在生產一段時間后進行壓裂、酸化，有些井還進行了重復壓裂改造，而且隨著工藝技術的不斷提高，改造規模也越來越大，這些改造措施在很大程度上會影響套管的使用壽命[1]。

（1）射孔作業。射孔作為壓裂、酸化改造之前的一項必不可少的工作，其不適當的工程設計或操作也會造成套管損壞，例如孔密太大降低套管強度，射孔導致套管外水泥環破裂，致使套管破裂，射孔深度過大或設計不精確，錯誤的將隔夾層泥巖射穿，導致泥巖水花膨脹，導致地應力發生變化，導致套管變形或錯斷[6]。

（2）壓裂酸化作業。近十幾年來，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，井口壓力可達到50～70MPa，油層部位套管壓力已達70～100MPa。常用的N-80套管抗內壓強度設計為64.6MPa，而J-55型套管強度僅為21.93～28.4MPa。這樣，套管接箍和絲扣部位以及固井質量差的井段很容易產生破裂。此外，油井酸化時由于排酸不及時造成套管腐蝕，有部分井因多次進行酸化施工，從而加快了套管的腐蝕速度，使套管穿孔、漏失。

（3）油井轉注及井下工具。當油井生產到后期，部分油井會轉為注水井，而原來的油井水泥返高僅在油層上部200m左右的位置，而正常的注水井水泥返高要求至井口，轉注井相對于正常的注水井水泥上返高度不夠，上部的套管沒有水泥環的保護，全部浸泡在上部的淺層水中。一方面管外腐蝕嚴重，另一方面轉注后上部套管承受注水壓力，與管外腐蝕相互促進，使套管損壞程度加劇。另外，井下工具對套管內壁的磕碰損傷也會加劇腐蝕，尤其是在井下有封隔器時，封隔器對套管內壁的損壞極其嚴重。首先，封隔器座封時強烈的應力膨脹對套管內壁會造成巨大的應力損壞；其次，由于封隔器的阻擋，污垢容易在封隔器附近聚集，形成垢下腐蝕，應力損壞協同垢下腐蝕，在應力的作用下封隔器附近的套損速度會大幅度上升。當封隔器失效解封時會對卡封位置造成嚴重的損壞，大量實踐證明封隔器解封時對套管的損壞極其嚴重。

2）內部因素

（1）管內腐蝕。管內腐蝕主要是指進入油套環空的流體對套管的腐蝕，主要發生在生產井中，因為原油或天然氣中含有一些硫、二氧化碳、氯離子和硫化氫等腐蝕性氣體，當這些氣體進入油套環空后與水混合在一起會對套管造成不同程度的腐蝕。注水井中也會含有一些腐蝕性物質，主要以細菌為主。但相對于生產井來說，注入井中的入井流體可以通過地面處理，最大限度的避免其對管柱的腐蝕[2]。

（2）管外腐蝕。管外腐蝕主要發生在水泥環破損或者油井上部沒有水泥環的地方，套管與地層水直接接觸，地層水中的二氧化碳、氯離子和硫化氫等腐蝕性氣體對套管造成一定的腐蝕，當有腐蝕產物或結垢存在，且含有O2、H2S、Cl-和CO2等任意一種介質時，均可以在垢下形成電偶電池腐蝕[8]。以氧腐蝕為例，由于腐蝕產物的表面容易吸附許多氧原子，而氧濃度差的作用促使金屬表面陰極去極化，加速金屬表面的腐蝕。

二、特征。

1）注水井套損。當注水井發生套損后，原來不吸水的層段也開始吸水，致使吸水層段增大，而在注入壓力不變的情況下，注水井的注入量會大幅度增大，而當注入量一定時，注入壓力會大幅度降低，所以相應到地面注水指示曲線上就會表現出指示曲線出現向右移動或向下移動的現象。2）生產井套損。生產井套損主要是通過油井產出流體的性質來判斷，相對于注水井來說，所表現出來的特征比較多。（1）油井含水率上升。套管損壞前后，產出液的含水率會大幅度上升，尤其是當上部套管損壞后，淺層水大量的倒灌到井底，致使井底壓力增大，生產壓差減小，甚至出現淺層水進入油層的現象，所以油井含水率大幅度上升，很大一部分套損井含水率會迅速達到100%。（2）礦化度下降。由于水層和油層中水的礦化度一定的差異，尤其是淺層水的礦化度遠遠低于油層水的礦化，所以當套管損壞之后，淺層水進入井筒，導致產出水的礦化度急劇下降。（3）動液面上升。當套損發生后，原來不產液的地層開始產液，尤其是當油井上部的套管發生破損后，原來積聚在套管外的淺層水會在很短的時間內進入井筒，由于泵的排量一定，所以會導致油井動液面大幅度上升。（4）水型變化。因為不同層位的水中所含礦物離子的類型不同，當套損發生以后，不同層位的水混合在一起，致使產出水中的礦物離子成分發生改變，致使產出水的水型發生改變。

三、危害

套管作為油、氣及作業流體流過的通道，在油氣井生產過程中起著至關重要的作用，無論是采出的油氣，還是作業流體，只要其經過套管，就會對套管造成一定的損害，尤其是入井流體對套管的損害非常嚴重，除了流體本身對套管的損壞外，還有注入流體時的壓力會對套管產生應力損壞。尤其是當油氣井開發一段時間，甚至到油氣井生產的后期，套損現象會成為影響油氣井生產的關鍵因素。例如，近幾年，塔河油田陸續出現套管彎曲、縮徑變形、錯斷、刺漏等現象，嚴重影響油氣井的正常生產，部分井甚至報廢。

四、治理方法

1）TBS篩管、割縫篩管修復技術。該技術采用全井段防砂方法，將封隔器、篩管等井下配套工具組成防砂管柱，一次性下入井中，形成一個井下防砂管柱結構系統。其原理是通過控制篩網網徑和割縫縫寬來控制允許進入井筒砂粒粒徑，達到防砂的目的。2）內襯套管固井修復技術。內襯套管固井修復技術是在修整上部套變部位后，下入N80φ127mm套管，懸掛在套變部位以上60m左右，進行水泥固井，固井后射開下層系雙層套管投產。這樣既解決了高部位套變問題，又提高了套管強度，延長油井壽命，效果較好。3）套管內側鉆工藝。即在老井套管損壞部位以上的某一位置開窗，再配套鉆具組合通過窗口鉆出一個新的井眼，鉆達預定的目的層，然后下尾管固井的工藝過程。目前國內的套管段銑開窗技術、液壓造斜器復合銑錐開窗技術、彎螺桿鉆具造斜技術、有線隨鉆及電子多點測斜技術、小井眼軌跡控制技術、完井電測技術以及尾管固井技術等側鉆井技術已成熟配套[3]。4）套管整形工藝。根據套管縮徑變形的復雜程度，有機械整形和爆炸整形兩種修套工藝。套管發生輕微縮徑變形時，采用機械整形工藝修復；套管發生嚴重變形，一般形量超過套管內徑的12%時，采用爆炸整形工藝修復。機械整形。利用機械整形器對變形套管進行整形，由于受鉆具重量及配套設備的約束常用于一些變形量不大的套管整形，如套管毛刺、輕微縮徑變形。爆炸整形。利用火藥燃爆瞬間產生的巨大能量，通過介質傳遞，將化學能轉變為機械能來克服套管的變形應力和巖層的擠壓應用，使套管向外擴張膨脹，地應力在局部范圍內被迫重新分布，達到修套的目的。爆炸整形作用力大，能對通徑恢復到能用常規通井規能順利通過。5）小位移出套固井修復技術。該技術是針對油層段套壞的油井，在原套管無法有效修復的情況下，從油層上部出套小位移鉆眼，下入尾管固井，射孔生產的一種方式。實施時鉆眼深度在50m以內，由于開窗位置在油層頂部，鉆遇地層主要為油層，對固井要求不高，甚至可對挖潛厚層油藏實施TBS篩管或割縫篩管完井，不固井，實施費用遠低于側鉆井。

參考文獻：

[1]王齊祿，陳曉宇，王尤富，王翔，孫超.閔橋油田油水井套損原因分析及治理對策[J].遼寧化工.2016（7）：968-971.