南三區油水井套損原因分析及預防措施

陳哲超

摘要：分析了油水井套損原因和套管損壞類型，即地質條件、地層出砂、各類大型措施增多、井深質量以及注水開發導致的腐蝕、結垢等諸多因素，使得油水井套管技術狀況變差，造成套管損壞。按著“預防為主防修結合”的方針，研究套管損壞的機理和套損井修復技術，并制定配套的防護措施，增強大修作業修復能力，可減緩套管損壞速度，延長了油水井的使用壽命，提高油田后期開發的經濟效益。

關鍵詞：套損原因;損壞類型;預防措施

1.套損原因

造成油、水井套管損壞的因素是多方面的，概括性地分為地質因素和工程因素兩大類。

1.1地質因素

地層（油層）的非均質性、油層傾角、巖石性質、地層斷層活動、地下地震活動、地殼運動、地層腐蝕等情況是導致油水井套管技術狀況變差的客觀存在條件，這些內在因素一經引發，產生的應力變化是巨大的、不可抗拒的，將使油、水井套管受到損害，甚至導致成片套管損壞，嚴重地干擾開發方案的實施，影響油田的穩產。

1.2工程因素

地質因素是客觀存在的因素，往往在其它因素引發下成為套損的主導因素。采油工程中的注水，地層改造中的壓裂、酸化，鉆井過程中的套管本身材質、固井質量，固井過程中的套管串拉伸、壓縮等因素，是引發誘導地質因素產生破壞性地應力的主要原因。套管材質、固井質量、完井質量、井位部署、開發單元內外地層壓力大幅度下降、注入水浸入泥頁巖、注水不平穩和注水井日常管理等問題。

2.套管損壞類型

2.1徑向凹陷變形

由于套管本身局部位置質量差，強度不夠，固井質量差及在長期注采壓差作用下，套管局部處產生縮徑，使套管在橫截面上呈內凹橢圓形，據資料統計，一般長短軸差在14mm以上，當此值大于20mm以上時，套管可能發生破裂。

2.2多點變形

由于套管受水平地應力作用，在長期注采不平衡條件下，地層滑移迫使套管受多向水平力剪切，致使套管徑向內凹形多點變形。多點變形井是一種極其復雜的套損井況。

2.3嚴重彎曲變形

由于泥巖、頁巖在長期水浸作用下，巖體發生膨脹，產生巨大地應力變化，巖層相對滑移剪切套管，使套管按水平地應力方向彎曲，并在徑向上出現嚴重變異。嚴重彎曲變形的套管，內徑已不規則，多呈基本橢圓變形，長短軸差不太大，但兩點或三點變形間距小，近距點一般3m以內，若兩點距離過小則形成硬性急彎。這是較多見的復雜套損井況，也是較難修復的高難井況。

2.4套管錯斷（非坍塌型）

泥巖、頁巖經長期水浸膨脹而發生巖體滑移，導致套管被剪斷，發生橫向（水平）錯位。由于套管在固井時受拉伸載荷及鋼材自身收縮力作用，在套管產生橫向錯斷后，便向上、向下即各自軸向方面收縮，錯斷及位移情況。套管錯斷是修井工作中最多見的套損類型。

2.5坍塌形套管錯斷

主要是套管錯斷處部位地層坍塌，可分為兩種：套管下錯斷口固定，不活動，不位移，雖然地層坍塌把下斷口埋上，斷口丟失，但是修復起來成功率還很高的。套管下錯斷口不固定，可活動，斷口發生偏移，再加上地層坍塌，把下錯斷口埋上，造成套管通道丟失，大修時很難修復。這兩種前者容易修復，后者不易修復。套管坍塌型錯斷是目前極難采取修復或報廢處理的復雜套損類型。

3.套管修復及加固

3.1磨（套）銑施工

套磨銑鉆柱組合，磨銑套管時，現場常用的鉆柱組合如下（自上而下），方鉆桿+鉆桿+鉆鋌（扶正器4個以上）+磨銑工具。磨銑工具選擇：根據套管變形、錯斷程度選擇的磨銑工具：組合銑、錐形銑、柱形、平底銑、凹底、領眼磨鞋、引鞋工具鉆桿筆尖等。

3.2磨銑施工時應注意的問題

對磨屑進行辯認，如發現磨屑細末狀，可能是排量過小，磨屑重復研磨所致，可加大排量。如排量不可能增大，考慮增加攜砂液的攜帶能力，如確認排量與攜砂液性能沒有問題，則可能是磨鞋過度磨損，需要更換。使用錐形、柱形、套銑和裙邊磨鞋時，由于工具接觸部分受力面積小，不能采用較高鉆壓，以免造成工具損壞。一般應選用較高的磨銑轉速（100r/min左右），低鉆壓，這樣鉆桿扣不宜過緊。具體操作時應根據鉆壓、鉆具、設備和工具等因素而定。鉆具出現憋跳時，一般通過降低轉速，減小鉆壓即可消除。如出現周期性突變，應上提鉆具加大排量，輕壓快轉直到消除為止。磨銑時要注意保護套管，應事先在磨鞋上加接一定長度的鉆鋌，或在鉆桿上加裝扶正器。磨銑時不能與震擊器配合使用，因為配合后不能施行頓鉆和沖頓落物碎塊。

3.3膨脹管補貼技術

針對套管變形處，錯斷口進行磨銑整形后，經井徑檢測結果，磨銑過的變點、錯斷口內徑大于套管內徑符合要求，就可以實施套管補貼合格，下入完井管柱。

4.套損預防措施

4.1預防治理泥巖層套管變形

（1）維持合理的注采壓差，防止注入水竄入軟弱夾層。由于油層中流體被開采出來，一段時間（或很長時間）不注水補充能量，巖石的彈性應變力大量釋放而形成一個低的應力異常區，周圍高壓應力區推動巖體向低壓區運動，造成大量套管損壞。相反，注水強度大，注水量過多，則可形成高應力異常區，也會推著巖體向低應力區運動，使套管成片損壞。因此，油田開發都應適時、適量、低于破裂壓力注水，保持適當孔隙壓力，并使油田內部各區塊孔隙壓力保持基本平衡，以避免套管損壞。

（2）加強注入水質配比研究，控制注入壓力過高。定期對高壓注水井采取洗井，防膨及解堵措施，防止各種因素造成地層污染。避免注水壓力過高。同時加強注水方案精細研究，對已污染地層采取低傷害酸預處理后再投注。

（3）提高固井質量保證層間互不相竄。采取有效措施提高固井質量，防止注入水沿水泥交接不好層帶竄入泥巖層。如下套管扶正器使套管居中。調整好水泥漿性能，控制水泥漿上返高度和速度等。使第一、二界面結合牢固。

4.2防止油層出砂

油井出砂，水井吐砂，一方面影響油水井生產;另一方面在出砂層位形成空洞，空洞位置的套管失去支撐，當覆蓋層發生坍塌，其坍落的巖石塊撞擊套管，很容易造成套管損壞，因而在開采過程中應防止地層出砂。

4.3射孔

在射孔時一定要考慮夾層的影響，嚴格控制射孔層段，把好射孔質量關。射孔時產生的高壓可導致套管破裂甚至變形。大慶油田開發20年后，對226口套損井進行研究，其中射孔井段套損井占23.5%。因此，對不同的地層及套管要選擇不同的射孔槍及射孔彈，以達到有的放矢，減少不必要的套損誘發因素。

4.4防止套管腐蝕，漏失

（1）提高注水質量，減少腐蝕傷害。隨著油田持續開發，因腐蝕所導致的油水井套管損壞問題也日趨嚴重，注入水質的質量，也是造成水井套管腐蝕的因素，所以要嚴格檢驗水質是防止套管腐蝕的重要環節。通過對油田注入水常規離子化驗資料及水質指標檢測結果進行分析發現，通常情況下，油套環空長期處于封閉狀態，因此起腐蝕作用的主要因素是SRB菌及H2S氣體。要有針對性的做好抑制細菌繁殖的工作，才能減少套管的腐蝕。

（2）鉆井完鉆時，提高水泥漿上返液面。針對套管漏失主要發生在套管未固井井段上部的現象，完井時可考慮提高水泥環上返高度至地面，并采取措施保證固井質量，達到水泥漿硬化后在套管周圍形成一圈致密連續的水泥環。

4.5提高套管抗擠強度

（1）完井采用高級鋼、大壁厚套管。普通N80/139.7難以承受不均勻地應力的擠壓，目前應采用泥頁巖蠕變形成不均勻“等效外擠應力”作為套管最大抗擠強度。建議在油層段局部采用鋼級P110，壁厚10.54mm的套管。

（2）在易發生套管損壞巖層段下雙層組合套管。泥頁巖在見水時易產生蠕變，在井壁周圍產生不均勻地應力的擠壓套管。這時可采用雙層組合套管，并在環空加注水泥，其強度比原兩根套管的強度還要高出25%-70%。

5.結論與認識

油水井套管損壞是多種原因共同作用的結果，按照“預防為主防治結合”的方針，研究套管損壞的原因，制定有效的防治措施，防止或減少油水井套管損壞，從而延長油水井使用壽命，達到改善和提高油田開發的效果。

參考文獻：

[1]陳濤平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工業出版社，2004

[2]劉東升等，油氣井套損防治新技術[M].北京：石油工業出版社，2008