稠油區塊套管損壞原因分析與治理措施探討

劉術奇 肖天峰 張龍 高昕

中國石化勝利油田分公司河口采油廠 山東 東營 257200

油氣田開發過程中，油層出砂因素是導致國內稠油區塊套管發生損壞的主要原因之一，給油田造成了巨額的經濟損失。油井出砂對套管損壞可能會引起以下一些問題：一是當油井產生大量砂礫時，它們可能會以高速撞擊套管內壁，導致套管表面的磨損和腐蝕，進而降低套管的強度和耐久性。二是大量的砂礫可能會堵塞套管間隙，限制油井內的流體流動，從而降低產能。

1 稠油出砂井套損情況統計

1.1 套管損壞類型

通過針對河口采油廠稠油井套管損壞的資料統計，發現稠油井套管損壞的主要類型包括套管縮徑、套管錯斷、套管彎曲、和套管破裂4種情況。其中，套管彎曲和套管破裂分別占據36.8%和28.0%的比例，占比較高。其套管縮徑和套管錯斷比例較低，分別占據14.6%和15.0%左右。

套管彎曲指的是套管在使用過程中受到外力作用而發生彎曲，可能是由于沉積層變形或金屬疲勞等原因導致套管的變形。套管縮徑是指套管在運營中由于溫度變化或內外壓力差異等因素引起內孔徑收縮。套管錯斷是指套管在使用過程中出現斷裂或斷開的情況，可能是由于操作不當、外部荷載或金屬撓曲等原因引起。套管破裂則是指套管產生裂紋或破裂，導致井筒泄漏或產能下降。

1.2 套損位置特點

套管損壞的位置特點主要取決于油井的特殊情況和操作條件。然而，一些常見的套管損壞位置特點可能包括以下幾點：

（1）出口段：套管在油井出口段可能會受到較大的壓力和流量沖刷，導致套管磨損、腐蝕或破裂。此外，河口采油廠可能在出口段設置一些裝置，如安全閥或射流泵，這些裝置的操作和維護也可能對套管造成損壞。

（2）彎曲段：在套管彎曲段，套管可能存在彎曲和撓曲的情況。如果套管的彎曲程度超過了設計或可接受的限制，就可能導致套管彎曲、變形、錯斷甚至破裂。彎曲段通常發生在油井的水平或傾斜段，因為這些段落中需要進行彎曲操作或安裝彎曲工具。

（3）裝飾段：套管裝飾段通常存在一些裝置或工具，用于增加油井的產能或改善井筒條件。這些裝置可能對套管造成額外的力或撓曲，從而導致套管損壞。同時，裝飾段的套管也可能受到流體沖刷和腐蝕的影響。

（4）井口段：套管井口段是與地面設備連接的部分，因此可能經常接觸到擠壓、拉扯或扭轉力。這里的套管可能會受到一些意外事件，如鉆桿脫落、管柱撞擊或操作錯誤等的影響，導致套管錯斷或破裂。

1.3 套損對油井生產的影響

套管損壞對油井生產會產生一定的影響。套管損壞可能導致油井的產能下降。例如，套管破裂或縮徑可能導致油井的注采比例異常或流體流動受阻，從而影響油井的產量。套管損壞可能導致油水混合。

套管損壞可能增加油井的安全風險。例如，套管破裂可能導致井筒泄漏或井口噴放，使得井口區域存在高壓或高溫的危險。套管損壞需要及時維修或更換，這將增加維修成本和停產時間。

2 油層出砂引起套管損壞的原因分析

2.1 出砂造成的水平運動對套管造成損壞

出砂造成的水平運動對套管可能造成損壞。當油井中的地層存在過多的砂粒或顆粒雜質時，隨著產出流體的流動，這些顆粒可能會被帶到井口附近。在這個過程中，沉積物可能會在套管和井筒之間形成摩擦，并產生水平運動。

2.2 增產措施實施期間造成套管損壞

在實施增產措施期間，可能會發生套管損壞的情況。增產措施的目的是提高油井的產量，但在實施過程中，以下因素可能導致套管損壞：

（1）過載：增產措施可能包括增加注水量、提高注采比、使用更強大的泵浦等。這些操作會增加井內液體壓力和流量，可能超過套管的承受力，導致套管承受載荷過大，出現損壞。

（2）油水沖擊：增產措施可能導致油水沖擊現象。例如，增加注水量或改變注采比會增加井口附近的水流，當水與油相互碰撞時，產生沖擊力。這種沖擊力可能對套管產生損壞或振動應力。

（3）沉積物堵塞：在實施增產措施的過程中，產量的增加可能帶來更多的井底流體，包括砂粒、顆粒物和化學物質。這些沉積物可能堵塞套管孔隙或縫隙，增加套管的阻力，進而導致套管的破裂或變形。

2.3 儲層出砂后地層膠結結構被破壞造成套管損壞

當儲層出砂后，地層膠結結構的破壞可能導致套管損壞。出砂是指儲層中的沙粒、顆粒物等固體顆粒從地層中流出到井筒中的現象，這可能發生在采油過程中或井下作業期間。儲層出砂后，以下幾個因素可能導致地層膠結結構的破壞，進而造成套管損壞：

（1）砂粒運動：出砂導致固體顆粒在井筒中流動，與套管表面發生摩擦。這種運動和摩擦力可能會磨損和磨穿套管壁，特別是在砂粒濃度較高的情況下。

（2）振動和沖刷：出砂過程中，固體顆粒與流體一起進入井筒，形成流固耦合的振動和沖刷現象。這種振動和沖刷力會對套管產生沖擊和應力，導致套管的破裂或變形。

（3）滲流和管柱塞砂：出砂后，固體顆粒可能會沉積在套管和地層之間形成砂塞。當注水或注采等操作進行時，壓力變化會引起管柱塞砂，此時沉積物的滲流可能會進一步破壞地層膠結結構，威脅套管的完整性。

3 油層出砂引起套管損壞的治理措施

3.1 采取合理的套管保護措施

油井設計優化可通過合理的井筒直徑和套管設計來減少砂粒進入井筒的機會。通過選擇適當的井筒直徑和套管尺寸，可以提供足夠的空間來容納儲層出砂時液體和固體顆粒的流動，減少摩擦和沖刷力對套管的影響。

油井維護方面，定期進行油井清洗和排砂是非常重要的。通過清洗井筒和排除積聚的砂粒，可以降低砂粒含量，減少對套管的摩擦和沖擊。

套管保護方面，采用耐磨、耐蝕的材料或涂層可以增強套管的抗磨損和抗腐蝕性能。選擇具有良好耐磨、耐腐蝕性質的材料，例如高強度合金鋼或特殊涂層，可以延長套管的使用壽命并減少因磨損和腐蝕而導致的損壞風險。

定期監測套管的磨損情況，及時維修或更換受損的部分也是至關重要的。通過定期檢查套管的磨損情況，可以及時采取維修措施，防止損害的擴大，確保套管的完整性。

出砂管理和套管保護是減少儲層出砂對套管損壞的關鍵措施。通過合理的設計、定期維護和監測維修，可以保證油井的安全運營并延長套管的使用壽命。

3.2 定期檢查和維護套管

在實施增產措施期間，可能會對套管造成損壞。要采取以下措施：

（1）強化監測和預警系統：實施增產措施期間，應建立強化的監測和預警系統，及時監測套管的受力情況和磨損程度。

（2）定期檢查和維護套管：在增產措施實施期間，定期進行套管的檢查和維護工作是非常重要的。通過定期檢查套管的磨損情況，及時發現并修復可能存在的損壞點，以保證套管的完整性。

3.4 優化生產參數減輕地層虧空對套管的損壞

為了減輕地層虧空對套管的損壞，可以采取以下措施：

（1）合理調整采油方案：根據地層虧空的情況，合理調整采油方案，控制吞吐周期的長短和頻率，以減少地層虧空的程度。

（2）優化注采配比：合理控制注入液體的量和注入口徑，以保持注采平衡，減少地層虧空的發生。

4 結論與認識

油層出砂對稠油區塊的套管造成了嚴重的損害，因此采取有效的治理措施至關重要。本文分析了套管損壞的類型、位置特點以及油層出砂、增產措施和地層虧空對套管損壞的影響機制。針對這些問題，提出了采取合理的套管保護措施、定期檢查和維護套管、加強油井套管監測和及時維修、優化生產參數減輕地層虧空等措施。通過綜合應用這些措施，可以減少套管損壞帶來的經濟損失，保證油田的穩定生產。