油水井套管的损坏机理和防治对策研究

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油水井套管的损坏机理和防治对策研究宋时权黎亮。李晶晶，洋洋，,于(. 1长江大学石油工程学院，湖北荆州 4 42;.国石化江汉油田钻井公司， 3032中湖北潜江 4 32) 3 1 1

摘要：随着油田开发时间的不断延长，发方案的不断调整，开由于不同的地质，程和管理条件，工 油水井套管技术状况逐渐变差，甚至损坏，油田不能正常生产，使影响了油田的稳产。别是现在越来越特多的采油措施不断应用于生产，:如酸化、裂、压高压注水等，虽然取得了一定的成效，同时也使套管工但作环境恶化，使套管受到的损坏不断增加。因此对套管损坏机理开展研究，并在此基础上搜集不同开发方式的套管损坏预防措施和防治办法，油田的生产有实践意义。对

本文通过大量的文献调研，套管的损坏原因入手，整体上全面地、从从系统地进一步认识套管损坏机理并在此基础上找到相应的预防措施和治理办法。 关键词：管损坏；应力；水压力；裂压力；防措施套地注破预

随着油田开采到中后期，套管损坏问题愈来愈突出，套管损坏已成为困扰原油开采的一大难题。油水井套管的大量损坏，大削弱了油田稳产的基础。大 根据国内外的资料统计，目前井下套管的损坏类型大致可分为变形、错断、破坏和腐蚀穿孔等。造成套管损坏的原因很多，本上分为三大因素：质构造基地应力因素、工程技术因素和腐蚀因素，在这三大因素中地质构造应力产生的套管损坏是主要因素。 因此，正确了解有关套管损坏的因素和机理，得出适用于生产实际的套管损坏的预防措施，有较具强的理论和实际意义，时是对当前我国油气藏的同开发和进一步开采具有重大的经济意义。 1套管损坏的类型及其特点套管损坏的类型一般来说主要有两种：套管变形和套管漏失。其中套管变形又可分为套管弯曲和套管缩径。管漏失则分为套管破裂、断、孔、套错穿套窜。通过大量的文献显示：管损坏一般在射孔井段套内和在水泥返高到生产井段之间较为集中。

大部分油水井都处在断层附近或地层倾角大的区块，些这地方容易移动，套管受到不均匀载荷，成套管损使造坏，因此套管损坏在这些地方机率较大[。 1] 2管损坏机理的研究套管损坏主要是由地质因素、程因素及腐蚀工因素等三大因素造成的。2 1套管损坏的地质因素 .

①泥岩膨胀和蠕变，盐岩蠕变[‘] 岩石有蠕变和应力松弛的特征，石种类不同，岩 其蠕变种类也不同，相应的蠕变程度也不同，即使在自然地质条件下，岩石也会发生蠕变。泥岩中的粘土矿物尤其是蒙脱石、利石、岭石，们遇水会膨伊高它胀并发生蠕动，由于套管阻止了这种蠕变和膨胀，对套管产生剪切应力。这就使套管外部负荷增加，随着时间的推移，负荷会增大，该当套管的抗压强度低于该外部的负荷时，套管就会被挤压、挤扁甚至错断。 ②围岩压力钻后，眼周围的岩石中出现了临空面，来的井原平衡状态遭到了破坏。当应力集中处的应力达到围岩的屈服极限，就有塑性变形发生，这种变形受到套管和套管外水泥壳的限制，同时套管也受到围岩的反作用而产生套管变形损坏。 , ③断层活动、现代地壳运动、地震和滑坡断层的存在，成断层区间压力的不平衡，造使岩层之间发生水窜，在泥膏盐层与断层共存的情况下， 将使套管的受力不稳定，导致套管变形损坏。 断层的活动是由很多方面的因素引起的，沿断层层面地层移动造成油层套管大量损坏。 2 2套管损坏的工程因素 .①注水注入水引起套管变形。油层注水后，油层孔隙压力普遍提高，水使地应力集中于几井壁上，起套注引管变形，种情况变形一般呈椭圆形。水压力减小此注了岩石的抗剪切强度，增加了注采压差，使岩石受剪切而破裂。破裂地层在注采压差推动下，注水井向从

地质因素是造成套管损坏的主要原因，包括它

构造应力、层间滑动、泥岩膨胀、盐岩层蠕动、油层出 砂、地面下沉及油层压实等。收稿日期：0 8 1 2 2 0—0—1

作者简介：时权 (9 5 )男，北成宁人，0 6年毕业于长江大学石油工程专业，为在读研究生。宋 1 8~,

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采油井方向滑动，于滑动地层中的套管被推挤变处

件和井况，择不同的水泥添加剂，选以确定凝固时间

形，这类变形为弯曲变形。注水压力减小岩石的摩擦角，使倾斜的地层易滑动，致使套管发生变形。②固井质量

和提高水泥环的强度。于易腐蚀的区块，对固井时将油层套管外的水泥返高尽量设计的高一些，延缓可气体对套管的腐蚀，防套漏，止外部水源侵人，预阻特殊条件下返高至井口。 应用套管黏砂技术，高第 1界面的胶结强度提具体做法是在油层段的套管外壁用抗高温高压的黏

固井质量存在的问题首先是套管外水泥返高不

够，国各油田多数井固井时水泥浆返不到地而，我卸下顶联接后，套管下沉而变形。其次是封固段质量差，引起注入水窜入泥岩层.使得泥岩膨胀.压套挤管导致套损。③采油工艺措施

合剂黏上一层陶粒砂，增加套管表面的粗糙度，以用提高第 1界面的胶结强度。 ③射孔过程中的套管保护技术

油田开发过程中的增产增注措施不当可造成套管损坏。水井在注水及压裂作业时，水压差作用注注在套管内壁上，喷时，喷压差又作用在套管外壁放放

上，如此反复使套管变形破裂。 2 3套管损坏的腐蚀因素 .套管腐蚀是指原油天然气中含有的硫、 O、 C。 H S及地层水中和注入水中含有的各种腐蚀性物质与套管中铁或亚铁离子发生反应而腐蚀管体。套管腐蚀的条件包括一定的温度、压力、亚铁离子的浓度及地层水中存在的还原菌等，多与硫酸还原菌的大

开展射孔参数与套损井产能适应性研究，减少射孔对套管的影响。双复射孔器是集射孔和高能气体压裂于一体的新式射孔工艺，技术可以提高射该孔弹的穿深，提高一次成功率，避免重复射孔。水力喷射射孔集射孔和解堵于一体，该技术不仅射孔孔径大、穿透深，且对套管有保护作用。而 ④井下套管状况监测技术研究井下状况监测是处理井下各种事故的前提和依据。目前油田已拥有多种井下套管技术状况检测仪

作用有关。大

多数套管腐蚀的套管处在高矿化度溶液和低的 p值下。 H 腐蚀对套损的影响对套管而言 .损坏形式主其要有以下两种： ①腐蚀造成上部套管破漏。从力学原理上讲 . 因外力造成的套损不会表现为套管破漏 .腐蚀的而最终结果则使套管破漏。 ②腐蚀削弱套管壁厚，低套管强度造成套降损。腐蚀作用下套管壁整体或局部逐渐变薄，在套管

器。主要包括超声波井下电视仪、磁记忆检测技术、 机械井径测井仪和垂直测井仪等。⑤油水井套管防腐技术研究

第一种：水井中应用杀茵剂和缓蚀剂等化学油防腐技术，用缓蚀剂有重铬酸盐、酸盐、机胺常磷有类等，加缓蚀剂是既有效又经济的控制腐蚀的手段。 第二种：阴极保护技术，以减缓套管因电化学作取可用造成腐蚀破坏，方法是在套管上施加外加电流，使套管外壁的全部阳极区变为阴极区，腐蚀电流变使为零或负值，从而使套管免遭破坏，实质是将腐蚀其转移到阳极上[。引

强度随之降低，外力作用下更容易发生损坏。在

3油水井套管损坏预防措施研究①钻井过程中的套管保护技术合理选用套管材质一是要增加套管设计强度， 提高其抗挤毁能力，套管设计时，在在容易引起套损的井段，射孔段、岩层段、层附近等处上、如泥断下 5 m以内，选用高强度的 P1O厚壁套管；是选 0应 1二择优质套管，高防腐能力，般采用含碳的碳一锰提一铜系列低合金的热轧无缝钢管或高频直缝焊管，一

4对损坏的井采用不同的修套和综合措施进行治理

首先对套管损坏井的损坏情况进行分析归类， 不同类型的套管损坏井的修复对策如下表针对不同类型的套管损坏井的修复对策

或含铬铁素不锈钢管。应用套管接箍保护环减轻地

层对台肩面的正压力。应用套管上扣扭矩监控技术主要是保证上扣质量。 ②固井过程中的套管保护技术套管扶正技术施工中，增加套管扶正器的使用数量， 2根套管加 1双弓扶正器，每个油层段每根加 1 个刚性扶正器，持套管居中。保 应用优质水泥浆体系并优选水泥添加剂应用低密度、性等优质水泥浆体系，根据不同的地质条塑

并

4 1套管整形工艺 .

根据套管缩径变形的复杂程度，机械整形和有

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爆炸整形 2种修套工艺。管发生轻微缩径变形时，套 采用机械整形工艺修复；管发生严重变形，套一般变形量超过内径的 1采用爆炸整形工艺修复。 2( )机械整形 1

套管与原套管的环空，待水泥浆固结后，钻掉多余水泥塞，套管内重新形成一个坚固的通道。用于套使适管开窗井、井加深井、井段套损井 L。老长 2]5认识和结论

利用机械整形器对变形套管进行整形，由于受钻具重量及配套设备的约束常用于一些变形量不大的套管整形，如套管毛刺、微缩径变形。主要工具轻有梨形整形器、子整形器、锥等，一种常规的辊铣是套管整形手段。( )爆炸整形 2

通过大量的文献收集和分析研究，我深刻地使认识了套管损坏的机理和防治对策。( )套管损坏主要是由地质因素、程因素及 1工

腐蚀因素等三大因素造成的。地质因素又包括泥岩膨胀和蠕变，岩蠕变、盐围岩压力、层活动、断现代地壳运动、震和滑坡、面下沉及油层压实、层出地地地砂等。工程因素包括高压注水、固井质量、眼不规井则和射孔作业不当、采油工艺措施对套管强度等。 ( )在研究套管损坏机理的基础上做好套管损 2

利用火药燃爆瞬间产生的巨大能量，通过介质传递，化学能转变为机械能来克服套管的变形应将力和岩层的挤压应力，套管向外扩张膨胀，应力使地

在局部范围内被迫重新分布，达到修套的目的。爆炸整形作用力大，能对变形后井径不小于 7 m的套 Om管进行整形，其通径恢复到能用常规通规顺利通使过。 4 2套管加固技术 .

坏的预防工作是很有必要的，只有坚持以预防为主、 防治结合的方式才能更好地进行油田开发。 ()套管损坏的修复技术目前虽有很多，还 3但需要加强对这方面的研究，以适应不同的复杂套管。[考文献]参 []林凯，龙等 .我国油田套损防治现状及发

展 1杨方向 .石油机械，0 4 ( 2 . 2 0,3 )E l刘杰 .辽河油田油水井套管损坏机理及修复 z措施，探矿工程岩土钻掘工程， 0 5 ( ) 20,2.

该项技术包括双端密封加固技术和单端悬挂坐封加固技术 2种。 ( )双端密封支撑体加固技术 1即在小套管 (对原井套管 )相的两端加装密封支撑体，过液压方式挤胀密封支撑体使其将小套管通

密封固定在原井套管破损部位以达到修复套管的目 的。适用于各种因素引起的套管变形、破裂、断等错套损井，以恢复其通道，且在变形段起着加固密封作用。

[]周鹰， 3张新委，洪安，文凤 .油水井套损机孙戴理及综合保护技术应用研究 .特种油气藏，20,2() 0 5 1 3 .

[]姜守华 .油井套损机理综述 .国外油田工程， 4F r i n o lil n i e rn Vo . No 1 o e g i ed e g n e i g, 1 1 f 7: . 2,20 1. 2 0】.

()套管悬挂加固技术 2利用套管悬挂装置将小套管下入需加固的井段，封丢手后 (坐或井口悬挂 )再注入水泥浆封固小，

Ab t a t W ih t e p o r s i g o h i f l e e o me ta d c a g n fe p o i g p o r m,d e t s r c: t h r g e sn ft e o l i d d v l p n n h n i g o x l rn r g a e u O

v ro s g oo ia,e g n e ig a d m a a ig c n i o a iu e l gc l n ie rn n n g n o dt n,t e wo k n o dto s o i,g s a d wa e i h r ig c n i n fol a, n tr i

ijcin w l eswo s re e a g d Asars l, h l a o r o mal n f cst e net el g t o s reo v nd ma e . eut t ewel cn n t s wo k n r l a daf t h y es e d r d c i n o i il . Ex r m e y s n e mo e a d m o e a t n f r s r n t e i g o l r c v r r t a y p o u to f o l e d f t e l

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tk n s c shg rs uewae jcin, rcu ig me a a ii t n sem ne t n t ewokn a e u h a ih p es r tri et n o fa tr, g - cdz i, ta ijci, h r ig n ao oc n i o f c s n s g t r e i u h u h a p r n c n mi o l r c iv d,t e o t r l a s o o d t n o a i g e s mo e s ro s t o g p a e te o o c g a s we e a h e e i h u e o d n

c sn r n ra e o tn al . S t d h c a im f t e c sn a g, a d i h s c s id a ig a e ic e s d c n iu l y O su y t e me h n s o h a i g d ma e n n t i a e fn p e a t n e s r o l v a e t e c s n a g ih i a i u e e o me ts y e r c u i s m a u e f r a l i t h a i g d ma e wh c n v ro s d v l p n t l . o e

By r a i g e o g o u e t n a e s,f s n l ssv ro sc u e fc sn a a e,u ig mu t e d n n u hd c m n sa d p p r, i ta ay i a iu a s so a ig d m g r sn fi——

poeso a a dmut-s be t meh d, h ru hya ds se t al td h c a i o a ig r fsin l n f i u jcs t o s to o g l n y tmai l su yt emeh ns f sn c y m c

d m a e p t f r r h c a ia d lo a i g d m a e a d p e a t n o l va e t e c sn a g, u o wa d t e me h n c l mo e f c sn a g n rc u i s f r al it h a ig o ed m a e a g.

Ke o d: a igd ma e E rhsrs;Wae jcinp es r; ra d wnp e s r P ea t u yw r s C s a g; a t t s n e tri e

t rsu e B e k o rsu e; rc ui s n o om easure

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