套损成因及防治技术_杨丽秋.pdf

对套损因素进行综合探讨。并针对套损防治提出的几点措施：套管保护工作以预防为主，防治结合压力系统调整是套管保护工作的重点内容；对标准层套损井区的注水井排查越早，控制套损效果越好；油层部位套损主要与小层憋压有关，要做好高压异常层的控制工作尤为重要。关键词：关键词：套管形态；套损应对；套损防治 引 言 引 言 套管损坏一般都不是单一因素造成的，而是多种因素耦合作用的结果。由于不同的油田以及同一油田的不同区块的地质因素、开采方式、采油技术等因素各不相同，也导致了油水井套损的原因也各不相同。下入到油层的套管会受到各种外力的作用，如地层的孔隙压力、注水的压力、围岩应力和流体的腐蚀作用等等。随着油田开发时间的不断增长，油水井的套管都会出现不同程度的损坏。依据套管损坏的形态，通常可以把套管损坏分为套管变形、套管错断、套管破裂、套管外漏等 4 种类型1。油田套损分布具有一定的特点，套变点对应岩性主要是油页岩和岩性变化界面的薄弱部位，主要可以分布在构造轴部和断层附近。一般而言，套损井可分为成片套损井和零星套损井两大类。成片套损井就是发生在成片套损区内的套损井。成片套损区内的油水井套管损坏部位绝大多数发生在标准层，其发生套损的主要特点包括了：套管损坏井平面比较集中，套损原因集中和套损部位集中等套管主要受剪切应力作用，以错断和严重变形为主。零星套损井指的是发生在成片套损区以外的套损井。这部分井的套损部位绝大多数发生在标准层以下油层部位，其发生套损的主要特点是：套损井在平面上分布规律性不强，一般在断层附近，尤其是断层面上的油水井先发生套损；套管损坏的具体原因具有多样性，既有拉伸和挤压，也有变形和错断损坏。另外还有由于地层腐蚀作用、受力不均匀、套管质量不合格、井下落物及井下工具遇卡等因素引起的油水井套管损坏等等诸多情况2,3。1 套管损坏原因分析 1 套管损坏原因分析 造成套损的原因很多，近些年来国内外已有大量的研究工作系统地阐述了套损的主要原因，结合大庆油田的实际情况，分析造成套损的主要原因有以下几点4,5,6：1.1 固井质量问题 大庆油田部分区块的地层漏失压力低，在固井过程中可能会发生严重的漏失，大庆油田部分区块的漏失率可达 60以上。这也直接导致了水泥返高不够，裸露的套管长期在地层水腐蚀下极易产生损坏。据有关部分统计分析发现，大多数套损井的水泥返高不够，通过对发生套损井的采出水进行化验分析也表明了套损主要原因是地层水腐蚀所致7。加强固井质量管理是解决套损问题的重要手段，应充分利用双级固井和低密度固井等技术来提高水泥返高等问题，做好水泥浆的化验分析提高水泥环强度，进一步减少地层水与套管直接接触的概率减缓套管腐蚀。1.2 操作不规范和腐蚀因素 根据实际作业所得出的结论发现，未能规范使用套管密封脂导致套管密封不严修井和措施作业时施工参数或操作不当对套管造成损伤也是套损发生的主要因素。通过对采出水的化验结果表明，大庆油田部分区块的地层水矿化度超过了 10000mg/L，而且检验结果表明主要的阴离子为 Cl-，主要阳离子包括 Na+，Mg2+和 Ca2+等。考虑到地层温度较高，此时高浓度的氯离子将对套管产生较强的晶间腐蚀，不同的阳离子存在也会加剧上述反应。考虑到实际的套管选材不一定都含有耐晶间腐蚀的 Mo 等元素，而且大庆油田的部分区块内还含有一定量的 H2S 和 CO2等酸性气体，严重地加重了套管的酸性腐蚀，此时在不均匀的外力和剪切力作用下，也极易产生套管损坏8。在具体实践过程中，必须规范下套管操作规程，严格按要求使用套管密封脂提高套管密封性。选择合适的腐蚀防护技术，优化油水井的腐蚀防护工作，开展油水井套管腐蚀监测。针对不同的情况，可通过选用高等级耐蚀不锈钢，或对油井定期定量加油井缓蚀剂，以及使用牺牲阳极等手段来保护套管。1.3 注水引起套损 在作业实践过程中，注水方式不当可能引起套损问题。一方面注入水窜入泥岩层可能会引起泥岩膨胀蠕变和层间位移，进而导致套管损坏。另一方面注入的水中溶解气可能溶解盐类细菌等多种腐蚀因素，进一步加剧套损。近年来注水工作持续推进，注水量逐步增高，注水水质不达标的问题也层出不穷。这也对套管造成了腐蚀加剧，地应力变化地层蠕动也会造成套管变形，如大庆油田部分外围采油厂的套损井就是大多属于此类原因。钻井井身本身的质量问题以及地质因素均使地应力在套管上分布不均匀，应力愈集中的地方愈易造成套损2,3。在具体实践过程中，应合理调配和控制注水压力，即使高压注水的压力也不宜超过地层破裂压力的 80。另外，DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.04.077 杨丽秋：套损成因及防治技术 105 严格的水质管理也是十分必要的，做好防腐阻垢杀菌和精细过滤等措施，均能够有效地减缓注入水对套管的腐蚀速度。1.4 地壳运动、地震等因素 大量的研究结果表明地壳运动是导致套损现象的重要因素。俄罗斯的西西伯利亚油田的大部分套损都发生在了地壳的动力应力区。而巴拉哈内-萨布奇-拉马宁油田在 1937到 1983 年的 40 多年时间里也因套损报废了 3000 余口井，原因就是地震和其诱发的断层活化的综合作用导致的。地震可能产生新的构造断裂和裂缝，也可能导致原有的构造断裂和裂缝活化。车臣-印古什地区是地震活化区，19601979年间，该区域发生了 143 次地震，套损发生频率与地震次数的增加吻合度很高。1.5 标准层套损与油页岩进水局部滑动相关 油页岩裂缝发育、抗剪切强度低，易发生层面滑动。并且区域压差大、压力变化快，使弱结构面发生剪切错动。2006年以来，大庆油田南一区西部经历钻降、控水控液、注聚等多次调整，压力变化较大，区域间压差大，加速地层失稳。另外油页岩进水、形成高压浸水域，使剪切位移加剧。油页岩进水通道有两类：一是套管内：注水井套管丝扣不严或套管错断，形成直接进水通道。二是套管外：注水井固井质量差或邻井套损，形成套管外部窜流通道。2 套损应对措施 2 套损应对措施 套管的提前预防保护工作在套损治理的过程中至关重要。提前做好套管损坏的预防工作，一方面能够保护套管不受损坏，另一方面又能保证原油产量不受损失，还能够大幅地降低套损修复投入资金费用。为了做好套管损坏的预防和治理工作，可以从以下几点着手。2.1 在新井建设过程中充分做好套管保护工作 对钻井过程实施全程动态管理，全方面地提高新井固井质量。如果固井质量较差，可能会导致为注入水窜进油层底部提供了通道。在预防套损上，首先要在提高新井固井质量上做好功课。另一方面还应使用水泥面的控制工具，严格地控制固井水泥返高，油层标准层部位以上不进行封固，这样可以使地层和套管之间有一个缓冲空间，当油层标准层滑动时就能够起到缓冲泄压的作用，保护了套管。三是使用高强度套管，要加大套管自身的抗挤压强度和自身的机械稳定性。2.2 加强日常管理和巡检及时发现套损隐患 注水井底部的套管错断，在日常生产数据上会有明显的反应：一方面是在保护封隔器密封性能良好的情况下，套压突然下降。另一方面是在保护封隔器不密封的情况下，油压突然地下降或注水量明显上升。通过加强注水井的日常监测和生产管理，一旦发现注水异常井要立即关停，并及时查明原因排除隐患。在具体原因未能及时查明以前，不允许恢复注水。2.3 对新发现的套损井区，要及时查找进水源头 很多油田的套损区最初都是先局部形成浸水域，导致部分井套管损坏。然后又随着浸水域的不断扩大，最终导致成片套损。如果错断注水井发现的不及时，则有可能沿错断口向油层中注水，成为新的进水源头。因此建议对新增套损井周围一定范围内的注水井要立即控制注水或停止注水，然后进行广泛和全面的井况调查，对已经出现套损的井必须进行大修作业冰成功修复后方能恢复注水。2.4 及时对已成片套损区进行综合治理 一方面是对底部错断注水井要及时进行彻底地工程报废，防止浸水域进一步扩大错断注水井及时关停。如果周围注水井仍然在继续注水，需要通过连通射孔层位注入错断井内，由于井筒憋压又进而从错断口回注至底部油层，同样可能会导致浸水域继续扩大。另一方面是底部套管错断的油井继续生产，对已形成的浸水域可以起到泄压的作用。油井底错断则相当于补开底标准层进行开采，继续生产可以把进入油层浸水域中的水抽出来，在一定程度上可以控制浸水域扩大的趋势。3 结 论 3 结 论 从套损的部位上主要分为标准层部位套损和油层部位的套损，油页岩裂缝发育、抗剪切强度低，易发生层面滑动。并且区域压差大、压力变化快，使弱结构面发生剪切错动，另外油页岩进水、形成高压浸水域，使剪切位移加剧。油页岩进水通道有两类：一是套管内：注水井套管丝扣不严或套管错断，形成直接进水通道。二是套管外：注水井固井质量差或邻井套损，形成套管外部窜流通道。针对套损发生的主要原因，结合实际生产经验，本文也总结出了包括控制注水压力、在钻井和作业过程中合理控制压力变化、新钻井控制水泥面在标准层以下和通过区块综合治理缩小区块间的压差等主要措施，以应对套损现象的发生。最终根据本文的系统分析和论述，也提出针对套损防治的几点措施：（1）套管保护工作以预防为主，防治结合；（2）压力系统调整是套管保护工作的重点内容；（3）对标准层套损井区的注水井排查越早，控制套损效果越好；油层部位套损主要与小层憋压有关，要做好高压异常层的控制工作尤为重要。参考文献 参考文献 1 殷有泉,李平恩.非均匀载荷下套管强度的计算J.石油学报,2007,28(6):138-146.2 蔡国庆,王先容.高压注水对油田套管的损坏及防治分析J.石油机械,2001,3(4):30-33.3 张先普,练章华.荆丘油田套管变形机理及防治方法J.石油钻采工艺,1994(2):67-71.4 章根德.膨胀岩中油井套管力学响应分析J.工程力学,2005,22(4):211-214.5 李茂华,徐守东,牛卫东.套管损坏建模方法简述J.石油机械,2008,36(4):76-80.6 陈红伟,范春,王海洋,等.套管损坏地质因素分析及控制技术J.石油钻采工艺,2002,24(2):25-29.7 文志明,吕拴录,白登相,等.某井高强度套管断裂原因分析J.石油仪器,2015(2):54-57.8 王继波,王哲.油田套损机理研究与理论分析J.化工管理,2015(11):9-10.