油田注水井套损原因与治理对策

2014-02-27王飞西安石油大学陕西西安710065

化工管理 2014年15期

王飞(西安石油大学陕西西安710065)

吴军吴钰(延长油田股份有限公司瓦窑堡采油厂陕西延安 717399)

油田注水井套的损坏对于正常的石油生产会造成很大的影响，从现在国内油田的使用情况看，注水井套的损毁问题正在趋于严重化，由于井套损害造成注水井故障或报废的现象已经有很多了。这种问题会严重影响到油井开采的正常工作，影响石油产量，同时也增加了检修和更换设备的成本。对此应积极研究注水井套损坏的原因，采取有效措施坚持以防为主的原则，将影响生产的不利因素扼杀在萌芽中。

一、注水井套管发生损坏的特点

注水井套管的损坏主要表现为变形、错段和破漏这三种形式。一般在套管投入使用的4～5年的时间内开始出现损坏的问题，而破漏问题则占到套损问题发生率的六成以上，通常比较容易出现破损的位置是套管的上端水泥返高上部的未固井一段，其他如套管变形和错段问题则是占到三成左右。一般发生在射孔井段和射孔周边的夹层内。

二、注水井套损的原因分析

1.地质因素分析

(1)注水井周边岩层施加的压力造成套损

在油井钻探前，当地的地层应力场是处于平衡状态的。但是，油井钻探使得井眼部位的平衡应力被释放出来，这就导致当地的岩层出现了漏空的局面，失去了原来的盈利平衡点，这样四周的岩层就必须重新调整应力结构，而钻井口处所承受的应力则是大于从前。如果岩层应力向井眼处集中所施加的压力达到岩层极限，那么就容易出现地层变形或断裂的问题，而在注水井口处的这种岩层变形问题则要受到套管外部的水泥环的控制，当岩层压力超过水泥环极限时，就会对注水井套造成破坏。

(2)泥岩吸水后的蠕变和膨胀造成的套损问题

在进行油田的注水井作业过程中，随着注入井内的水量增加，一部分水会沿着岩层的缝隙深入到地层中，如果仅是少量水进入那么不会对岩层的构架和应力构成影响，但是随着井眼使用时间的延长，大量的水份渗入到岩层内，岩石在吸收了水分之后内部结构会变得疏松，胶结力会逐渐弱化，岩石的蠕变效应会慢慢加快，这样在岩井周边的地层应力就失去了原来的平衡状态。依据库伦-摩尔公式：

其中：t—岩层的抗剪强度；

C=泥岩内聚力；

f=内切角；

d=正应力；

P=空隙压力

我们可以分析出泥岩内聚力和内切角的降低，会造成岩层的抗剪强度大幅下降。而造成这一问题的原因就在于你岩层吸入了大量的水分。岩层发生蠕变，导致应力平衡状态被打破，泥岩向着塑性化发展，将岩层压力转嫁到注水井套管上，造成了套管的变形、断裂。

2.油层出砂对套管造成的破坏

注水油井在进行水驱油的操作过程中，周围岩层的砂岩成分会吸收水分而膨胀变形，而水驱油产生的强大液压会对岩层构成严重影响，从而导致周边岩层结构的破坏，造成井眼附近地域出砂。通常油层中出现少量的出砂时形成的空洞仅是分布在射孔的邻近区域，但是当出砂量比较大时油层的上端会形成空洞，形成一定的油层空间并且会随着空洞增大而增大。倘若上部地层出现了塌陷，那么空洞就出现在上端底层上。因为油层的上覆地层的重力主要是由油层来承受，但是如果油层出砂量很大，对四周岩层结构造成很大破坏，那么在进行油层开采时其内部的压力就会明显的减小，此时上端地层的重力压力超过油层和岩石的结构承载力时，会有很大一部分压力施加到注水井套上，当压力超越套管的承受极限时，套管就可能出现弯曲变形或断裂等问题。

3.油井地区断层的复活对注水井套的影响

在注水油田的开采过程中，有时会发生地壳下降或地震等地理现象，再加上注水过程中施加的强大压力，这样就会对原有的地层平衡结构造成很大的影响，造成岩体应力变化。这种问题会造成的严重影响，首先，岩层间的空隙压力会不断加大，改变岩层原有的应力布局；其次，在进行注水作业时，岩层吸收水分泥化，内部粘合力下降，很容易导致注水区域的断层移位，接触面的摩擦里减小，地层中各层面的粘合度下降，底层的抗剪能力弱化，这样整个断层就处于极不稳定的状态之下，在重力作用下岩层出现位移，这给会给套管施加非常大的压力，造成注水井套的损毁。

三、油田注水井套损坏的治理策略

1.提高油层套管的质量

在实际的生产中应根据实际情况选择适合的套管质量标准，某些容易发生岩层变化的地区，使用普通的N 80/139.7/7.72是很难承受住强大的地理应力压力的，所以对于新开发的油井其上下套管的钢级标准应为P110、壁厚应为9.18mm。这样通过提高钢级和管壁的厚度，能够提高套管的抗压强度，提高使用寿命。

2.严格固井质量，提升水泥浆上返液面

固井质量的好坏直接影响到对套管的保护效果，所以应当选择好水泥浆的调配比例，保证水泥浆在固化后能够在油田注水井套周边形成一圈严密的水泥保护环，严防进行注水操作时水分沿着胶结不严的部位流入岩层，造成岩体蠕变。另外因为很多的套管泄露部位都是在未固井的上端，因此在进行钻井操作时，应该把水泥浆上返的高度调整到地面，同时降低水泥浆的上返速度，保证结合部位的牢固程度，减少套管受到挤压、腐蚀的危险。