南三区油水井套损原因分析及预防措施

陈哲超

摘要：分析了油水井套损原因和套管损坏类型，即地质条件、地层出砂、各类大型措施增多、井深质量以及注水开发导致的腐蚀、结垢等诸多因素，使得油水井套管技术状况变差，造成套管损坏。按着“预防为主防修结合”的方针，研究套管损坏的机理和套损井修复技术，并制定配套的防护措施，增强大修作业修复能力，可减缓套管损坏速度，延长了油水井的使用寿命，提高油田后期开发的经济效益。

关键词：套损原因;损坏类型;预防措施

1.套损原因

造成油、水井套管损坏的因素是多方面的，概括性地分为地质因素和工程因素两大类。

1.1地质因素

地层（油层）的非均质性、油层倾角、岩石性质、地层断层活动、地下地震活动、地壳运动、地层腐蚀等情况是导致油水井套管技术状况变差的客观存在条件，这些内在因素一经引发，产生的应力变化是巨大的、不可抗拒的，将使油、水井套管受到损害，甚至导致成片套管损坏，严重地干扰开发方案的实施，影响油田的稳产。

1.2工程因素

地质因素是客观存在的因素，往往在其它因素引发下成为套损的主导因素。采油工程中的注水，地层改造中的压裂、酸化，钻井过程中的套管本身材质、固井质量，固井过程中的套管串拉伸、压缩等因素，是引发诱导地质因素产生破坏性地应力的主要原因。套管材质、固井质量、完井质量、井位部署、开发单元内外地层压力大幅度下降、注入水浸入泥页岩、注水不平稳和注水井日常管理等问题。

2.套管损坏类型

2.1径向凹陷变形

由于套管本身局部位置质量差，强度不够，固井质量差及在长期注采压差作用下，套管局部处产生缩径，使套管在横截面上呈内凹椭圆形，据资料统计，一般长短轴差在14mm以上，当此值大于20mm以上时，套管可能发生破裂。

2.2多点变形

由于套管受水平地应力作用，在长期注采不平衡条件下，地层滑移迫使套管受多向水平力剪切，致使套管径向内凹形多点变形。多点变形井是一种极其复杂的套损井况。

2.3严重弯曲变形

由于泥岩、页岩在长期水浸作用下，岩体发生膨胀，产生巨大地应力变化，岩层相对滑移剪切套管，使套管按水平地应力方向弯曲，并在径向上出现严重变异。严重弯曲变形的套管，内径已不规则，多呈基本椭圆变形，长短轴差不太大，但两点或三点变形间距小，近距点一般3m以内，若两点距离过小则形成硬性急弯。这是较多见的复杂套损井况，也是较难修复的高难井况。

2.4套管错断（非坍塌型）

泥岩、页岩经长期水浸膨胀而发生岩体滑移，导致套管被剪断，发生横向（水平）错位。由于套管在固井时受拉伸载荷及钢材自身收缩力作用，在套管产生横向错断后，便向上、向下即各自轴向方面收缩，错断及位移情况。套管错断是修井工作中最多见的套损类型。

2.5坍塌形套管错断

主要是套管错断处部位地层坍塌，可分为两种：套管下错断口固定，不活动，不位移，虽然地层坍塌把下断口埋上，断口丢失，但是修复起来成功率还很高的。套管下错断口不固定，可活动，断口发生偏移，再加上地层坍塌，把下错断口埋上，造成套管通道丢失，大修时很难修复。这两种前者容易修复，后者不易修复。套管坍塌型错断是目前极难采取修复或报废处理的复杂套损类型。

3.套管修复及加固

3.1磨（套）铣施工

套磨铣钻柱组合，磨铣套管时，现场常用的钻柱组合如下（自上而下），方钻杆+钻杆+钻铤（扶正器4个以上）+磨铣工具。磨铣工具选择：根据套管变形、错断程度选择的磨铣工具：组合铣、锥形铣、柱形、平底铣、凹底、领眼磨鞋、引鞋工具钻杆笔尖等。

3.2磨铣施工时应注意的问题

对磨屑进行辩认，如发现磨屑細末状，可能是排量过小，磨屑重复研磨所致，可加大排量。如排量不可能增大，考虑增加携砂液的携带能力，如确认排量与携砂液性能没有问题，则可能是磨鞋过度磨损，需要更换。使用锥形、柱形、套铣和裙边磨鞋时，由于工具接触部分受力面积小，不能采用较高钻压，以免造成工具损坏。一般应选用较高的磨铣转速（100r/min左右），低钻压，这样钻杆扣不宜过紧。具体操作时应根据钻压、钻具、设备和工具等因素而定。钻具出现憋跳时，一般通过降低转速，减小钻压即可消除。如出现周期性突变，应上提钻具加大排量，轻压快转直到消除为止。磨铣时要注意保护套管，应事先在磨鞋上加接一定长度的钻铤，或在钻杆上加装扶正器。磨铣时不能与震击器配合使用，因为配合后不能施行顿钻和冲顿落物碎块。

3.3膨胀管补贴技术

针对套管变形处，错断口进行磨铣整形后，经井径检测结果，磨铣过的变点、错断口内径大于套管内径符合要求，就可以实施套管补贴合格，下入完井管柱。

4.套损预防措施

4.1预防治理泥岩层套管变形

（1）维持合理的注采压差，防止注入水窜入软弱夹层。由于油层中流体被开采出来，一段时间（或很长时间）不注水补充能量，岩石的弹性应变力大量释放而形成一个低的应力异常区，周围高压应力区推动岩体向低压区运动，造成大量套管损坏。相反，注水强度大，注水量过多，则可形成高应力异常区，也会推着岩体向低应力区运动，使套管成片损坏。因此，油田开发都应适时、适量、低于破裂压力注水，保持适当孔隙压力，并使油田内部各区块孔隙压力保持基本平衡，以避免套管损坏。

（2）加强注入水质配比研究，控制注入压力过高。定期对高压注水井采取洗井，防膨及解堵措施，防止各种因素造成地层污染。避免注水压力过高。同时加强注水方案精细研究，对已污染地层采取低伤害酸预处理后再投注。

（3）提高固井质量保证层间互不相窜。采取有效措施提高固井质量，防止注入水沿水泥交接不好层带窜入泥岩层。如下套管扶正器使套管居中。调整好水泥浆性能，控制水泥浆上返高度和速度等。使第一、二界面结合牢固。

4.2防止油层出砂

油井出砂，水井吐砂，一方面影响油水井生产;另一方面在出砂层位形成空洞，空洞位置的套管失去支撑，当覆盖层发生坍塌，其坍落的岩石块撞击套管，很容易造成套管損坏，因而在开采过程中应防止地层出砂。

4.3射孔

在射孔时一定要考虑夹层的影响，严格控制射孔层段，把好射孔质量关。射孔时产生的高压可导致套管破裂甚至变形。大庆油田开发20年后，对226口套损井进行研究，其中射孔井段套损井占23.5%。因此，对不同的地层及套管要选择不同的射孔枪及射孔弹，以达到有的放矢，减少不必要的套损诱发因素。

4.4防止套管腐蚀，漏失

（1）提高注水质量，减少腐蚀伤害。随着油田持续开发，因腐蚀所导致的油水井套管损坏问题也日趋严重，注入水质的质量，也是造成水井套管腐蚀的因素，所以要严格检验水质是防止套管腐蚀的重要环节。通过对油田注入水常规离子化验资料及水质指标检测结果进行分析发现，通常情况下，油套环空长期处于封闭状态，因此起腐蚀作用的主要因素是SRB菌及H2S气体。要有针对性的做好抑制细菌繁殖的工作，才能减少套管的腐蚀。

（2）钻井完钻时，提高水泥浆上返液面。针对套管漏失主要发生在套管未固井井段上部的现象，完井时可考虑提高水泥环上返高度至地面，并采取措施保证固井质量，达到水泥浆硬化后在套管周围形成一圈致密连续的水泥环。

4.5提高套管抗挤强度

（1）完井采用高级钢、大壁厚套管。普通N80/139.7难以承受不均匀地应力的挤压，目前应采用泥页岩蠕变形成不均匀“等效外挤应力”作为套管最大抗挤强度。建议在油层段局部采用钢级P110，壁厚10.54mm的套管。

（2）在易发生套管损坏岩层段下双层组合套管。泥页岩在见水时易产生蠕变，在井壁周围产生不均匀地应力的挤压套管。这时可采用双层组合套管，并在环空加注水泥，其强度比原两根套管的强度还要高出25%-70%。

5.结论与认识

油水井套管损坏是多种原因共同作用的结果，按照“预防为主防治结合”的方针，研究套管损坏的原因，制定有效的防治措施，防止或减少油水井套管损坏，从而延长油水井使用寿命，达到改善和提高油田开发的效果。

参考文献：

[1]陈涛平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工业出版社，2004

[2]刘东升等，油气井套损防治新技术[M].北京：石油工业出版社，2008