油田注水井套损机理分析与预防措施研究

李舜昱 贺洁 刘玉杰 王丹琪

【摘 要】油田注水井套管在使用过程中往往面临腐蚀破坏较严重的问题，特别是高压注水井中套管使用负荷高，套管容易受到不同程度的损坏，影响注水井的正常使用，同时，也带来安全环保风险，降低采油效益。本文通过分析造成注水井套管受损的机理原因，探讨科学有效预防注水井套管损坏的方法，为保证油田采油过程中正常的注水开发打好基础。

【关键词】注水井；套损；机理分析；预防措施

随着全国各大油田进入开发的深层阶段，开发技术的不断深入，注水开发已成为很普遍的开发方法，但注水井套管在使用过程中会出现破损变形的情况，是注水开发过程中不可忽视的问题，套管受损严重甚至会导致注水井报废。注水井套管损坏会影响注水井的正常使用，从而影响了注采井网的完整，达不到预期的开发效果，增加了采油成本，造成地层污染，具有很大经济、安全、环保上的隐患。所以应该增强对注水井套管的防护措施，科学有效的对注水井套管进行保护，是注水井套管的使用期限得到有效保障。

1.注水井套管损坏原因

注水井套管的使用负荷超过自身所能承受的强度是注水井套管受损的根本原因。而导致这种超负荷工作是由于油气开采过程中的地层应力变化使注水井套管所受压力增大，另一方面是由于注水井套管受到各种因素影响遭受腐蚀使得套管自身强度下降。注水井套管损坏不是简单的一种因素造成的结果，而是多种影响因素共同作用在注水井套管的结果，主要可以分为地质条件因素、工程技术因素、化学腐蚀因素三大因素。

1.1 造成注水井套管损坏的地质条件原因

1.1.1 井眼周围岩石压力对套损的影响

在勘探开发前，地层中各岩层应力平衡稳定，但在钻井开采后，井中的地层应力被释放，原来的地层应力平衡状态被破坏，引起围岩应力改变，使管壁承受压力增大。当管壁承受压力超过注水井套管自身设计压力时，注水井套管就会发生塑性变形，产生变形损坏。因此，围岩压力变化是导致注水井套管变形损坏的一个重要原因。

1.1.2 泥岩吸水膨胀对套损的影响

注水开发对于不同的地层岩性也有不同的反映。对于地层中的砂岩，注入水后，水在孔隙中渗流，岩石骨架不受影响没有发生变化，相应的地应力也没有改变。但是对于泥岩地层，注入水后，泥岩吸水膨胀，使泥岩变为塑性状态，导致地应力发生改变，不均匀分布。

1.1.3 油层出砂造成套管损坏

注水井中，在水驱油时，岩层胶结物易吸水膨胀，或者发生水解，，从而使油层岩石骨架结构遭到破坏，导致油井附近地带发生出砂现象。大量出砂后会在油层顶部形成空洞，空洞的增大会逐渐占据的整个油层顶部，由于油层上覆地层重力主要靠油层来承担，空洞大到一定程度后上覆地层可能发生坍塌。大量出砂的结果会破坏岩石骨架，导致的骨架应力不平衡，油层压力在开采过程中也会出现大幅度的下降。当油层孔隙压力和岩石骨架结构应力承受不住上覆地层压力时，就会有部分压力施加在注水井套管上，導致注水井套管出现变形，甚至注水井套管错断。

1.1.4构造活动造成套管损坏

油田开发过程中，可能发生地震，或者因为高压注水产生构造活动等原因，使原始地层压力发生改变，使岩体力学性质和地应力相应的发生改变。注入的水还可能使接触面润滑，使层面间摩擦力减小，导致断层处于不稳定状态，这种不稳定状态推动断层上下两盘发生滑动，挤压注水井套管，从而导致注水井套管损坏。

1.2工程技术因素

工程技术因素包括钻井作业过程中的磨损、射孔对注水井套管管壁的影响、注水井套管井筒除垢等操作过程中的影响因素。在施工过程中，油管起下操作不当使注水井套管被刮擦受损，在修井时注水井套管管柱起下、井筒除垢等操作过程都作用于注水井套管，使套管受到不同程度的磨损，降低了注水井套管自身的强度，埋下了注水井套管发生变形的隐患。

1.3化学腐蚀因素

地层温度、地层流体酸碱度、地层流体流速等地层外部条件都是注水井套管在井下受到腐蚀的原因。除此之外，在注水后污水回注，污水中的溶解氧、硫酸盐及高矿化等也会使注水井套管腐蚀。注水井套管处于地下封闭环境中也加速了各种腐蚀作用的发生。

2 预防措施

2.1增强固井质量

提高固井质量，为了保护注水井套管，使用水泥在注水井套管周围形成一圈封闭致密的水泥环，防止注入水时水沿着天然裂缝或者沿水泥胶结不好的层带渗流入泥岩层中，使泥岩膨胀变形改变地层应力。

2.2提高注水井套管强度

在勘探开发时要对地层应力进行准确的评估、预测，选择能适用于该地层应力的注水井套管，保证注水井套管质量和壁厚满足施工要求。通过采用注水井套管管壁材质强度更强、注水井套管大壁厚的形式，提高注水井套管不同部位的不同抗压强度，提升注水井套管的使用周期。

2.3保持注水采收平衡

保持注水采收平衡可以缓解由于非平衡态注采造成地层压力变化，从而导致的注水井套管损坏。注水时要注意使处于构造活动中的断层上盘、下盘的注水量保持平衡，防止因为不平衡注水造成的地应力变化，损坏注水井套管。

2.4 防止注水井套管腐蚀泄露

减少腐蚀情况的发生主要有两个方面：（1）提高注入水的质量，注意注入水的矿化度、酸碱度等相关信息，避免腐蚀伤害。使用保护液添加在注入水中，使注入水具有延缓腐蚀、平衡酸碱、除垢等综合性能。（2）利用软密封技术提高注水井套管使用周期，采用双层凝胶作为软密封的主要试剂，相较于常规的封隔器可以使隔离不受井筒条件制约，更有效的保护注水井套管。

3 结束语

注水井套管的损坏是多种因素共同作用导致的结果，需要多种技术手段综合利用才能达到理想的防护注水井套管效果，延长注水井套管使用寿命。应该从注水井的设计开始，在施工过程和后续使用中每一阶段都做好注水井套管的防护工作，保证注水井套管本身质量的同时加上有效的注水井套管修复技术手段，才能长效的预防、解决注水井套管损坏问题，将因注水井套管损坏而造成的经济、环境、安全损失到最低。

参考文献：

[1]裴桂红，纪佑军.油水井套损的地质因素分析[J].武汉工业学院学报，2009，28（3）：102-105.

[2]杜朋举，赵国翠.浅谈注水井套损原因及预防措施[J].化学工程与装备，2010，6：93-94.

[3]刘廷臻.东辛中油田注水井套损原因与治理对策[J].中国石油大学胜利学院学报，2010，24（4）：17-18.

（作者单位：中国石油长庆油田分公司第十一采油厂）