水平井变形套管液压整形技术

钻井过程中的钻具磨损，可以直接造成套管损坏
钻井过程中，钻压大造成钻 具弯曲；钻井时使用防磨钻具， 只是考虑到钻杆的防磨，未对 套管进行较有效的保护，在钻 进中偏磨套管造成套管的损坏。
车古204-1井，三开采用防磨钻具，使套管在1550-1620m 处磨损严重，并在1582m处磨穿。
固井质量不良可以加速套管的损坏
理论分析表明：在相同的内压和地应力条件下，套管居中与套管偏 心时的有效应力相差10%-15%，固井时套管不居中明显降低了套管的 承载能力。
水泥环 有效 应力 /MPa
240 220 200 180 160 140 120 100
80 60 40 20
0 0
偏心 居中
20
40
60
80
套 管内压 /MPa
250
200
十五年均61口
150
100 76
45
48
45
50
257
125
129
93
91
206 158
0
2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年 2010年 2011年
套损形态： 带病生产套损井主要表现为弯曲、缩径、套漏和错
断，其中多处变形井455口，占生产套损井23.66％。
568, 11.2% 430, 8.4% 108, 2.1%
99, 1.9%
套损
井下落物
管柱卡
复杂事故
其它
井下事故井5091口，其中套损3886口，占井下事故井的76.3%。
套损井分类
598, 15%
152, 4%
1104, 28%
2032, 53%
变形 破漏 错断 其它
套损部位
4% 55%
16% 25%
上覆层出现坍塌形成 空洞
注水开发造成油水井套管损坏
注入水侵入岩 层中的软弱结构面， 使得在断层面两侧 发生不同程度的相 对错动，导致套管 弯曲变形或错断。
0X1
75
20104
泥岩吸水软化，在相同外部载荷作用下，套 管承受的有效应力急剧增加
有限分析元显示： 最大水平地应力方向泥岩蠕变附
加载荷最大，最小水平地应力方向泥 岩蠕变附加载荷较小。
100
120
3、生产过程中的套损原因分析
出砂造成疏松砂岩油藏套管损坏
主力油层埋藏浅，胶结疏松， 地层出砂严重。出砂造成近井地 带形成“空洞”。
过度出砂，套管侧向丧失支撑， 在上部地层压实作用力下失稳， 导致套管发生弯曲、变形、错断。
油层出砂顶部形成 空洞
上覆层出现坍塌变形 压实
射孔孔眼处出砂示 意图
胜利油田经过多年的开发，使得原本复杂的地 质条件变得更加复杂，地层的流体场、压力场发生 了很大变化，加之频繁的油水井措施及钻井井身结 构、完井固井质量、套管材质等诸多因素的影响， 使油水井套管的技术状况变得越来越差，导致套管 变形、穿孔、破裂、错断等情况频繁发生。
套损井数据统计
3886, 76.3%
深度m
0
200
400
600
8Biblioteka Baidu0
1000
1200
1400
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22 24
井数
套损点 油层顶界 油层下界
单二块热采井套损点分布
腐蚀造成套管损坏
套管的腐蚀主要由地层水引起的电化学腐 蚀、硫酸还原菌腐蚀、二氧化碳腐蚀和硫化 氢腐蚀等多种情况。
主要油田有：广利、商河等油田。该类 油田存在高矿化度水层，矿化度2.711×104mg/L，会对套管造成严重腐蚀。 套管损坏类型以穿孔漏失、破裂漏失为主， 广利油田因腐蚀造成的套损占油水井总数的
泥岩蠕变引起的附加载荷挤压套 管，可以使套管发生缩径变形：
最大水平地应力方向缩径最大， 最小水平地应力方向缩径最小。
井壁泥岩蠕变径向载荷分布 套管缩径变形模拟结果图
注蒸汽热采是稠油井套管损坏的主要原因
从单二块热采井发生套损的层 位来看，62.5％的套损发生在油层 上部附近。结合该区块套损井资料 可以发现，套损部位均发生在热采 封隔器以下。
41.8％。
压裂、酸化及修井等工艺措施造成套管损坏
以胜采厂为例，“十一五”以来，套损井呈现爆发性增长，对比 “十五”期间，年平均新增套损井增加100口。目前共有套损井1923口， 占总井数的41.8%，套损开井1033口，占开井数的34%。
2001-2011年套损井统计柱状图
十一五年均161口
300
➢ 水泥环出现缺陷时，会引起套管有效应力明显提高
固井质量完好时，套管截面上的有效应力是均匀的，当水 泥环出现缺陷时，套管壁的有效应力剧增, 相应的应力集中 系数也增加。固井质量不好会造成的套管承载能力下降。
水泥环空270°时套管应力分布
水泥环空210°时套管应力分布
➢ 固井时套管不居中，明显降低了套管、水泥环的承载能力
钻完井施工
钻井井身轨迹对套管寿命的影响十分明显
井身轨迹存在严重狗腿， 除了会造成生产过程中的 杆管偏磨外，同样可以造 成作业过程中套管磨损， 从而增加套损发生的机率。
单14-305井井身轨迹三维投影
套管质量直接影响到油水井的寿命
➢ 套管材质不良、管体圆度、壁厚均匀度 达不到要求等问题均可以影响套管使用寿 命。 ➢ 螺纹加工质量达不到API标准要求或施 工中上扣扭矩过大，均能造成螺纹接头或 接箍损坏。
带病生产井套损类型分布柱状图
500
450
400
350
300
250
176
200
150
100
50
0 弯曲
144
缩径
192
套漏
455
66
错断
多种套损
套管漏失
套管错断
套管缩径
套管弯曲
1、机械整形技术 形成了顿击式预处理整形、强制扶正滚压整形工艺。
1%
3%
7%
11% 小于等于5年
6-10年
11-15年
16-20年
24%
21-25年
26-30年
31-35年
5年之内的套损井占23％
23%
6-10年的套损井占31％
11-15年的占24％
31%
15年以上的占22％
钻井设计
➢ 对油藏地质认识不充分 在断层预测、地层倾角等方面认识不足，导致钻井设计
过程中没有考虑相关的套管保护措施。 ➢ 井身结构没有考虑后期方案调整的需要，导致部分油水 井在多年开采或开发方案调整后出现套损。
水泥返高以上
水泥返高与油层上界 之间 油层上下界之间
油层下界以下
套损部位主要集中在射孔井段附近，位于射孔井段及 其上下界50米以内的套损井占81%。
套损井分布
在平面上，套损井多分布于断层附近、地层倾 角大的区块，占套损井总数的30％。
套损井的平均正常生产年限仅为11年
胜利油田套损井套管使用年限饼状图