油水井套损原因分析及预防措施

油水井套损原因分析及预防措施
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”预防为先，防修并重”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：油水井套损原因损坏的类型预防检测技术
Abstract: The paper analysis oil wells set loss causes and the type of casing damage, geological conditions, the formation of sand, all kinds of large-scale measures to increase the depth of quality, and water injection development caused by corrosion, scaling, and many other factors, making the oil well casingconditions deteriorate, causing casing damage. According to the “prevention first, prevent revisionism both the principle of casing damage mechanism and casing damage well repair techniques, and supporting the development of protective measures, enhance the ability to overhaul operations to repair, can slow the speed of casing damage, extended oil the wells of life, improve the economic benefits of the oil field late development.
Key Words: oil wells, the type of damage , damage prevention, detection technology
一、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）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，威胁油田的稳产。

（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。

二、套管损坏类型
根据修井施工积累的资料，结合套损原因，将套管损坏的类型分成以下几种类型。

（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）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。

（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，见图1和图2。

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。

图1套管严重弯曲变形图图2铅印照片
（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，错断及位移情况见图3 图4。

套管错断是修井工作中最多见的套损类型。

图4铅印照片
图3套管错断图
（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。

三、套管技术状况检测
套管技术状况检测是为修井技术措施的制定提供切实可行的依据，同时也为套损机理研究和预防措施的制定和实施提供可靠资料。

常用的检测方法有工程测井法和机械法两种。

3.1工程测井法
工程测井法就是利用测井仪检测套管的技术状况。

常用的测井方法有：
（1）井径测井—套管变形检测。

（2）井温与连续流量测井—套管漏失检测。

（3）彩色超声波电视成像测井。

3.2机械法
机械法检测就是利用铅模对套管和鱼头状态及几何形状进行印证，然后加以定性、定量的分析，以确定其具体形状和尺寸。

印模法检测适用于井下套管变形、错断、破裂等套损程度，深度位置的验证以及在作业、修井施工过程中临时需要查明套管技术状况等其它情况的井况。

（1）印模打印（检测）施工方法。

清洗铅模，在螺纹处涂抹密封脂，记录铅模端面形状描绘。

铅模下至变点或错断处1~2m时，记录管柱悬重，如套管错断处部位地层坍塌，开泵循环工作液（一般用清水），冲洗断口、套损点1~2周，正常后，以0.5~1m/s的速度下放打印，注意管柱下降悬重不超过30~50kN，一次打成。

计算下入深度。

（2）印痕分析。

起出铅印，根据印痕形状、尺寸，分析判断套损程度情况，套管的破损状况直观地反映出来，既有准确的几何形状，又可直接测得破损尺寸。

为下一步磨铣，修复套管，奠定基础。

四、套管修复及加固
（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。

（2）磨铣施工时应注意的问题。

对磨屑进行辩认，如发现磨屑细末状，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）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。

五、套损预防措施
根据上述的套管损坏原因，提出以下预防措施，以便有效地减缓套损速度的上升。

（1）防止注入水窜入软弱夹层。

（2）提高固井质量保证层间互不相窜。

（3）固井时在油层顶部下管外封隔器。

（4）注入压力限制在地层微破裂压力以下。

（5）压裂改造时防止垂直裂缝延伸到软弱夹层。

（6）合理地设计注采井网。

5.1维持合理的注采压差
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。

5.2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，很容易造成套管损坏，因而在开采过程中应防止地层出砂。

5.3防止套管腐蚀
随着油田持续开发，因腐蚀所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。

5.4改进射孔对套管损害的措施
对下井套管要进行严格质量检验，改进套管柱设计方法
5.5提高套管抗挤强度
（1）使用高强度套管。

（2）采用厚壁和小直径的套管。

（3）在易发生套管损坏岩层段下双层组合套管。

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.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。