论文部分内容阅读
一、闵桥油田套损现状
闵桥油田共有25口套损井，其中破漏井数为3口，变形井12（包括6口缩径）口， 错断井数为9口，其它1口。套损类型主要为变形、错断，占总套损井数的84%。套损25口井，其中主要为水井16口，占总套损井数的62.5%，油井9口。
二、套管损坏机理分析
1.造成套损的地质原因
1.1井眼周围岩石压力对套损的影响
钻井前，原始地层应力场中的各岩层处于平衡状态，钻井后，井眼中的应力被释放，井眼周围的岩石出现了临空面，原来的平衡状态遭到破坏，引起周围岩石应力重新分布，使孔壁上的应力比远处大得多。当应力集中处的应力达到围岩的屈服极限时，就有塑性变形发生或产生地层破裂，这种变形和破裂受套管和套管外水泥环的限制，同时套管外受到围岩的反作用力而产生变形损坏。因此，周围岩石压力是大多数套管变形损坏的一个重要原因。
1.2油层出砂造成套管损坏
在注水开发油田，在水驱油过程中，砂岩岩层胶结物易吸水膨胀和水解，在高的采液强度下，产生压差较大，从而使油层岩石骨架结构破坏，形成油井附近地带出砂。油层少量出砂时空洞只存在于各射孔附近，大量出砂后形成的空洞只存在于油层顶部的一部分，并占据油层的整个厚度，但随着空洞的增大，空洞占据的油层顶部也相应增多。如果上覆地层产生坍塌，空洞将存在于上覆层内。油层上覆地层重力主要靠油层来承担。当油层大量出砂后，破坏了岩石骨架的应力平衡，油层压力在开采过程中出现较大幅度的下降。当上覆地层压力大大超过油层孔隙压力和岩石骨架结构应力时，相当一部分应力将转嫁给套管，当转嫁到套管的压力大于套管的极限强度时，套管失稳，出现弯曲、变形或错断。
1.3断层复活造成套管损坏
闵桥油田是小断块油田，断层比较多。在油田开发过程中，由于地壳升降、地震和高压注水作用等原因，使原始地层压力发生变化，将引起岩体力学性质和地应力的改变，一方面是地层空隙压力增加，改变了原始地应力，因其地应力不平衡或是区块空间空隙压差增大；另一方面当注水进入断层接触面，造成接触面泥化，使其内摩擦系数减小，尤其是当断层不密封时，注入水在断层面迅速推移，在接触面起润滑作用，使层面间的胶合力和内摩擦力系数趋于零，大大降低了两层之间的抗剪应力，断层处于不稳定状态，在上下盘不太大的压差或重力作用下推动断层滑动，剪挤套管，从而导致套管损坏。
2.工程因素
2.1 高压注水诱发岩层滑动引起套管损坏
高压注水作用下，上覆层受到裂隙水压的“浮托”作用，加之注入水沿高压破裂的水泥环及裂缝窜入泥岩层，导致其有效正应力与抗剪强度明显降低，在开发区块间地层压力差的作用下，推动局部地层产生失稳滑移、蠕动，从而造成油水井套管损坏。闵桥油田套损井的注水压力远远高于该区块的最大注水压力.
2.2.2操作因素，主要有作业磨损、高压作业、射孔，井筒除垢等。
井下作业施工过程中，油管起下操作不当使套管产生机械擦伤，对油层中上部套管造成损伤。修井时管柱起下、刮削、井筒除垢（化学作用）等作业过程，由于均会作用于套管，对套管造成不同程度的磨损、破坏或腐蚀，无形中降低了套管的强度，对套管变形造成了潜在影响。
射孔时十几发甚至几十发射孔弹在一瞬间爆炸，产生的巨大冲击波作用在套管上，套管突然胀大，使套管在射孔井段中部或非射孔井段相交位置发生剧烈变形，特别在射孔段上部或下部由于应力集中，造成套管抗挤压强度降低。这样油水井在外界力量作用下，可能引起套管变形。同时随着射孔弹药量的增加、射孔密度加大，加剧了对套管的损坏程度。如选用127弹，16孔/米，套管强度降低系数达到1%以上。套管射孔后孔眼周围将产生不同长度的裂纹，而裂纹周围的非均匀应力，又会加速这种裂纹变化，注入水或地下水又会加速腐蚀这部分套管；在长时间注水后（例如注水井不平衡注水特别是高压注水时），射孔段由于长期受高压水流的冲刷，导致射孔孔眼逐渐扩大，从而降低了套管抗挤压强度，此处的套管更加发生套损。
3.腐蚀因素
套管漏失主要发生在套管固井水泥返高界面以上。据调查，引起井下套管腐蚀的因素很多，通过对江苏油田注入水常规离子化验资料及水质指标监测结果进行分析发现，污水回注区引起腐蚀的主要因素是水中的溶解氧、硫酸盐还原菌及高矿化度等。各种因素下的腐蚀率又受到温度、PH值、水流速等外部条件的影响。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将是SRB菌及H2S气体。
三、预防措施
1.提高固井质量
闵桥油田采用振动固井技术，提高固井质量，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，防止注入水沿水泥胶结不好层带窜入泥岩层，保证层间互不相窜。
2.提高油层套管强度
油田开发前要准确的测定地应力值，选择合适的套管等级和壁厚。对容易发生变形的岩层段，普通N80/139.7/7.72mm难以承受不均匀地应力的挤压，闵桥油田对新钻井油井闵28-10、闵28-11、闵28-12、闵28-13、闵28-14等采用壁厚为9.17mm的套管。通过采用高钢级、大壁厚的套管，提高套管特殊部位的抗挤压强度，延长套管使用寿命[6]。
3.保持注采平衡
针对闵桥等具有断层的油田进行水处理研究和调配，使断层上升盘和下降盘的注水量保持平衡，缓解由于非平衡注水造成的地应力变化而引起的套管损坏。保持注采平衡可以缓解由于非平衡注采造成的套管损坏。合理的注水压力和采油压力，有效的防止地层出砂。同时采用机械及化学防砂方法防砂，防治出砂对套管的损坏。
4.注水过程的套管保护
针对注水压力高，腐蚀性强的水井，采用封隔器卡封上部套管，既可有效保护上部套管，又可防止高压注水对套管造成进一步损坏。
四、闵桥油田套损井治理配套工艺技术
1. 套损井错断、破损腐蚀类套损修复、采用套管补贴技术
套管破裂（井段较短）的套损井主要应用机械整形及钻铣形成通径后再进行套管补贴修复工艺技术，该技术是利用专用的补贴工具通过液压挤胀的方式将膨胀管补贴在因腐蚀穿孔、误射炮眼、丝扣漏失、机械损伤等造成的套管损坏部位。
2.套管整形到一定通径，用小直径封隔器实行分注
由于套管变形，采油胀管器胀管、辊子整形器整形、液压整形等工艺，使变形套管恢复到一定大小，通管规能顺利起下，然后再使用Ф95mm封隔器及配套的配水器实施分注。
2012年6月份，闵40油井转注，下通径规Ф118mm落实井筒内径，通井规在1646米处遇阻，后用梨形胀管器整形，下Ф114mm通井规顺利通至人工井底，通井规无异常。套管整形后井筒内径为Ф114mm，为了防止在生产中套管再次缩径而发生井下管柱卡，采用外径为95mm井下封隔器和配水器实行一级两段分注，该井使用HDK341-95扩张式封隔器实施分注。
五、建议
随着闵桥油田的进一步生产开发，套管损坏已成为造成油水井停产的主要原因之一，分析并找到套管损坏原因，并针对套管损坏井的状况提出相应的预防措施和修复措施，是保证油田生产正常进行的必要手段。如套管缩径的闵28-2、闵40-18水井，急需套管整形后实施分注作业，缓解井组层间矛盾。针对已经整形通径为114mm以上的注水井，为了防止套管进一步变形导致井下封隔器被卡，目前都采取笼统注水，可以使用小套管加固工艺技术（外径102mm），然后再使用小直径封隔器注水，如闵35-12、闵35-20。综合治理套管损坏井技术是一个系统的工艺体系，涉及范围较广，我们应加强套管治理新技术、新工艺的现场试验力度，针对不同原因引起的套管损坏，采取相应的修复措施。
闵桥油田共有25口套损井，其中破漏井数为3口，变形井12（包括6口缩径）口， 错断井数为9口，其它1口。套损类型主要为变形、错断，占总套损井数的84%。套损25口井，其中主要为水井16口，占总套损井数的62.5%，油井9口。
二、套管损坏机理分析
1.造成套损的地质原因
1.1井眼周围岩石压力对套损的影响
钻井前，原始地层应力场中的各岩层处于平衡状态，钻井后，井眼中的应力被释放，井眼周围的岩石出现了临空面，原来的平衡状态遭到破坏，引起周围岩石应力重新分布，使孔壁上的应力比远处大得多。当应力集中处的应力达到围岩的屈服极限时，就有塑性变形发生或产生地层破裂，这种变形和破裂受套管和套管外水泥环的限制，同时套管外受到围岩的反作用力而产生变形损坏。因此，周围岩石压力是大多数套管变形损坏的一个重要原因。
1.2油层出砂造成套管损坏
在注水开发油田，在水驱油过程中，砂岩岩层胶结物易吸水膨胀和水解，在高的采液强度下，产生压差较大，从而使油层岩石骨架结构破坏，形成油井附近地带出砂。油层少量出砂时空洞只存在于各射孔附近，大量出砂后形成的空洞只存在于油层顶部的一部分，并占据油层的整个厚度，但随着空洞的增大，空洞占据的油层顶部也相应增多。如果上覆地层产生坍塌，空洞将存在于上覆层内。油层上覆地层重力主要靠油层来承担。当油层大量出砂后，破坏了岩石骨架的应力平衡，油层压力在开采过程中出现较大幅度的下降。当上覆地层压力大大超过油层孔隙压力和岩石骨架结构应力时，相当一部分应力将转嫁给套管，当转嫁到套管的压力大于套管的极限强度时，套管失稳，出现弯曲、变形或错断。
1.3断层复活造成套管损坏
闵桥油田是小断块油田，断层比较多。在油田开发过程中，由于地壳升降、地震和高压注水作用等原因，使原始地层压力发生变化，将引起岩体力学性质和地应力的改变，一方面是地层空隙压力增加，改变了原始地应力，因其地应力不平衡或是区块空间空隙压差增大；另一方面当注水进入断层接触面，造成接触面泥化，使其内摩擦系数减小，尤其是当断层不密封时，注入水在断层面迅速推移，在接触面起润滑作用，使层面间的胶合力和内摩擦力系数趋于零，大大降低了两层之间的抗剪应力，断层处于不稳定状态，在上下盘不太大的压差或重力作用下推动断层滑动，剪挤套管，从而导致套管损坏。
2.工程因素
2.1 高压注水诱发岩层滑动引起套管损坏
高压注水作用下，上覆层受到裂隙水压的“浮托”作用，加之注入水沿高压破裂的水泥环及裂缝窜入泥岩层，导致其有效正应力与抗剪强度明显降低，在开发区块间地层压力差的作用下，推动局部地层产生失稳滑移、蠕动，从而造成油水井套管损坏。闵桥油田套损井的注水压力远远高于该区块的最大注水压力.
2.2.2操作因素，主要有作业磨损、高压作业、射孔，井筒除垢等。
井下作业施工过程中，油管起下操作不当使套管产生机械擦伤，对油层中上部套管造成损伤。修井时管柱起下、刮削、井筒除垢（化学作用）等作业过程，由于均会作用于套管，对套管造成不同程度的磨损、破坏或腐蚀，无形中降低了套管的强度，对套管变形造成了潜在影响。
射孔时十几发甚至几十发射孔弹在一瞬间爆炸，产生的巨大冲击波作用在套管上，套管突然胀大，使套管在射孔井段中部或非射孔井段相交位置发生剧烈变形，特别在射孔段上部或下部由于应力集中，造成套管抗挤压强度降低。这样油水井在外界力量作用下，可能引起套管变形。同时随着射孔弹药量的增加、射孔密度加大，加剧了对套管的损坏程度。如选用127弹，16孔/米，套管强度降低系数达到1%以上。套管射孔后孔眼周围将产生不同长度的裂纹，而裂纹周围的非均匀应力，又会加速这种裂纹变化，注入水或地下水又会加速腐蚀这部分套管；在长时间注水后（例如注水井不平衡注水特别是高压注水时），射孔段由于长期受高压水流的冲刷，导致射孔孔眼逐渐扩大，从而降低了套管抗挤压强度，此处的套管更加发生套损。
3.腐蚀因素
套管漏失主要发生在套管固井水泥返高界面以上。据调查，引起井下套管腐蚀的因素很多，通过对江苏油田注入水常规离子化验资料及水质指标监测结果进行分析发现，污水回注区引起腐蚀的主要因素是水中的溶解氧、硫酸盐还原菌及高矿化度等。各种因素下的腐蚀率又受到温度、PH值、水流速等外部条件的影响。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将是SRB菌及H2S气体。
三、预防措施
1.提高固井质量
闵桥油田采用振动固井技术，提高固井质量，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，防止注入水沿水泥胶结不好层带窜入泥岩层，保证层间互不相窜。
2.提高油层套管强度
油田开发前要准确的测定地应力值，选择合适的套管等级和壁厚。对容易发生变形的岩层段，普通N80/139.7/7.72mm难以承受不均匀地应力的挤压，闵桥油田对新钻井油井闵28-10、闵28-11、闵28-12、闵28-13、闵28-14等采用壁厚为9.17mm的套管。通过采用高钢级、大壁厚的套管，提高套管特殊部位的抗挤压强度，延长套管使用寿命[6]。
3.保持注采平衡
针对闵桥等具有断层的油田进行水处理研究和调配，使断层上升盘和下降盘的注水量保持平衡，缓解由于非平衡注水造成的地应力变化而引起的套管损坏。保持注采平衡可以缓解由于非平衡注采造成的套管损坏。合理的注水压力和采油压力，有效的防止地层出砂。同时采用机械及化学防砂方法防砂，防治出砂对套管的损坏。
4.注水过程的套管保护
针对注水压力高，腐蚀性强的水井，采用封隔器卡封上部套管，既可有效保护上部套管，又可防止高压注水对套管造成进一步损坏。
四、闵桥油田套损井治理配套工艺技术
1. 套损井错断、破损腐蚀类套损修复、采用套管补贴技术
套管破裂（井段较短）的套损井主要应用机械整形及钻铣形成通径后再进行套管补贴修复工艺技术，该技术是利用专用的补贴工具通过液压挤胀的方式将膨胀管补贴在因腐蚀穿孔、误射炮眼、丝扣漏失、机械损伤等造成的套管损坏部位。
2.套管整形到一定通径，用小直径封隔器实行分注
由于套管变形，采油胀管器胀管、辊子整形器整形、液压整形等工艺，使变形套管恢复到一定大小，通管规能顺利起下，然后再使用Ф95mm封隔器及配套的配水器实施分注。
2012年6月份，闵40油井转注，下通径规Ф118mm落实井筒内径，通井规在1646米处遇阻，后用梨形胀管器整形，下Ф114mm通井规顺利通至人工井底，通井规无异常。套管整形后井筒内径为Ф114mm，为了防止在生产中套管再次缩径而发生井下管柱卡，采用外径为95mm井下封隔器和配水器实行一级两段分注，该井使用HDK341-95扩张式封隔器实施分注。
五、建议
随着闵桥油田的进一步生产开发，套管损坏已成为造成油水井停产的主要原因之一，分析并找到套管损坏原因，并针对套管损坏井的状况提出相应的预防措施和修复措施，是保证油田生产正常进行的必要手段。如套管缩径的闵28-2、闵40-18水井，急需套管整形后实施分注作业，缓解井组层间矛盾。针对已经整形通径为114mm以上的注水井，为了防止套管进一步变形导致井下封隔器被卡，目前都采取笼统注水，可以使用小套管加固工艺技术（外径102mm），然后再使用小直径封隔器注水，如闵35-12、闵35-20。综合治理套管损坏井技术是一个系统的工艺体系，涉及范围较广，我们应加强套管治理新技术、新工艺的现场试验力度，针对不同原因引起的套管损坏，采取相应的修复措施。