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1、注水井套损原因及预防治理摘要:由于注水井套管的工作环境不断恶化，所受的负 载不断增加，造成套管出现不同程度的损坏。为此通过套管缩径变形 及套管漏失损害等机理分析，找出预防治理泥岩层套管变形和避免上 部套管侵蚀漏失的方式，避免或减少高压注水井的套管损坏，为低渗 透油田正常的注水开发提供坚实的基础。关键词:套管;注水;侵蚀一、引言对于低渗透油田一般采用高压注水的开发方式，高压注水开 发虽取得了明显的经济效益，但也使注水井套管的工作环境不断恶 化，套管所受的负载不断增加，造成套管出现不同程度的变径乃至破 裂，部份井还出现了浅层套管漏失窜槽的情形。为此迫切需要找出引 发这些油田套管损坏的主要原因，并采
2、取相应的办法，避免或减少高 压注水井的套管损坏，这对此后低渗透油田正常的注水开发具有着重 要意义。二、高压注水井套管损坏特征低渗透油田高压注水井套管损坏以套管漏失、缩径变形为 主，变形严峻的发生破裂现象。经统计，%的套管损坏井套损出现的 时刻一般在转注后 5 年之内。 套管漏失主要发生在套管上部未固井 井段，缩径变形主要位于射孔部位周围的夹层及射孔井段，且缩径变 形水井注水压力一般都比较高，射孔部位出现套管变形的注水井多数 存在出砂情形。3、高压注水井套管损坏原因分析对套管损坏问题，国内外很多学者进行了多方面研究，主要 有以下观点：地质因素：主要包括构造应力、层间滑动、蠕变、注水 后引发地应力
3、转变等；钻井因素：主要包括井眼质量、套管层次与壁 厚组合、管材选取和管体质量；侵蚀因素：主要有高矿化度的地层水、 硫酸还原菌、硫化氢和电化学侵蚀等；操作因素：主要有下套管时损 坏套管、作业磨损、高压作业、掏空射孔等。套管缩径变形损坏机理分析泥岩段套管损坏机理注水诱发泥岩段套管损坏的大体原因是：注入水进入泥岩 层，改变了泥岩的力学性质和应力状态，从而使泥岩产生位移和变形， 挤压造成套管损坏。油水井完井一段时刻内，套管通过水泥环与地层牢牢结合为 一体，套管不受地应力作用，仅经受管外水泥浆柱压力。这对于一般 按水泥浆柱设计下入的套管，不会发生套变。但油田注水开发后，情形发生了转变。当注入水进入砂岩层
4、 时，水在孔隙中渗流，岩石骨架没有软化，地应力作用也没有转变。 当注水井在接近或超过地层破裂压力注水时，大量高压水便窜入泥岩 隔层、地层界面引发地质、地层因素转变，对套管产生破坏力。不平 稳注水使地层常常性张合，致使套管周围的水泥环松动、破裂，注入 水得以沿破裂的水泥环窜至泥岩层，使注入水与损坏段外泥岩充分接 触。由于地下岩层非均匀地应力存在，当注入水进入泥岩层，破 坏了其原始的含水状态，使泥岩层出现侵水软化，产生了蠕变变形， 从而在套管周围形成了随时刻而增大的类似椭圆型的径向散布非均 匀外载，要忽略水泥环的作历时，这种载荷在最大地应力方向将超过 该深处的最大主地应力值，而在最小地应力方向低于
5、该深处的最小地 应力值。砂岩段套管损坏分析高压注水时，如油层物性差，油水井间连通性不好，就会在 油层周围蹩起高压。蹩压作用使岩石骨架膨胀，吸水层厚度增加，引 发砂岩层局部发生垂向膨胀。在实际注水井中，由于射孔井段一般都是砂岩和泥岩的混 层，注入水进入地层后，引发砂岩垂向膨胀，降低了套管的抗挤毁强 度，在泥岩蠕变引发的径向挤压载荷的作用下，套管发生变形损坏。套管漏失损害机理分析套管漏失主要发生在套管固井水泥返高界面以上。据调查， 引发井下套管侵蚀的因素很多，通过对低渗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觉，污水回注区引发侵蚀的主要 因素是水中的溶解氧（在mg/l,超标2-8倍
6、）、硫酸盐还原菌SRB（25-1100个/ ml）及高矿化度（30000 mg/l以上）等。各类因素下的 侵蚀率又受到温度、PH值、水流速等外部条件的影响。另据有关报 导油层采出水中较高的H2S也是造成套管侵蚀的主要因素。通常情形下，油套环空长期处于封锁状态，因此起侵蚀作用的主要因素将是SRB菌及H2S气体。4、预防治理套损井的几点熟悉预防治理泥岩层套管变形避免注入水窜入软弱夹层a 注入压力限制在地层微裂痕以下 注入压力应以知足注水量，避免套管损坏为合理注入压力。若是这两项发生矛盾时，应以后者来肯定，注水量则通过调整注采井 网，增加注水井数来知足。在生产中，注水、压井时，井底压力都不 得高于地
7、层最小水平地应力，以避免形成注入水窜入软弱夹层。因此， 一个油田开发前，应开展地层地应力测试，按照地应力测得结果，按 开发方案要求，把注入压力控制在最小地应力以下。b 增强注入水质配伍研究，控制注入压力太高按期对高压注水井采取洗井、防膨及解堵办法，避免各类因素造成地层污染；避免注水压力超高。同时增强注水配伍方案研究，对已污染地层可采用低伤害酸预处置后再投注c 提高固井质量，保证层间互不相窜采取有效办法提高固井质量，避免注入水沿水泥胶结不好层 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 制水泥浆上返速度和高度等，使第一、二界面结合牢固。提高套管抗挤强度a 完井采用高钢级、大壁厚
8、的套管由上面的分析能够看到，对容易发生变形的岩层段，普通N80/难以经受不均匀地应力的挤压。在传统保守设计套管抗挤强度 时采用上覆岩层压力来肯定套管抗最大外挤力。事实上证明用这种方 式肯定最大外挤力是不适合的。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。因此，油田开发前要准确测定地 应力值，选择适合的套管品级和壁厚。b 在易发生套管损坏岩层段下双层组合套管泥页岩层在见水时易产生蠕变，在井壁周围产生不均匀地应 力挤压套管，当其“等效破坏载荷”或地层出现施加套管侧向力比较 大时，用高强度套管知足不了抗挤需要，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
9、度还要高出 25-70。避免上部套管侵蚀漏失通过上面的分析可知上部套管漏失主如果由于侵蚀造成的， 因此在生产上必需从避免侵蚀入手保护套管，减少漏失的发生。提高注入水质量，减少侵蚀伤害当发觉井下套管漏失是由于侵蚀造成的，应按照化验出的各 类离子成份含量分析判断是属于那种侵蚀而采取相应的防腐办法。在 生产实际中应对不同区块的侵蚀损坏作出分析化验，按照侵蚀类型和 侵蚀速度进行防腐，杀菌办法。采用环空保护技术提高套管利用寿命环空保护与软密封隔离技术是一种用于注水井环空防腐的 保护技术。它是在油套环空的水中加入保护剂，抑制细菌的繁衍，减 轻侵蚀，同时在环套空间下部加入软密封隔离塞，使保护液与注入水 隔离
10、，它的作用类似于封隔器，且不受套管变形限制。该技术可用于 所有的合注井和分层注水井，专门是套管变形的合注井。钻井完井时，提高水泥浆上返液面，增强固井质量针对套管漏失主要发生在套管未固井井段上部的现状，完井 时可考虑提高水泥环上返高度至地面，并采取办法保证固井质量，达 到水泥浆硬化后在套管周围形成一圈致密持续的水泥环。针对注水压力高，侵蚀性强的水井，采用封隔器卡封上部套 管，既可有效保护上部套管，又可避免高压注水对套管造成进一步损 坏。采用阴极保护技术套管的阴极保护原理是采用地面直流电源和辅助阴极，供给 大量电子，使被保护金属阴极化，当极化电位极化至被保护金属侵蚀 电池中阳极初始电位相等或负些时
11、，侵蚀就被控制。五、下步研究方向关于套管形态的监测套管损坏的形态多种多样，套管变形中除缩径变形外还有椭 圆变形、弯曲变形、单面挤变变形等；套漏又有套管裂开、侵蚀穿孔 及密封性漏失多种情形。尤其对套管变形的肯定，采用打铅印或通井 的方式仅能肯定一个位置，对于一口井有多处位置的情形就不好肯 定。建议下步应用彩色成像测井技术或微井径仪对套损形态作深切研 究，为套损的研究、预防和治理提供确凿证据。关于变形机理的深切研究目前按照有关的理论研究只能对地层非均匀应力对套管的 挤压作定性分析，高压注水压力强度的界定难以解决。下步建议采用 ANSYS 软件对三维套管外挤进行大变形、非线形弹塑性应力应变强 度进行防真研究。充分了解套管在双向非均匀外挤条件下的应力场与 位移场，和套管的椭圆变形进程、外部载荷矢量、管壁应力等高线散 布等。从而为肯定合理的注水压力界限等提供量化依据。
