临盘油田高压注水井套管损坏原因及防治措施

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1、临盘油田高压注水井套管损坏原因及防治措施石丽萍李彬【摘要】针对临盘油田实施高压注水以来,注水井套管损伤日益增多的现象,通过现场调研,找出该油田套管损害的主要原因,并从物理和化学两方面提出了防治措施,即在管柱上加设套管保护封隔器和环空保护液,对已发生套损的井应用套管补贴、换套管、注水泥等方法进行治理,矿场已取得较好效果。【关键词】套管损伤腐蚀分层卡封高压注水临盘油田随着临盘油田开发的不断深入,注水启动压力逐年上升,在井底高温高压的条件下,注水井套管出现变形、破漏、错断的情况也逐渐增多,近几年每年有5

2、～8口水井因为套管损伤转大修甚至报废。此外,套管带病生产的井也为数不少,影响了注采井网的完善,降低了开发效果。套管损伤已成为作业费用不断攀升的主要因素之一,增加了油田开发成本。为了从根本上解决高压注水井套管损害问题,从大量调查入手,对套管损伤类型、形成机理进行研究,从“防”和“治”两个角度对油层套管实施维护。3、射孔以及酸化、压裂增注措施临盘油田水井皆为射孔完井,大部分采取了酸化措施,而这两点对套管强度都有很大影响。由于射孔后,套管孔眼周围将产生不同长度的裂纹,裂纹将产生应力集中,加快裂纹的发展,

3、而裂纹区易加速套管腐蚀;另外,射孔段长期受高压射流的冲刷,孔眼增大,降低了套管抗挤压强度。4、腐蚀不达标的注入水会对套管各部位产生不同程度的腐蚀,一方面,使套管壁变薄,强度降低、内径缩小,在地应力的作用下发生断脱;另一方面,发生套管穿孔漏失。调查发现,临盘油田回注污水中硫酸盐还原菌达到57～132个/ml,溶解氧达到0.17～0.56mg/l,总矿化度达到50000mg/l,以上因素以及CO2,H2S等腐蚀物质的协同作用,破坏了套管的结构,在内外压差大于其屈服程度时发生脆断损伤。5、钻井作业施工固

4、井质量差等钻井原因对套管造成的损伤也日渐明显。统计采油厂的套管损伤井82口,大都在100～500米井段发生套破,调查发现这些井的水泥返高,离地面还有近1000米的范围内没有固井,套管长期处于单向受力,容易造成漏失穿孔。在作业过程中的套铣、刮削以及酸化、重复射孔等操作都会降低套管的强度,使套管容易破裂断开。一、套管损坏类型套管损坏一般可分为套管变形、破裂和密封性破坏三种类型。套管变形又可分为椭圆变形、弯曲变形、单面挤扁、缩径变形和扩径变形;套管破裂可分为套管错断、套管裂开和腐蚀穿孔;密封性破坏是指由

5、于套管脱扣或丝扣质量差不密闭,造成套管外返油、气、水。至2008年底,临盘油田发生套损的水井有37口,其中套管变形的23口,套管破裂的12口(有2口套损严重的发生错断)。二、套管损坏原因1、断层的影响套管损坏往往与断层复活有关。断层是地层中地应力剧烈不平衡引起的。对于一个未开发油田,在没有地震和地壳运动情况下,其地应力是平衡的,断层处于平衡状态。而在油田开发过程中,尤其是大面积高压注水时,一方面使孔隙压力增加并改变了原始地应力,引起地应力不平衡或区块间孔隙压差增大;另一方面当注入水进入不封闭断层接

6、触面时,两层接触的抗剪应力大为降低,当这两种力共同作用或其中一种力作用达到一定程度,断层就开始滑动,断层的复活将引起套管的损坏。临盘油田断层多达211条,在高压注水过程中断层有复活的可能,引起断层附近的井损坏。临盘油田套损井多数分布在断层附近,尤其是在大芦家-盘40单元分界断层两侧套损井比较集中,这一现象说明了临盘油田严重套损与断层有直接关系。2、泥岩蠕变及吸水膨胀泥岩在套管损坏中也起着举足轻重的作用。泥岩引起套管损坏的主要机理为:油田注水开发后,当注入水进入泥岩时,泥岩吸水软化,其成岩的胶结力逐

7、步消失,变为塑性,蠕变速度增大,在井眼周围产生非均匀应力分布。对于未射孔井段,套管受椭圆变形。临盘油田具有小断层多,单层薄的特点,曾有比喻“临盘油田构造就如一个盘子摔在地上,再被踩了一脚”,平均单层厚度仅为1.3米,泥岩、砂岩间互,并且投产时多采取酸化、压裂改造措施,因此高压注水时泥岩吸水的可能性较大,套管损坏的可能性也较大。46各界·科技与教育三、套管损伤的预防措施1、物理保护措施物理保护措施主要是在油层顶界以上增设套管保护封隔器,优选适宜的封隔器满足不同类型注水井的需求。其重点是封隔器的选择,

8、由于用作套管保护的封隔器坐封后,液体压力都将作用在胶筒上,上下压差很大,封隔器要承受很大的上顶力,因此不仅要求封隔器密封件要耐高温高压,抗撕裂性好,同时要求注水管柱在内外压力温度变化时蠕动要小。通过不断的探索和研究,采用了以下两类管柱组合。(1)分层注水井套管保护工艺针对不同的注入压力,可以选择悬挂式分层注水工艺或支撑式分层注水工艺。悬挂式分层注水工艺由Y341系列封隔器、ZJK空心配水器、水力锚等工具组成,见图1。管柱特点是结构简单,封隔器一直处在密封工作状态,耐压能力较强,有效