注水开发油田套管损坏讲座
石油工程技术 井下作业 油水井破损套管的化学堵漏修复技术
油水井破损套管的化学堵漏修复中原油田由于盐膏层发育,地质条件复杂以及长期注水开发,特别是增压注水,油水井套管破损现象十分普遍,井况恶化问题日益突出。
特别是一些老井,由于油层套管使用时间过长,固井水泥又没有完全封固油层套管,在套管自由段和封固段因腐蚀造成穿孔,再加上套管变形、破损等现象,造成地层出钻井液、出水,严重影响油水井的正常生产。
目前,解决油水井因腐蚀和其他原因造成的套管破漏穿孔问题主要采用常规无机胶凝材料堵漏和热固性树脂堵漏方法,以及部分换套大修工艺和内衬小直径套管工艺。
但这些技术常常由于受到使用效果、使用有效期和施工费用的限制,许多油水井的套漏问题不能得到及时有效地解决,制约了油气生产。
以最常用的无机胶凝材料堵漏技术（如水泥膨润土堵漏）和热固性树脂增漏技术（如脲醛树脂堵漏）为例,目前油水井破损套管的化学堵漏修复主要存在下列问题：（1）堵剂不能有效地驻留在封堵层位,堵剂替至目的层后未凝固前就已漏失掉,造成堵浆注入量大,施工时间长。
（2）形成的固化体脆性大,易收缩,不能与周围介质形成牢固的界面胶结,在注采压力的作用下使封堵失效,缩短了施工有效期,对于薄层和小井眼封堵封窜更是如此。
（3）堵剂适应性和安全可靠性差,施工风险大。
为克服上述工艺的缺陷,针对套管破损穿孔漏失等问题,开展了油水井破损套管化学堵漏修复技术研究，研制出能在漏失位置有效驻留，并能形成界面胶结强度高、有效期长的封固层的新型化学堵剂YLD-1，在破损套管的化学堵漏修复方面取得重大突破，显示出良好的应用前景。
1室内试验1.1该技术对化学堵剂的性能要求1.1.1化学堵剂进入封堵层后，能够快速形成网架结构，有效地滞留在封堵层内。
1.1.2在井下温度和压力的养护条件下，通过有机和无机堵剂的协同效应和化学反应，能够在封堵层位形成抗压强度高、韧性好、微膨胀和有效期长的固化体。
1.1.3能与周围介质胶结成一个牢固的整体。
1.1.4配制的堵浆流动性和稳定性好，挤注压力低，固化时间易于调整。
油田开发过程中油水井套管损坏问题探讨
油田开发过程中油水井套管损坏问题探讨摘要：现阶段，油田生产作业频繁，生产周期逐渐变长，以及注水、底层下沉引起的应力变化，造成油田开发过程中油水井套管损坏现象逐渐增多，严重影响着油田的产量和开采效率，而且为井下施工带去一定的风险与难度。
基于此，本文首先分析套管损坏机理，继而提出有效的预防、检测及修复技术措施。
关键词：油田开发；油水井；套管损坏引言在油田生产中，如果发生套管损坏，会造成注采井网布局不合理，影响开发效果与进度，如果重新打更新井会大大增加成本，同时拖延开发进度，因此，套管损坏的预防与修复成为油田开发中亟待解决的问题。
一、套管损坏的类型首先油田开发中多种因素的干扰，套管损坏的类型较多，常见的有套管的破裂、变形、穿孔、错断等，对套管的运行造成很大的影响，严重的会导致流体泄漏，影响油田生产。
如果注水井的套管发生故障，会导致注入水的窜槽，影响注水效果。
油井的套管损坏，导致压力的泄漏，影响到井下抽油泵的正常运行，致使油井产量大大降低。
套管变形有缩颈变形和弯曲变形两种，有一些还有套管漏失的现象，包括套管断裂、套管错断，一旦出现套管损坏，必须进行修复技术措施。
对井下套管进行修复，可以解决套损故障，保障油水井的正常生产，满足油田开发过程中的技术要求。
二、套管损坏机理1、地层力对套管的破坏第一，套管受盐层塑性流动产生的外挤压力而出现损坏和变形，盐膏和盐层发育井段，在波动的外界压力、高压和高温下出现塑性流动，产生较大的外挤压力，大大的超过上覆地层压力而挤毁套管，尽管在有水泥封固的组合套管中，外壁受到的压力会明显减小，但非均匀载荷也会通过固体介质传递到外壁，造成破坏。
第二，在盐层的溶解作用下，扩大了井眼或是造成坍塌而产生外挤压力和冲击力挤毁套管，通常情况下会有结盐出现在损坏处，压裂放压可释放出盐水，严重情况下结盐会卡死油管和套管，不能进行大修。
第三，断层区间非均质力对套管造成的损坏，区间压力会因为断层的存在而表现的不平衡，同时出现水串，加重了套管受力的非均质性，损坏套管。
探讨套管损坏原因及修井作业技术
探讨套管损坏原因及修井作业技术发布时间：2022-08-16T02:03:57.856Z 来源：《工程管理前沿》2022年第4月7期作者：张琦[导读] 在油田正常生产过程中，张琦大港油田采油一厂天津市300280摘要：在油田正常生产过程中，一旦油水井套管损坏，注采井网就会损坏，严重影响油田的正常生产。
为了恢复油水井的正常生产，通常需要对损坏的套管进行修复，以有效避免油水井因套管损坏而停产。
这对油水井的正常生产，提高油田开发的经济效益具有重要的现实意义。
套管损坏的原因多种多样，由于套管损坏的原因不同，采用的修复技术也不同。
因此，有必要根据套管损坏程度合理选择修复工艺。
关键词：套管损坏；原因修井作业；操作技术介绍随着油田勘探开发的不断深入，目前我国大部分油田已进入开发中后期。
油水井经过长时间的生产后，容易发生套管损坏，导致其无法正常生产，严重影响油田的正常生产。
分析了套管损坏的原因，研究了套管损坏的预防措施，探讨了常见的套管损坏修复技术，以供参考。
1、套管损坏原因分析1.1物理因素在井下作业过程中，套管会受到各种力的影响，这些力来自不同的方向。
如果力超过套管的允许极限强度，则套管会损坏。
因此，在下套管设计过程中，必须合理选择套管材料及其强度。
然而，由于我国大多数油田地质条件复杂，很难预测套管的井下条件。
此外，在油水井井下作业过程中，一些井下工具经常与套管发生碰撞或划伤，也会对套管质量造成一定的损坏。
一般来说，套管损坏的物理影响因素主要包括地层移动产生的力引起的套管损坏和外力引起的套管损坏。
其中，地层力引起的套管损坏更为严重。
地层力引起的套管损坏主要包括以下几种情况：（1）岩层塑性流动引起的套管损坏。
（2）盐层坍塌造成套管损坏。
（3）套管故障。
（4）地层蠕变引起的套管损坏。
（5）环境因素造成的套管损坏。
外力引起的套管损坏有三种类型，即摩擦损坏、静水损坏和注水诱导力损坏。
1.2化学因素套管损坏的化学影响因素主要是指地层中的化学物质与套管材料发生化学反应造成套管出现腐蚀，从而形成套管损坏。
注水井套管损坏原因分析及改进措施探讨
注水井套管损坏原因分析及改进措施探讨作者：邵晓东来源：《教育科学博览》2014年第01期摘要：随着油田开发时间的延长，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。
本文详细分析了造成注水井套管损坏的诸因素，提出了改进措施，取得了较好的效果。
关键词：注水井套管损坏原因分析改进措施1 导致注水井套管损坏原因分析一般来说，注水井套管损坏不外乎以下几方面：（1）地质因素，主要包括构造应力、层间滑动、蠕变、注水后引起地应力变化等；（2）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；（3）腐蚀因素，主要有高矿化度的地层水、硫酸还原菌、硫化氢和电化学腐蚀等；（4）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。
而导致注水井套管损坏的主要原因是注水诱发泥岩段套管损坏，即当注入水进入泥岩层，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。
油水井完井一段时间内，套管通过水泥环与地层紧紧结合为一体，套管不受地应力作用，仅承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。
但油田注入水进入砂岩层时，水在孔隙中渗流，岩石骨架没有软化，地应力作用也没有变化。
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、地层界面引起地质、地层因素变化，对套管产生破坏力。
不平稳注水使地层经常性张合，导致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间而增大的类似椭圆型的径向分布非均匀外载，要忽略水泥环的作用时，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该深处的最小地应力值。
套管周围蠕变外载的分布形式用椭圆形表示（图1）。
套管防治技术讲座
6 、研究了采油作业的钻杆接头与套管内壁之间的接触压力对 套管磨损速度的影响，通过试验研究发现，磨损速度与接触压 力之间呈抛物线关系。指出，在钻杆接头上加焊碳化钨钢质保 护箍，可以减轻钻杆接头对套管内壁的磨损速度。另外的途径 就是避免在钻井过程中产生“狗腿”，以避免以后工具通过时 与套管内壁的接触压力。
目前所发现的套损井 的平均正常生产年限为11 年。
¤À Ê û Ó Í Ì ï Ì ×Ë ð ¾ ® Ì ×¹ Ü Ê ¹ Ó Ã Ä ê Ï Þ ± ý × ´ Í ¼
1% 3% 7% 11% 23% Ð Ó ¡ Ú µ È Ó Ú 5Ä ê 6-10Ä ê 11-15Ä ê 16-20Ä ê 21-25Ä ê 26-30Ä ê 31-35Ä ê
方法
常规方法：
•铅模打印
新的方法：
•超声波彩色井壁成像
•封隔器验串
•薄皮管验弯
• “鹰眼” 摄像
•多臂井径测量
•井温找漏
•速率陀螺测量
•磁法—测壁厚
……
套管破裂 错断的铅模照片
测井车
地面仪器
井下 仪器
套管射孔情况
套管破漏情况
三、套管损坏的原因分析及对策
综合原因:
•大部分井“老龄” •地层理化性能发生变化 •套管周边环境日趋恶劣 •增产作业更加频繁
吉林油田针对本油田套管损坏的实际情况进行了调查 分析工作，认为注水开发后引起的地应力在井眼周围集中 和两种岩层间的胶结被削弱后上下岩层间的相对滑动剪切 是他们油田套管损坏的主要原因。长庆油田套管腐蚀严重， 在调查后认为，其主要原因是某段地层露头与洛河相接， 而洛河水被酸污染严重，造成了井下套管的电化学腐蚀。 中原油田钻井研究所就其套管损坏井进行了抽样调查分析， 认为盐膏层的蠕变是中原油田套管损坏的主要原因。
《注水导致套管损坏机理及力学模型研究》
《注水导致套管损坏机理及力学模型研究》篇一一、引言随着石油工业的不断发展，注水技术作为油田开发的重要手段，对于提高采收率和维护油田稳定具有至关重要的作用。
然而，在注水过程中，由于各种因素的影响，套管常常会出现损坏现象，这不仅影响油田的正常生产，还可能带来严重的安全事故。
因此，研究注水导致套管损坏的机理及力学模型，对于预防和减少套管损坏具有重要意义。
二、注水导致套管损坏的机理1. 地质因素地质因素是导致套管损坏的重要原因之一。
地层中的裂缝、断层、岩性变化等都会对套管的稳定性产生影响。
特别是在高渗透性、高压力的地层中，注水过程中产生的压力波动容易使套管受到挤压、变形或破裂。
2. 工程因素工程因素也是导致套管损坏的重要因素。
在注水过程中，由于注水速度、注水量、注水压力等控制不当，容易造成套管受压过大，从而引发套管损坏。
此外，套管的设计、制造、安装等环节的缺陷也会对套管的稳定性产生影响。
3. 腐蚀与磨损在注水过程中，水中的化学物质、氧气等会对套管产生腐蚀作用，导致套管表面出现腐蚀坑、裂纹等缺陷。
同时，由于长期受到水的冲刷和摩擦，套管也会发生磨损现象，进一步加速了套管的损坏。
三、力学模型研究为了更好地研究注水导致套管损坏的机理，需要建立相应的力学模型。
以下是一种常见的力学模型：该模型主要考虑了注水过程中套管所受的内外压力、温度变化等因素对套管的影响。
具体而言，该模型将套管视为一个弹性体，通过分析注水过程中产生的压力波动的传递规律，以及套管在不同压力作用下的变形和破坏过程，来研究套管的损坏机理。
在该模型中，可以将注水过程中产生的压力波动视为一种激励力，通过分析该激励力的大小、频率、作用时间等因素对套管的影响，可以得出套管的应力分布和变形情况。
同时，还需要考虑温度变化对套管的影响，因为温度变化会引起套管的热应力变化，从而影响其稳定性。
四、研究方法与实验验证针对注水导致套管损坏的机理及力学模型研究，可以采用理论分析、数值模拟和实验验证等方法。
修井工程套管损坏的修复讲课文档
10、套管试压压力下降快或打不起压。
现在三页，总共九十页。
一、套管损坏的判断及验证方法
当发现上述某些现象后，说明套管可能已经损坏， 必须进一步证实套管损坏的具体位置、损坏程度及类 型，方法如下： 1、通井确定套管变形、错断的深度； 2、打铅印确定套管变形深度与套管变形程度、套管 错断深度及错断位移的大小； 3、井径测井测出变形程度及变形井段长度； 4、井下电视测井观看套管破裂形状、大小、深度； 5、封隔器找漏确定套管破裂的大概井段。
现在二十三页，总共九十页。
1)冲击胀管整形
注意事项： ⑴使用胀管器时，应选用不同尺寸逐级加大外径，但不 可加大过多。每次胀管器通过后， 下一次工具外径加 大1～3mm。 ⑵有些胀管器带有螺纹槽，在上提下放的活动中螺纹很 容易被卸开，因此工具下井时一定要切实上紧。 ⑶使用梨形胀管器对套管整形时，要根据套管变形情况 ，慢加压，轻顿，通过多次顿击通过变形位置。多次胀 不开时，切忌高速下放冲胀，加压猛顿，强行通过。由
于速度及下放高度的增加所产生瞬时冲击力很大，胀管器虽可强行 通过，但套管被挤胀后钢材本身的弹性恢复力将使胀管器通过的尺 寸缩小，造成卡钻。
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1.机械整形
2)旋转碾压法
工具：偏心辊子整形器和三锥辊整形器
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2)旋转碾压法
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1)补贴工具
补贴工具连接顺序自上 而下为：滑阀、震击器 、水力锚、液缸、止动 环、加长杆、安全接头 、刚性胀头、弹性胀头 、导向头。
注水开发油田套管损坏讲座
2、固井质量问题
• 固井质量不合格将严重影响套管 寿命
3、射孔对套管损坏的影响
• 原因：一是外挤力引起射孔套管失 稳破坏；二是由轴向拉力和内压力 引起的套管强度破坏。
射孔对套管损坏的影响
套管错断示意图
套管错断型
坍塌型套管错断示意图
二、套管损坏机理
（一）地质因素 （二）工程因素 （三）腐蚀造成套管损坏
（一）地质因素
1、泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏 2、油层出砂造成套管损坏 3、岩层滑动造成套管损坏 4、断层复活造成套管损坏 5、盐岩蠕变、坍塌和塑性流动引起套管损坏 6、地震活动造成套管损坏 7、地层压实造成套管损坏
• 一般以错断、坍塌为主
• 套管损坏位置与断层深度基本一致
断层复活造成套管损坏
巴拉哈内－萨布奇－拉马宁油田套管损坏情况
井号
井的位置 投产时间
射孔深度
套损深度 断层深度 套损时间 服役年限
2365
西南翼
1959 年 1290～ 1296
1245
1243
1962 年
3
2372
西南翼
1959 年
976～ 1015
972
970
1960 年
1
2185
西南翼
1951 年
1104～ 1111
－
－
－
－
1121～ 1126
1068
1070
1961 年
10
1131～ 1135
－
－
－
－
585～ 614
523
525
1967 年
13
2768
东北翼
1954 年
280～ 311
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890
888
1961 年
1
东北翼 1961 年
849～858
841
－
1963 年
2
2793
顶部
1964 年 1160～1177
1110
1112
1965 年
1
2042
近顶部 1956 年
930～935
1000
1050
1959 年
3
2816
西南翼 1961 年 1154～1178
1102
1103
1963 年
（2）注采压差推动岩层滑移：对低渗透或 注水井周围地层堵塞情况，注采井间压 力差距大，可能会导致局部地层在孔隙 压力作用下向油井方向滑动，损坏套管。
岩层滑动造成套管损坏
特点
• 套管损坏以剪切错断破坏为主 • 套管损坏成片发生 • 低压区的油井比高压区更易损坏 • 相邻套损井发生在同一层
4、断层复活造成套管损坏
972
970
1960 年
1
2185
西南翼 1951 年 1104～1111
－
－
－
－
1121～1126
1068
1070
1961 年
10
1131～1135
－
－
－
－
585～614
523
525
1967 年
13
2768
东北翼 1954 年
280～311
270
273
1974 年
13
东北翼 1961 年
855～912
• 一般以错断、坍塌为主
• 套管损坏位置与断层深度基本一致
断层复活造成套管损坏
巴拉哈内－萨布奇－拉马宁油田套管损坏情况
井号 井的位置 投产时间 射孔深度 套损深度 断层深度 套损时间 服役年限
2365
西南翼 1959 年 1290～1296
1245
1243
1962 年
3
2372
西南翼 1959 年 976～1015
油层出砂造成套管损坏 特点
• 弯曲、变形、错断 • 主要发生在射孔段（出砂段）或以上的
地层内 阿塞拜疆石油研究所研究结果：
80口出砂套损井，其中40口在衬管部 分、36口在衬管上部，仅有4口在衬管下 部。
3、岩层滑动造成套管损坏
• 原因：
（1）层理发育的页岩层浸水后，由于进水
阻力小，很快形成浸水域，在区块压力 差或地层倾角产生的地势压差等作用下， 岩层成片滑动，剪切套管。
泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏
泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏
特点
• 主要发生在泥岩段 • 在未射孔段套管椭圆形变形多 • 表现为零星井套管损坏（注水井为主）
2、油层出砂造成套管损坏
• 原因：油层出砂后，在炮眼附近地层形
成空洞，出砂严重时将会在整个射孔段 形成空洞或坑道，随开采强度增加空洞 的半径也增加。而油层上覆地层的压力 主要靠油层来承担，当上覆层压力大于 油层孔隙压力时，地层应力平衡破坏， 有相当一部分应力将转移到套管上，造 成套管损坏。
注水开发油田套管损坏 机理及防治措施
报告人：张 士 诚
汇报内容
• 套管损坏形态 • 套管损坏机理 • 套管损坏保护措施 • 对套管损坏的认识 • 套管损坏预测方法
一、套管损坏形态
1、套管变形 2、套管破裂 3、套管错断 4、腐蚀穿孔 5、套管密封性破坏
套管变形
套管受不均匀外挤力造成椭圆变形示意图
• 断层复活原因：地层升降、地震、高
压注水
高压注水：一方面使地层孔隙压力提 高，改变了原始地应力场，引起地应力 不平衡；另一方面注入水进入断层接触 面，造成接触面泥化，致使层面胶结力 和内摩擦力趋于零，大大降低抗剪切力， 在上下盘压差或重力作用下，断层滑动， 剪挤套管。
断层复活造成套管损坏
特点
• 断层一旦复活，断层附近的井将出 现成片套管损坏，而且损坏程度严 重；
1、泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏
• 泥岩特点：不稳定的岩类，当注入水进
入泥岩层后，改变了岩石的力学性质和 应力状态，抗剪切强度和内摩擦系数大 幅度降低，使岩石产生变形和位移。 • 原因：泥岩吸水软化，成岩的胶结力逐 渐消失，吸水后体积膨胀2.5~8.5倍（平 均为5倍），在非均质地应力作用下，岩 石蠕变对套管产生一个非均匀的外挤力， 使套管变形或错断。
3
2044
西南翼 1956 年 1019～1025
625
628
1959 年
3
1962 年
410～450
350
350
1972 年
10
623
东北翼 1955 年 1220～1240
1220
1220
1973 年
8
1598
东北翼 1940 年 1516～1524
1511
1511
1952 年
12
5、盐岩蠕变、坍塌和塑性流动 引起套管损坏
2、固井质量问题
• 固井质量不合格将严重影响套管 寿命
3、射孔对套管损坏的影响
• 原因：一是外挤力引起射孔套管失 稳破坏；二是由轴向拉力和内压力 引起的套管强度破坏。
地震活动造成套管损坏
7、地层压实造成套管损坏
• 原因：高压异常油层在开采过程中，油
层压力的大幅度下降，将导致开采层和相 邻泥岩和油层的骨架变形，地层压实，使 套管发生严重变形。
• 特点：多发生在油井，以弯曲、错断为
主
（二）工程因素
1、管材质量问题 2、固井质量问题 3、射孔对套管损坏的影响 4、井位部署问题 5、注水不平衡 6、大型增产措施造成套管损坏
1、管材质量问题
• 套管本身存在的微孔、微缝，螺纹不 符合要求，以及抗剪、抗拉强度低等 质量问题都会导致开采过程套管损坏；
• 套管管体尺寸精度，如：套管圆度、 壁厚不均匀等不合格也会影响套管强 度。当套管不圆度达1.44~2.0%时，其 抗挤临界压力降低22~36%；壁厚不匀 度达10~20%时，抗挤临界压力降低 8~15%。
• 盐岩造成套管损坏的原因：盐岩层的
蠕变、坍塌、塑性流动
（1）盐岩是一种晶体，在深层高温高压下 会发生塑性流动，甚至会发生连续流动， 对套管产生挤压和剪切；
（2）注入水进入盐层后，对盐层的浸泡溶 蚀形成空洞、坍塌，对套管产生挤压。
6、地震活动造成套管损坏
• 特点：在时间上，套管损坏数量与 地震频次表现为同步增长，套损数 量随地震强度增加而增多。
套管变形
径向凹陷示意图
套管变形
严重弯曲变形示意图
套管错断型
套管错断示意图
套管错断型
坍塌型套管Байду номын сангаас断示意图
二、套管损坏机理
（一）地质因素 （二）工程因素 （三）腐蚀造成套管损坏
（一）地质因素
1、泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏 2、油层出砂造成套管损坏 3、岩层滑动造成套管损坏 4、断层复活造成套管损坏 5、盐岩蠕变、坍塌和塑性流动引起套管损坏 6、地震活动造成套管损坏 7、地层压实造成套管损坏