塔河油田套管损坏原因及损坏机理分析

第１２卷第６期　重庆科技学院学报（自然科学版）　２０１０年１２月　塔河油田套管损坏原因及损坏机理分析　冯星铮练章华　范　青　（西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都６１０５００）　

摘要：塔河油田采油二厂现有生产井均属于深井和超深井碳酸盐油井，储层非均质性强，其原油多为高含盐、含　硫、高含蜡的稠油。由于射孑Ｌ降低了套管的抗变强度，其套管损坏多发生在射孔井内部，位于射孔酸压段和悬挂器位　置。射孔井段也是应力最集中的部位。固井质量差容易引起套管滑动伸长，导致套管弯曲、错动，导致套管损坏。　关键词：稠油；套管；套管损坏　中图分类号：’＿ｒＥ２５６　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１９８０（２０１０）０６—００７０－０３　

塔河油田采油二厂位于沙雅隆起中段南翼的阿　克库勒凸起。该厂原油密度０．８５２　７～１．１　１３　３ｇ／ｅｍ３，平　均０．９７５ｇ／ｅｒａ　，动力粘度４５４—２　Ｏ００ｍＰａ・ｓ，平均　１　２５６．１５ｍＰａ・ｓ，含硫量２．２８％～３．３５％，平均２．５６％，　含蜡量１．４６％一５．７８％，平均３．１６％，凝固点一１４～　５６ｃ【二．燃点３２～１９２％。以上特征表明，原油均属于　中一高凝固点、较高初馏点、高粘度、含蜡、高硫的重　质原油和一部分轻质原油。　１　套损情况　塔河油田采油二厂目前在生产井４４０口，主要分　布在六区、七区、八区、十区、十一区、十二区和托普　台等７个开发区块。套损井主要发生在除托普台区　块以外的其余６个区块．这６个区块到目前为止套损　井共计２３　Ｅ１．共计２６次，套损比例占整个采油二厂的　５．２％。数据表现似乎并不严重，但是呈现逐年增加　的趋势．所以我们必须及早了解套损规律和套损原　因．以保证各井以后的正常生产。　套管损坏的形式主要有变形、破裂、磨损、错断　和漏失。从这２６次套管损坏的数量或比例来分析可　知．该研究区块套管主要损坏形式为套管漏失和套　管变形，这两种形式分别占套管损坏总井数的５０％　和３０．７７％　其次是套管破裂和套管磨损均分别占套　管损坏总次数的７．６９％，套管错断所占的比例较少，　分别仅占套管损坏总次数的３．８５％。　由以上分析可知套管损坏形式主要为套管变形　和套管漏失．这两种损坏形式占总套管损坏井数的　８Ｏ．７７％。因此．该区块套管损坏机理研究应该主要　从套管变形和套管漏失两方面着手，查找套损原因，　并提出可行的预防措施。　’　表１　套损井工作寿命　寿命／ａ　套损比例，％　０～ｌ　１～２　２～３　３～４　４～５　５～６　６～７　＞７　８．６９　２１．７４　ｌ３．０４　８．７０　ｌ３．０４　

８．７０　４＿３５　１３．０４　

２套损特点　２．１　套损发生时间较短　为了深入了解塔河油田采油二厂目前的套损情　况，我们先对套损井工作寿命进行了分析。由表ｌ可　知，在３ａ内发生套管损坏的４３．５１％．其中１～２ａ是套管　损坏最多的时间段．套管损坏在７ａ以上的只占套损　井的１３．０４％。钻井质量、措施作业及寿命较短的套　管要做重点检测和分析，查明其损坏原因，为预防套　管变形、延长寿命提供理论依据。　２．２套损大多在射孔酸压段和悬挂器位置　据统计．塔河油田２３口套损井中发生套损的井　并进行过射孔酸压完井的有１６口．占套损井的　７０．０％，而在射孑Ｌ段发生套管损坏的井总共有７口。　

收稿日期：２０１０—０３—１９　作者简介：冯星铮（１９８３一），男，四川遂宁人，西南大学油气井工程在读硕士研究生，研究方向为油气井工程中管柱力学、岩石力学。　

・７０・　冯星铮，练章华，范青：塔河油田套管损坏原因及损坏机理分析　占射孔完井的４３．７５％。套管悬挂器漏失发生率高，　且发生套损的位置固井质量都不好。套损发生井段　地层岩性主要以砂岩和泥岩为主。　

３套管损坏机理研究　导致油井套管状况变差、甚至损坏的原因是多　方面的。国内外油田开发经验表明．引起套管损坏　的因素可大致分为地质因素、工程因素和腐蚀三大　类。对于一个具体的油田或一１５１油井的套管损坏，　其中某类因素很可能起主导作用，其他为次要因素．　而更多则是这些因素综合作用的结果。　３．１　地质因素　（１）泥岩遇水膨胀。塔河采油二厂套损井套损　位置基本上发生在泥岩或砂岩段，泥岩性质较不稳　定，在高温高压下能产生蠕变，在有水侵入时易膨　胀，引起泥岩地层膨胀蠕变、滑坡和断层复活，对套　管造成非均匀的围岩蠕变外压，使其在非均匀挤压　下损坏。　（２）断层运移。随着油田开采的持续进行，原始　地层压力的降低以及压裂、酸化、高压增注，引起地　层内部结构的变化。注入水或压裂液侵入断层，顺断　层运动、起润滑作用。地应力作用破坏了断层相对　静止状态，上下盘产生滑移，对套管产生剪切破坏。　（３）围岩压力。钻井后，井眼周围的岩石中出现　了Ｉ临空面，原来的平衡状态遭到了破坏。当应力集　中处的应力达到围岩的屈服极限，就会发生塑性变　形。这种变形受到套管和套管外水泥壳的限制．同　时套管也将受到围岩的反作用而发生变形损坏。　（４）地面下沉及油层压实。地面下沉及油层压　实主要是在垂向应力的作用下，使套管周围的岩石　压实，导致应力发生变化，从而使得套管在诱导的拉　张力及剪切力的作用下容易弯曲或错断。　３．２工程技术因素　（１）固井质量。判断固井封固质量的好坏。如果　仅要求上不漏封、下不替空油层、试压合格，或只规　定管外不漏油、气、水，是很不够的。扶余油田套管　损坏十分严重，高压注水是其诱发因素；但注入水从　深部油层窜到上部青山口、泉头组地层界面泥岩破　碎带井段，却是固井封固质量不好所造成的。另外。　由于井眼不规则或固井时存在混浆井段，在封固井　段内，水泥浆候凝期间放热不均匀，温度的变化使套　管热胀冷缩，也易导致套管变形破裂。　（２）射孔对套管的损坏。射孔时（特别是无枪身　射孔）十几发甚至几十发射孔弹在一瞬间爆炸．产生　了巨大的冲击波作用在套管上．套管突然胀大，使套　管在射孑Ｌ井段中部或非射孔井段相交位置发生剧烈　变形。射孑Ｌ后，套管孔眼周围将产生不同长度的纵向　裂纹，裂纹将产生应力集中．再加上覆岩层下沉的力　施加在油层段套管上，使裂纹逐步扩展，同时裂纹区　易加快套管腐蚀，也严重降低了套管强度。设计套管　柱时，也忽略了生产层射孔的问题。因此，在套管强　度设计本来就不富余的情况下．因射孔对套管带来　一定的伤害，加速了套管的损坏。套管射裂，随着时　间的延长，裂纹扩展，将降低套管强度，即使是不产　生射孔裂纹，由于有孔的存在．也将使套管抗外挤压　力要降低。孔或裂纹的出现，会在其附近产生应力集　中，造成套管抗挤压强度降低，这样在地应力的作用　下，易发生套管变形。　（３）酸化压裂。酸化使油井附近的油层发生溶解　作用，会产生溶洞或小洞。使套管周围受力不均．从　而导致套损。压裂则使地层压出裂缝，即超过地层破　裂压力，这样会使油水井附近岩层受力不均．再者由　于压裂的重新定向而使裂缝的方向偏离所设计的方　向，从而导致注水进入其他层或泥岩层，使岩层受力　遭到破坏，进而加快了套损。　压裂液中的石英砂或陶粒砂等支撑剂在强大压　力的驱动下通过套管射孔孔眼进入地层．从而使孔　眼不规则扩大，降低套管抗挤压强度，导致套管节　箍和丝扣部位以及固井质量差的井段也很容易产　生破裂。　由于射孔在套管上产生微裂纹造成孔眼周围产　生应力集中，酸化压裂时，压力直接作用在裂纹上，　使裂纹逐步扩展。在长期的应力作用下形成应力腐　蚀开裂和疲劳扩展，导致了套管的破裂和错断。在后　期的生产过程中，套管内外压差不断变化．使射孔孔　眼处受到交变载荷的影响．裂纹进一步扩展．这也是　套损部位相对集中在射孔井段附近的主要原因。　由于油井酸化时排酸不及时造成套管腐蚀，有　部分井因多次进行酸化施工，从而加快了套管的腐　蚀速度，使套管穿孔、漏失。　实施酸化压裂增产措施会使地层产生大量裂缝　或孔隙，当水浸到盐岩层、泥岩层、膏岩层时．会使地　层膨胀、蠕变、运移，将套管损坏。　（４）注水开发对套管的影响。发生套损的井有５　口井进行过注水。特别是￥８１井在２００７年２月１５日至　２００８年５月４日这段时间内。进行了１７次注水作业。油　

・７１・　冯星铮，练章华，范青：塔河油田套管损坏原因及损坏机理分析　田注水开发后，随注水压力升高，油层孔隙压力也随　之升高。孑Ｌ隙压力升高有提高驱油能力的作用，但　在一定条件下也会引起套管变形。原因如下：注水　使地应力集中于井壁上；注水压力减小了岩石的抗　剪强度，增加了注采压差力；注水压力减小了岩石的　摩擦角．使倾斜的地层易滑动：注入水使泥岩体积膨　胀．产生体积力。　在注水开发区，由于注入水的作用．地应力、孔　隙压力、地层重力和泥岩膨胀的体积力．在一定条件　下都可能使套管变形。但在不同的开发区块ｆ或油　田），不同的开发阶段，不同的油水井工作制度下，作　用于套管井使之变形的力是不同的，但只要有一种　力大于套管的强度，套管就会变形。套管变形的方　向，应是各力之合力作用的方向。　（５）措施作业造成套管损坏。稠油油井周期生　产时间短，作业比较频繁，在套管接箍等处套管内　径有变化及全角变化率比较大的位置。作业过程中　作业管柱与套管硬接触，直接造成套管机械伤害。　３．３腐蚀介质因素　前面曾提到塔河油田采油二厂的原油物性是高　粘度、高含盐、含硫含蜡，其中盐类和硫类介质都是　腐蚀介质，加速了套管的损坏。　（１）化学腐蚀。油田水中常溶解了硫化氢等气　体，溶液呈酸性，在固井质量不合格的情况下，酸性溶　液极易渗透到套管的外壁造成腐蚀。其主要表现形　式为管体表层的铁蚀小坑、丝扣漏失、套管穿孔等，　同时降低了套管的抗挤压强度，加剧了套管的损害，　套管破裂的井可能存在化学腐蚀的因素。　（２）盐性物质造成套管腐蚀。塔河油田原油和　地层水含有较高的氯化钠。这些盐性物质在地层中　少量水的溶解下，对没有封固好的套管铁性物质ｆ特　别是被磨损的部位）发生化学反应。进行腐蚀，再ＪＪｎ＿ｌ：　水的锈蚀及盐垢作用，套管腐蚀更厉害，套管破裂的　井可能存在腐蚀因素。　

４结　论　（１）套管损坏变形多发生在射孔井段内部，这是　由于射孔降低了套管的抗变强度。同时，射孔井段　也是应力最集中的部位　（２）同井质量不好容易引起套管滑动伸长，招致　套管弯曲、错动，导致套管损坏。　（３）增加套管壁厚和纲级，可增加套管的抗变强度。　（４）尽量使用抗腐蚀更好的套管。　塔河油田套管损坏的因素总体上包括地质影　响、工程技术和腐蚀介质等因素。油田开发所采取的　增产措施也会加速套管损坏，套管损坏井的防治应　以“预防为主，防治结合”为原则。　

参考文献　［１］严泽生，张传友．石油套管使用手册［Ｍ】．北京：石油工业出　版社，２００２：６４．６６．　【２】刘合．油田套管损坏防治技术［Ｍ】．北京：石油工业出版社，　２００３：８６—８８．　［３】王仲茂，卢万恒，胡江明．油田油水井套管损坏的机理及防　治【Ｍ】．北京：石油工业出版社，１９９４：８１－８９，１２７—１２９．　［４】唐波．射孔套管抗挤强度理论分析［Ｊ】．石油机械，２００４，３２　（１２）：ｌ１—１３．　【５】余雷，薄岷．辽河油田套损井防治新技术［Ｊ】．石油勘探与开　发，２００５，３２（１）：１１６一ｌｌ８．