油田注水井套損原因與治理對(duì)策

王飛(西安石油大學(xué) 陜西西安710065)

吳軍 吳鈺(延長(zhǎng)油田股份有限公司瓦窯堡采油廠 陜西 延安 717399)

油田注水井套的損壞對(duì)于正常的石油生產(chǎn)會(huì)造成很大的影響，從現(xiàn)在國(guó)內(nèi)油田的使用情況看，注水井套的損毀問(wèn)題正在趨于嚴(yán)重化，由于井套損害造成注水井故障或報(bào)廢的現(xiàn)象已經(jīng)有很多了。這種問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響到油井開(kāi)采的正常工作，影響石油產(chǎn)量，同時(shí)也增加了檢修和更換設(shè)備的成本。對(duì)此應(yīng)積極研究注水井套損壞的原因，采取有效措施堅(jiān)持以防為主的原則，將影響生產(chǎn)的不利因素扼殺在萌芽中。

一、注水井套管發(fā)生損壞的特點(diǎn)

注水井套管的損壞主要表現(xiàn)為變形、錯(cuò)段和破漏這三種形式。一般在套管投入使用的4～5年的時(shí)間內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)損壞的問(wèn)題，而破漏問(wèn)題則占到套損問(wèn)題發(fā)生率的六成以上，通常比較容易出現(xiàn)破損的位置是套管的上端水泥返高上部的未固井一段，其他如套管變形和錯(cuò)段問(wèn)題則是占到三成左右。一般發(fā)生在射孔井段和射孔周邊的夾層內(nèi)。

二、注水井套損的原因分析

1.地質(zhì)因素分析

(1)注水井周邊巖層施加的壓力造成套損

在油井鉆探前，當(dāng)?shù)氐牡貙討?yīng)力場(chǎng)是處于平衡狀態(tài)的。但是，油井鉆探使得井眼部位的平衡應(yīng)力被釋放出來(lái)，這就導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐膸r層出現(xiàn)了漏空的局面，失去了原來(lái)的盈利平衡點(diǎn)，這樣四周的巖層就必須重新調(diào)整應(yīng)力結(jié)構(gòu)，而鉆井口處所承受的應(yīng)力則是大于從前。如果巖層應(yīng)力向井眼處集中所施加的壓力達(dá)到巖層極限，那么就容易出現(xiàn)地層變形或斷裂的問(wèn)題，而在注水井口處的這種巖層變形問(wèn)題則要受到套管外部的水泥環(huán)的控制，當(dāng)巖層壓力超過(guò)水泥環(huán)極限時(shí)，就會(huì)對(duì)注水井套造成破壞。

(2)泥巖吸水后的蠕變和膨脹造成的套損問(wèn)題

在進(jìn)行油田的注水井作業(yè)過(guò)程中，隨著注入井內(nèi)的水量增加，一部分水會(huì)沿著巖層的縫隙深入到地層中，如果僅是少量水進(jìn)入那么不會(huì)對(duì)巖層的構(gòu)架和應(yīng)力構(gòu)成影響，但是隨著井眼使用時(shí)間的延長(zhǎng)，大量的水份滲入到巖層內(nèi)，巖石在吸收了水分之后內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)變得疏松，膠結(jié)力會(huì)逐漸弱化，巖石的蠕變效應(yīng)會(huì)慢慢加快，這樣在巖井周邊的地層應(yīng)力就失去了原來(lái)的平衡狀態(tài)。依據(jù)庫(kù)倫-摩爾公式：

其中：t—巖層的抗剪強(qiáng)度；

C=泥巖內(nèi)聚力；

f=內(nèi)切角；

d=正應(yīng)力；

P=空隙壓力

我們可以分析出泥巖內(nèi)聚力和內(nèi)切角的降低，會(huì)造成巖層的抗剪強(qiáng)度大幅下降。而造成這一問(wèn)題的原因就在于你巖層吸入了大量的水分。巖層發(fā)生蠕變，導(dǎo)致應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，泥巖向著塑性化發(fā)展，將巖層壓力轉(zhuǎn)嫁到注水井套管上，造成了套管的變形、斷裂。

2.油層出砂對(duì)套管造成的破壞

注水油井在進(jìn)行水驅(qū)油的操作過(guò)程中，周?chē)鷰r層的砂巖成分會(huì)吸收水分而膨脹變形，而水驅(qū)油產(chǎn)生的強(qiáng)大液壓會(huì)對(duì)巖層構(gòu)成嚴(yán)重影響，從而導(dǎo)致周邊巖層結(jié)構(gòu)的破壞，造成井眼附近地域出砂。通常油層中出現(xiàn)少量的出砂時(shí)形成的空洞僅是分布在射孔的鄰近區(qū)域，但是當(dāng)出砂量比較大時(shí)油層的上端會(huì)形成空洞，形成一定的油層空間并且會(huì)隨著空洞增大而增大。倘若上部地層出現(xiàn)了塌陷，那么空洞就出現(xiàn)在上端底層上。因?yàn)橛蛯拥纳细驳貙拥闹亓χ饕怯捎蛯觼?lái)承受，但是如果油層出砂量很大，對(duì)四周巖層結(jié)構(gòu)造成很大破壞，那么在進(jìn)行油層開(kāi)采時(shí)其內(nèi)部的壓力就會(huì)明顯的減小，此時(shí)上端地層的重力壓力超過(guò)油層和巖石的結(jié)構(gòu)承載力時(shí)，會(huì)有很大一部分壓力施加到注水井套上，當(dāng)壓力超越套管的承受極限時(shí)，套管就可能出現(xiàn)彎曲變形或斷裂等問(wèn)題。

3.油井地區(qū)斷層的復(fù)活對(duì)注水井套的影響

在注水油田的開(kāi)采過(guò)程中，有時(shí)會(huì)發(fā)生地殼下降或地震等地理現(xiàn)象，再加上注水過(guò)程中施加的強(qiáng)大壓力，這樣就會(huì)對(duì)原有的地層平衡結(jié)構(gòu)造成很大的影響，造成巖體應(yīng)力變化。這種問(wèn)題會(huì)造成的嚴(yán)重影響，首先，巖層間的空隙壓力會(huì)不斷加大，改變巖層原有的應(yīng)力布局；其次，在進(jìn)行注水作業(yè)時(shí)，巖層吸收水分泥化，內(nèi)部粘合力下降，很容易導(dǎo)致注水區(qū)域的斷層移位，接觸面的摩擦里減小，地層中各層面的粘合度下降，底層的抗剪能力弱化，這樣整個(gè)斷層就處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)之下，在重力作用下巖層出現(xiàn)位移，這給會(huì)給套管施加非常大的壓力，造成注水井套的損毀。

三、油田注水井套損壞的治理策略

1.提高油層套管的質(zhì)量

在實(shí)際的生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的套管質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，某些容易發(fā)生巖層變化的地區(qū)，使用普通的N 80/139.7/7.72是很難承受住強(qiáng)大的地理應(yīng)力壓力的，所以對(duì)于新開(kāi)發(fā)的油井其上下套管的鋼級(jí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為P110、壁厚應(yīng)為9.18mm。這樣通過(guò)提高鋼級(jí)和管壁的厚度，能夠提高套管的抗壓強(qiáng)度，提高使用壽命。

2.嚴(yán)格固井質(zhì)量，提升水泥漿上返液面

固井質(zhì)量的好壞直接影響到對(duì)套管的保護(hù)效果，所以應(yīng)當(dāng)選擇好水泥漿的調(diào)配比例，保證水泥漿在固化后能夠在油田注水井套周邊形成一圈嚴(yán)密的水泥保護(hù)環(huán)，嚴(yán)防進(jìn)行注水操作時(shí)水分沿著膠結(jié)不嚴(yán)的部位流入巖層，造成巖體蠕變。另外因?yàn)楹芏嗟奶坠苄孤恫课欢际窃谖垂叹纳隙?，因此在進(jìn)行鉆井操作時(shí)，應(yīng)該把水泥漿上返的高度調(diào)整到地面，同時(shí)降低水泥漿的上返速度，保證結(jié)合部位的牢固程度，減少套管受到擠壓、腐蝕的危險(xiǎn)。

總結(jié)

綜上所述，油田注水井套損壞的原因是多方面的，在研究分析過(guò)程中需要綜合考慮各方面的因素，而井套的損壞治理策略也是一項(xiàng)綜合性技術(shù)，應(yīng)該運(yùn)用多種技術(shù)手段方能實(shí)現(xiàn)保護(hù)效果。在注水井的設(shè)計(jì)、施工和使用過(guò)程中，應(yīng)該強(qiáng)化養(yǎng)護(hù)措施，對(duì)于出現(xiàn)破損問(wèn)題應(yīng)及時(shí)休整，這樣才能最大限度的降低油田注水井套損壞的幾率。

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