套管檢測技術

套管檢測技術

中國石化集團高級技師勝利培訓基地2003年8月第一節(jié)套管損壞的原因

套管損壞的因素是多方面的，地殼運動，地震活動，地下介質腐蝕，地層的非均質性、傾角、巖石性質等等都是導致油水井套管技術狀況變差的客觀事實。注水開發(fā)，油井出砂，油層改造，固井完井質量等工程因素，也是引發(fā)誘導地質因素產(chǎn)生破壞性地應力的主要原因。

根據(jù)統(tǒng)計資料分析，我們可以把造成套管損壞的因素分為地質因素和工程因素兩大類。第一節(jié)套管損壞的原因一、地質因素1．地層的非均質性

砂巖、泥質粉砂巖等油田，由于沉積的環(huán)境不同，油藏滲透性在層與層之間、層內(nèi)平面都有較大的差別，即使同一層系內(nèi)各小層滲透率差別也很大，有的相差幾倍(如大慶油田)，有的相差幾十倍(如勝利油田)。在注水開發(fā)過程中，油層的非均質性將直接導致注水開發(fā)的不均衡性，引發(fā)地層孔隙壓力場的變化，必然導致油水井套管受力變化，甚至損壞套管。

第一節(jié)套管損壞的原因一、地質因素2．地層傾角陸相沉積的油田，多為構造油田。一般地層傾角越大，受巖體重力的水平分力的影響越大，套管損壞也就越嚴重。3．巖石性質

注水開發(fā)的泥砂巖油田，當油層中的泥巖及油層上、下的頁巖被注入水浸泡后，泥、頁巖水化膨脹，使套管受巖石膨脹力的擠壓，同時當具有一定傾角的泥、頁巖遇水呈塑性時，可將上覆巖層壓力轉移至套管，使套管受到損壞。

第一節(jié)套管損壞的原因

一、地質因素4．斷層活動地殼是在不斷運動的，如地震、構造運動，地層的沉降等都會使斷層活動化，特別是注采不平衡，注入水浸蝕作用，會進一步加劇斷層活動，從而對套管的產(chǎn)生破壞作用。5．地震活動

根據(jù)微地震監(jiān)測資料，每天地表、地殼的微震達上萬次，比較嚴重的地震可以產(chǎn)生新的構造斷裂和裂縫，也可使原生構造斷裂和裂縫活化，因此，它也是導致套管損壞的一個重要因素。

第一節(jié)套管損壞的原因一、地質因素6．地殼運動地球在不停運轉，地殼也在不停的緩慢運動中，其運動方向一般有兩個：一是水平運動（板塊運動），二是升降運動。地殼緩慢的升降運動產(chǎn)生的應力可以導致套管被拉伸損壞，而損壞的程度和時間則取決于現(xiàn)代地殼運動升降速度和空間上分布的差異，因此，地殼運動不僅能損壞套管，而且升降運動的速度也直接影響套管損壞的速度。第一節(jié)套管損壞的原因一、地質因素7．地下介質腐蝕油水井套管是處在地下介質之中，對金屬鐵發(fā)生的各種化學和電化學腐蝕都會導致套損。地層中的硫酸鹽還原菌能作用產(chǎn)生硫化氫等有害物質也會嚴重腐蝕套管。有硫化物的地層水中在含氧量只有十幾億分之幾的條件下，就能引起套管的腐蝕。第一節(jié)套管損壞的原因二、工程因素1．套管質量套管本身存在不符合要求及有損傷等質量問題，在完井以后的長期注采過程中，都會削弱套管抵御外來損壞的能力，象微孔、微縫及損傷的存在還會加劇套管的腐蝕。2．固井質量在固井過程中，由于井眼不規(guī)則、井斜、水泥質量問題、鉆井液濾餅的存在等，往往造成水泥與套管、水泥與巖壁膠結固化不好，直接影響套管的壽命。由于竄槽，注水侵入泥頁巖，巖體膨脹、變形、滑移都或導致套管受到擠壓或剪切作用而損壞。第一節(jié)套管損壞的原因二、工程因素3．完井方式完井方式對套管影響是很大的，特別是射孔完井法，射孔工藝選擇不當，將會影響套管強度，出現(xiàn)管外水泥環(huán)破裂，甚至出現(xiàn)套管破裂，影響套管的壽命。4．井位部署斷層附近部署注水井，容易引起斷層滑移而導致套管嚴重損壞。注水井成排部署，容易加劇地層孔隙壓差的作用，增大水平方向的應力集中，導致套管損壞。第一節(jié)套管損壞的原因二、工程因素5．注采平衡對于注水開發(fā)的油田，超注或欠注，加密、調(diào)整井網(wǎng)，開采方式的轉變，以及注水井提壓注水、控制注水、停注等注入波動，使地層孔隙壓力大起大落；或油層的非均質性和井網(wǎng)部署的影響，使油層孔隙壓力分布不均勻，都會引起孔隙骨架不均勻的膨脹或收縮，導致局部地面升降，產(chǎn)生局部應力集中而造成套管損壞。第一節(jié)套管損壞的原因二、工程因素6．油層改造酸化酸壓油層改造中，酸液對套管具有酸蝕作用；油層壓裂措施中，高壓直接對水泥與套管、水泥與巖壁膠固質量產(chǎn)生的作用等，都會影響套管壽命。7．油水井管理油水井出砂嚴重，井壁坍塌，會損壞套管；注入水竄入泥頁巖層，泥頁巖蠕變，會損壞套管；注采不穩(wěn)定或不平衡，地層孔隙壓力變化引發(fā)地應力變化，會損壞套管；增產(chǎn)措施不當，也會損壞水泥環(huán)，會損壞套管。因此，加強油水井管理是防止套管損壞的關鍵。第二節(jié)套管損壞的類型套管損壞的類型是多種多樣的，結合套管損壞的原因，可將套管損壞的類型分為4種類型。一、徑向變形注入水侵入造成的泥頁巖膨脹等，使套管受水平擠壓作用，或套管本身局部質量問題，在固井質量差及長期注采壓差作用下，套管產(chǎn)生局部徑向變形，呈縮徑或橢圓形狀態(tài)。這是套管變形中的基本變形形式。一般長短軸差值大于20mm時，套管就可能破裂。第二節(jié)套管損壞的類型二、腐蝕孔洞套管局部的微孔、微裂縫，及其它損傷，使得地層介質長期在套管該局部位置產(chǎn)生化學和電化學作用，造成局部腐蝕而穿孔；或者某處螺紋密封不好，在注采壓差及作業(yè)施工壓力過高時，發(fā)生泄漏失，隨生產(chǎn)時間延長不斷沖蝕而穿孔等。三、彎曲變形由于地質構造力，斷層活動，長期注采不平衡條件下造成的地層滑移，產(chǎn)生地應力剪切套管，使套管按水平地應力方向彎曲，并在徑向上產(chǎn)生變形。第二節(jié)套管損壞的類型四、套管錯斷隨著油水井生產(chǎn)時間的延長，地層的滑移、地殼的運動等因素所產(chǎn)生的地應力不斷集中，以及泥頁巖受注入水侵入而蠕變等引起的井壁不穩(wěn)定，或嚴重出砂未能得到有效治理而引起井壁坍塌等等，都會在套管上產(chǎn)生巨大的橫向剪切力，造成套管彎曲、變形，甚至錯斷。這是目前極難采取修復措施，甚至報廢油水井的最復雜的套管損壞類型。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術

套管技術狀況檢測常用工程測井法和機械法兩種。工程測井法就是利用井徑儀檢測套管徑向尺寸變化，連續(xù)流量及井溫測井檢測套管腐蝕、孔洞、破裂、錯斷等的位置。機械法就是利用印模(包括鉛模、膠膜、蠟模等)對套管和魚頭狀態(tài)及幾何形狀進行印證，然后加以定性，定量的分析，以確定其具體形狀和尺寸。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術一、工程測井法1．井徑測井——套管變形檢測井徑測井儀組裝完后與電纜連接下入井內(nèi)，井徑測井儀的各對稱方向壁在彈簧作用下緊貼套管內(nèi)壁下滑移。當套管某一深度內(nèi)徑有變化時，方向壁收攏或擴張。這一收攏或擴張，將使儀器產(chǎn)生電脈沖信號，通過電纜傳至地面接收儀器并自動記錄下來，繪制成套管徑向變化曲線。測井后，將記錄的線加以測量、分析、計算，即可得到套管某一深度位置截面上多點坐標圖，對這一圖形測量，可得到套管的徑向尺寸變化。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術

一、工程測井法1．井徑測井——套管變形檢測井徑測井，一般在壓井狀下進行。目前比較常用的測井儀器是四十壁井徑儀，可測得20條互成18o角的20個坐標點。測套管變形的記錄紙共分九格。套管未損壞，則為比較平滑的直線，只在接箍部位出現(xiàn)尖峰；如果記錄曲線偏離基準線位置，則存在套管變形；若記錄線為波浪線，則可能是內(nèi)壁磨損或腐蝕；若曲線超出格外，說明套管穿孔或有裂縫。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術

一、工程測井法2．井溫與連續(xù)流量測井——套管漏失檢測井溫和連續(xù)流量測井是將兩種不同的測井方法在一口井上實施。若發(fā)現(xiàn)某井外漏，先測得一條井溫基線，然后向井內(nèi)連續(xù)注入液體同時測出不同壓力下的連續(xù)流量（注入量），注完液體后，緊接著再測井溫曲線。從兩條井溫曲線的對比中分析出套管漏失井段，必要時再用機械法核對。這樣就可以準確地驗證出套管損壞的位置和漏失量。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術

一、工程測井法2．井溫與連續(xù)流量測井——套管漏失檢測（1）井溫測井井溫測井是測量地溫梯度和局部溫度差異（微差井溫）。儀器電路中采用銅、鎢、鉬、或合金做熱敏電阻，對溫度都有靈敏的反應，隨溫度升高或降低伴有相應電阻的變化。通過測量橋路電位差的變化間接地求出溫度變化。井下儀器送溫度信號到地面儀器，得到地溫梯度曲線。若某部地溫出現(xiàn)異常，則井溫曲線會有顯變化，分析這種變化，即可得到該處溫度情況和其在井下的位置。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術

一、工程測井法2．井溫與連續(xù)流量測井——套管漏失檢測（2）連續(xù)流量測試連續(xù)流量計是一種渦輪流量計。這種流量計是被測流體帶動渦輪轉動，渦輪葉片在磁場中切割磁力線，從而轉換為電脈沖信號，傳至地面。常用于注水井吸水量的連續(xù)測量。用于套管損壞井檢測漏失量時，通過連續(xù)測量井內(nèi)流體沿軸向運動速度的變化而確定漏失井段、漏點的注入量。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術

一、工程測井法3．彩色超聲波電視成像測井彩色超聲波電視成像測井技術，可以將套管的損壞程度直觀地反映在電視屏幕上，結合井徑測井，可定量地得到套損形狀與尺寸。在壓井狀態(tài)下，利用超聲波在不同聲阻抗介質中傳播和界面處反射特性，根據(jù)接收到的反射波到達時間和首波到達的首波幅度信息，用一旋轉的超聲換能器，在先進的電子技術和計算機成像技術輔助下，獲得套管內(nèi)壁的內(nèi)徑變化，同時顯示出立體圖、縱向截面圖、橫向截面圖和內(nèi)徑曲線等資料，從而可以直觀形象地判斷套管的損壞類型和程度。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術

一、工程測井法4．印模與陀螺方位測井印模與陀螺方位測井(簡稱方位測井)是用來檢測套管變形的方位走向。根據(jù)同一地區(qū)多口井的套變方位，基本可以判斷出套管變形的外力來源，并計算出該區(qū)塊套管變形的地應力變化、外力方向、走向等，為新鉆井如何提高固井質量或改變固井方式預防套管損壞提供必要的依據(jù)。方位測井的基本原理是：利用鉛模、偏心配產(chǎn)器、工作筒、油管柱組成測試管柱，在鉛模入井前對鉛模工作端面某一點打印記并測量印記與偏心配產(chǎn)器偏心孔的夾角，入井后對套管變形部位打印，然后在管柱內(nèi)下入陀螺儀測井，測出偏心孔的方位。起出打印管柱，測繪偏心孔方位與鉛模印痕及印痕與端面某點印記夾角，即可得到套變方位。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術二、機械法檢測機械法即印模法檢測，就是利用專用管柱（條件許可時也可用鋼絲繩帶鉛模）下接鉛模類打印工具，對井下落物魚頂或套損程度（幾何形狀）等進行打印，然后對打出的印痕進行描繪、分析、判斷，最后提出準確的魚頂、套損點等幾何形狀、尺寸和深度位置。這種印痕結論、數(shù)據(jù)將為修并措施、修井施工設計的制定和編寫提供必不可少的有效依據(jù)。印模法檢測，適用于井下落物魚頂幾何形狀、尺寸、深度等的核定，套管變形、錯斷、破裂等套損程度，深度位置的驗證，以及在作業(yè)、修井施工過程中臨時需要查明套管技術狀況等其他情況的井況。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術二、機械法檢測1．印模種類印模的種類較多，一般按制造材料和基本結構形式進行分類。（1）按制造材料可分成以下類型①鉛類印?！ǚQ鉛模；②膠類印?！ǚQ膠模；③蠟類印?！ǚQ蠟模；④泥類印模——通稱泥模。（2）按印模結構形式可分成以下類型①平底形；②錐形；③環(huán)形；④凹形；⑤筒形。目前較為廣泛使用的是鉛模和膠模二種類型。鉛模中較廣泛使用的是平底帶水眼式平底鉛模，膠模廣泛使用的是封隔器式膠筒形的側向打印膠模。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術二、機械法檢測2．鉛模與膠?；窘Y構（1）鉛模平底帶水眼式鉛模有普通型與帶護罩型兩種。典型的鉛模的本體是用27/8in內(nèi)平式油管接頭焊接骨架制成。骨架用鋼筋一般不少于4條，互成90o角。帶護罩的平底式鉛模，護罩與油管間間隙應在15mm左右。當鉛液澆鑄成型后，底端中間鉆30mn～40mm水眼，并整平端面。注意下端部的鉛層厚度應不小于20mm，但一般最厚不超過40mm。平底鉛模多用于井下落魚情況的核定，套損程度、深度的核定。錐形、環(huán)形、凹面鉛模不常使用。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術二、機械法檢測2．鉛模與膠?；窘Y構（2）膠模膠模一般用于套管孔洞、破裂等漏失情況的驗證，即套管側面打印。所以膠模也通稱為套管側面打印器，其基本結構形式同擴張式封隔器類似，但其膠筒內(nèi)部簾線較少、工作面長度較長，膠筒面半硫化處理，表面光滑、平整無缺陷，可承受0.5~1.0MPa壓力。膠簡表面邵爾硬度應保持在30—40之間。外型尺寸的最大工作面外徑應比鋼體最大外徑小0.5～lmm，以免入井時劃擦膠筒。工作面長度視打印井段長度而定，鋼體中心管長度應與膠筒總長度相匹配。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術二、機械法檢測3．印模打印（檢測）施工方法印模打印檢測井下技術狀況一般分為：井下落物魚頂狀況打印、套管變形錯斷的最小徑向變化打印和套管破裂、孔洞等的側面打印等三種形式。（1）端部打印端部打印，即井下魚頂狀況和套損程度打印。一般有兩種方式打印，即管柱硬打印法和繩纜軟打印法。軟打印法雖然施工時間短，速度快，但其危險性大，易造成繩纜堆積卡阻，因而各油田嚴格限制使用。硬打印可用不壓井和壓井兩種作業(yè)方式施工，壓井狀態(tài)下打印施工操作安全、平穩(wěn)。無論壓井或不壓井，鉛模入井時都不得直接穿過自封壓入井內(nèi)。下面重點介紹不壓井施工的操作方法。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術二、機械法檢測3．印模打?。z測）施工方法（1）端部打?、俟苤Y構管柱結構自上而下為：油管柱（或鉆桿柱）、工作筒、單流閥、印模（端部打印常用平底帶水眼、帶護罩式鉛模）。②安裝不壓井作業(yè)井口控制裝置井口控制裝置主要由以下部件組成(自上而下)：安全卡瓦、自封封井器及自封芯子、法蘭短節(jié)、半封封井器、全封封井器、半封封井器、任意法蘭。井口裝置應安裝平、正、牢固，各緊固螺栓旋緊扭矩一般不低于2800N·m。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術二、機械法檢測3．印模打?。z測）施工方法（1）端部打?、圻B接下井工具將工作筒、單流閥連接在第一根入井油管下端，旋緊扭矩不低于2400N·m，并涂抹密封脂。④印模入井清洗干凈鉛模，在螺紋處涂抹密封脂，記錄鉛模端面形狀描繪。將第一根油管提起，使工作筒插入自封芯內(nèi)，然后卸掉自封壓蓋，按下安全卡瓦手柄，使卡瓦牙咬住油管，提起油管，自封芯子即與油管同時上提，然后將鉛模連接在單流閥之下，旋緊扭矩不低于2800N·m，注意不得劃碰鉛模。連緊后，下放油管，使自封芯子坐回自封座內(nèi)，上緊壓蓋，然后緩緩下放。第一根油管下入井后，連續(xù)下入油管。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術二、機械法檢測3．印模打?。z測）施工方法（1）端部打?、荽蛴°U模下至預打印深度l～2m時，記錄管柱懸重，開泵循環(huán)工作液，沖洗魚頭或套損點l～2周，正常后，以0.5～lm/s的速度下放打印。注意管柱下降懸重不超過2～3kN，且只能打印一次。然后測量最后一根油管方余，計算下入深度。⑥起打印管柱正常起打印管柱，起至最后一根時，上提速度應控制在0.5m/s以內(nèi)，當工作簡、單流閥、鉛模進入法蘭短節(jié)內(nèi)全封以上時，停止上提，按下安全卡瓦手柄，咬緊油管，然后關閉全封，注意兩側關閉圈數(shù)相同，打開放空閥放凈法蘭短節(jié)內(nèi)余壓，即可提出工作筒、單流閥、鉛模。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術二、機械法檢測3．印模打?。z測）施工方法（1）端部打印

⑦卸掉鉛模將起出的最后一根帶有鉛模的油管拉向油管橋，注意不得劃碰鉛模。分別卸掉工作筒、單流閥、鉛模，將鉛模清洗干凈。⑧印痕分析核定打印深度、計算魚頂變形或錯斷深度，將鉛模端面印痕描繪出來。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術二、機械法檢測3．印模打印（檢測）施工方法（2）側面打印側面打印是利用管柱將側面打印膠模下至設計深度，然后開泵憋壓0.5～lMPa，使膠模在液壓下擴張，緊緊貼在套管內(nèi)壁上，將套管的孔洞、破裂等破損狀況印在膠模上。管柱泄壓后，起出打印管柱，卸掉膠模并清洗干凈后，將膠模連在地面泵上，憋壓使其擴張到在井下的工作尺寸，即可清晰地將井下套管的破損狀況直觀地反映出來，既有準確的幾何形狀，又可直接測得破損尺寸。這種方法簡便易行，獲得的資料數(shù)據(jù)真實可信。側面打印可在不壓井狀態(tài)下進行。不壓井的管柱起下操作方法與鉛模的不壓井起下作業(yè)相同。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術二、機械法檢測3．印模打?。z測）施工方法

（2）側面打?、俟苤Y構管柱結構為油管柱、工作筒、膠模、油管短節(jié)、絲堵。②打印按鉛模不壓井打印方式將側面打印膠模管柱下至設計深度，核定無誤后，向管柱內(nèi)灌注清水，當壓力顯示0.5～1.0MPa后，穩(wěn)壓5min放凈管柱內(nèi)壓力起出打印管柱，注意側面打印只許進行一次。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術二、機械法檢測3．印模打印（檢測）施工方法（2）側面打?、塾『鄯治鰧⑵鸪龅哪z模卸掉，清洗干凈，連接在地面泵上，用清水憋壓0.5～1.0MPa，使膠模擴張至井下工作狀態(tài)尺寸，此時膠模即可將套管的破裂、孔洞等破損程度清晰地反映出來，對印痕進行測量描繪，并可拍照存檔，即可獲得準確的套損程度尺寸。第三節(jié)套管技術狀況檢測技術二、機械法檢測4．印痕分析方法印痕分析是對印模的印痕進行測量、描繪、對比，并作定性、定量地分析解釋