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文檔簡(jiǎn)介

套管損壞原因分析及對(duì)策一、套管損壞的嚴(yán)重性及研究進(jìn)展二、套管損壞的類(lèi)型及檢測(cè)方法三、套管損壞的原因分析及對(duì)策四、套管損壞的先期保護(hù)技術(shù)五、套管損壞井的修復(fù)技術(shù)簡(jiǎn)介六、今后工作思路★內(nèi)容一、套管損壞的嚴(yán)重性及研究進(jìn)展

套管損壞是全世界普遍存在的問(wèn)題,由此而造成的經(jīng)濟(jì)損失也是的驚人的。然而,只要我們認(rèn)真對(duì)待,從預(yù)防入手,必定會(huì)取得良好效果。

國(guó)外前蘇聯(lián)的班卡·達(dá)勒威拉油田有30%的油井因套管損壞而停產(chǎn)。美國(guó)的威明頓油田開(kāi)發(fā)不到十年,發(fā)現(xiàn)套管損壞井的數(shù)量就高達(dá)41%。加拿大、中東、拉美等地區(qū)都有有關(guān)套損井的報(bào)道。

國(guó)內(nèi) 大慶油田截止到2001年的套管損壞數(shù)量為8312口。 中原油田的套損井為1672口。

油田統(tǒng)計(jì)套損井?dāng)?shù)主要套損形式近幾年套損態(tài)勢(shì)大慶截止2001年年底累計(jì)套損井?dāng)?shù)累計(jì)已達(dá)8312口,占投產(chǎn)油水井總數(shù)的16.72%注水開(kāi)發(fā)井的損壞以變形、錯(cuò)斷為主

第二次套損高峰居高不下,持續(xù)5年之久,2001套損井就超過(guò)800口遼河調(diào)查的3860口熱采井,套損的有489口,占12.64%主要是稠油熱采井套管的損壞。型式為套管變形、套管錯(cuò)位、螺紋接頭泄漏和脫扣近年以來(lái)有越來(lái)越嚴(yán)重的趨勢(shì)。有的區(qū)塊套損數(shù)量甚至達(dá)到50%左右。新疆僅百重7井區(qū)共計(jì)投產(chǎn)640口井,有70口井套管損壞,占生產(chǎn)總井?dāng)?shù)的11%稠油熱采井的套損問(wèn)題較為嚴(yán)重。損壞形式有絲扣泄漏、縮徑、錯(cuò)斷和破裂等情況十分嚴(yán)重,甚至有的井投產(chǎn)1年就發(fā)生套損。塔里木目前的套損井?dāng)?shù)量雖然不是特別多,但出現(xiàn)事故損失非常巨大。主要是深井、超深井、高壓氣井的套損,包括破裂、擠毀、泄漏等。由于“西氣東輸”工程的重要性,必須預(yù)防高壓氣井的損壞長(zhǎng)慶就隴東地區(qū)而言,套損井已達(dá)447口,占所有油水井的20%以上。主要是腐蝕引起的套損

套管損壞仍有加劇的趨勢(shì)主要油田套管損壞的特點(diǎn)勝利油田

1972年到1992年,總的損壞井?dāng)?shù)1659口,占總井?dāng)?shù)的10%,其中報(bào)廢井266口。

套損情況90%10%總井總損壞井孤島油田到1995年的套損井?dāng)?shù)為782口,占總井?dāng)?shù)的25%;勝坨油田1995年,共發(fā)現(xiàn)套管損壞井643口,占其總井?dāng)?shù)的24%;2003年4月,損壞井?dāng)?shù)1218口,占總井?dāng)?shù)的1/3。2003年4月止,全油田套管損壞井?dāng)?shù)5247口,占總井?dāng)?shù)的20%!10年增加了3768口,平均每年損壞近400口!目前的損壞總井?dāng)?shù)應(yīng)該超過(guò)6000口!

套損井主要出現(xiàn)在兩個(gè)高峰期,即一個(gè)是71-73年,一個(gè)是84-94年這兩個(gè)時(shí)間段所完鉆的井。這兩個(gè)期間的套損井占全部發(fā)現(xiàn)套損井的68%,但同時(shí)這兩個(gè)期間所鉆井?dāng)?shù)占全部鉆井?dāng)?shù)量的59%。

目前所發(fā)現(xiàn)的套損井的平均正常生產(chǎn)年限為11年。

區(qū)塊深度(米)地層孤島1227館陶組孤東1312館陶組勝坨1946沙二段埕東1161館陶組臨盤(pán)1600館陶組八面河1200館陶組平方王1465沙四段勝利油田主要含油地區(qū)的套損地層和平均深度延長(zhǎng)了油水井的非生產(chǎn)時(shí)間,增加了修井作業(yè)的成本,破壞了注采井網(wǎng)的正常布置和注采層系方案的實(shí)施,降低了油氣產(chǎn)量。特別是,當(dāng)一口井破漏或錯(cuò)斷后,往往會(huì)造成層系間串水,軟化泥巖層,形成大面積“浸水域”,引起相鄰井套管成片損壞。一口井報(bào)廢之后,要打更新井以維持生產(chǎn)狀態(tài)。由于過(guò)去對(duì)完井工作的概念缺乏完整系統(tǒng)地認(rèn)識(shí),對(duì)油水井做不倒科學(xué)設(shè)計(jì)和施工,投產(chǎn)以后做不倒科學(xué)地管理,致使地下各種矛盾交織,形成了惡性循環(huán)。套管損壞的危害研究工作進(jìn)展情況國(guó)外1、通過(guò)大量的模擬實(shí)驗(yàn),研究了腐蝕對(duì)套管損壞的影響。主要內(nèi)容包括完井液及地層水對(duì)套管引起的電化學(xué)腐蝕,硫化氫引起的氫脆腐蝕。對(duì)于電化學(xué)腐蝕的主要方法是采用了陰極保護(hù),阿莫克采油公司在東得克薩斯油田的797口井上采取了陰極保護(hù)措施,經(jīng)二十多年的實(shí)踐證明,套損率得到控制,經(jīng)濟(jì)效益顯著。解決氫脆腐蝕的主要途徑是研制了抗硫化氫的套管鋼材和熱處理方法。

2、通過(guò)強(qiáng)度試驗(yàn),開(kāi)展了射孔以后套管的機(jī)械性能參數(shù)主要是抗擠強(qiáng)度的變化。主要是射孔的孔徑、孔密、相位角等對(duì)套管強(qiáng)度的影響

3、對(duì)稠油熱采井注熱蒸汽對(duì)套管損壞的影響進(jìn)行了模擬試驗(yàn),編制了一套計(jì)算模式,用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了控制。指出,具有加工硬化性能的熱扎K55套管宜于在熱采井上使用。另外,通過(guò)增加套管接頭的厚度以及使用含有鉬,并經(jīng)過(guò)淬火和回火的加厚接頭,可提高接頭對(duì)熱蒸汽的密封性。4、研究了儲(chǔ)集層的孔隙壓力下降以后,地層壓對(duì)套管造成的危害,進(jìn)行了模擬試驗(yàn),分別以線(xiàn)彈性、非線(xiàn)彈性及塑性三種地層模式模擬了實(shí)際地層沉降壓實(shí)對(duì)套管性能的影響,建立了有限元計(jì)算模型。5、研究了鹽巖層的蠕變規(guī)律及其對(duì)套管損壞的影響。針對(duì)該項(xiàng)問(wèn)題主要有以下幾種解決的途徑:一是在鉆井過(guò)程中選用油包水乳化鉆井液,以控制鹽巖層的塑性流動(dòng);二是通過(guò)進(jìn)行試驗(yàn),根據(jù)蠕變力的大小來(lái)設(shè)計(jì)套管柱,特別指出,套管的抗擠強(qiáng)度必須超過(guò)其上覆巖層壓力的0.8倍,才能有效的防止套管損壞;三是維持井眼規(guī)矩,提高水泥環(huán)的膠結(jié)強(qiáng)度。6、研究了采油作業(yè)的鉆桿接頭與套管內(nèi)壁之間的接觸壓力對(duì)套管磨損速度的影響,通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),磨損速度與接觸壓力之間呈拋物線(xiàn)關(guān)系。指出,在鉆桿接頭上加焊碳化鎢鋼質(zhì)保護(hù)箍,可以減輕鉆桿接頭對(duì)套管內(nèi)壁的磨損速度。另外的途徑就是避免在鉆井過(guò)程中產(chǎn)生“狗腿”,以避免以后工具通過(guò)時(shí)與套管內(nèi)壁的接觸壓力。國(guó)內(nèi)

開(kāi)展了套損機(jī)理研究工作。從地球的物理運(yùn)動(dòng)、巖石力學(xué)性質(zhì)、注水及采油的強(qiáng)度、泥巖的蠕變、地震等各個(gè)方面不同的角度進(jìn)行了試驗(yàn)研究。為了定量地描述套損的機(jī)理,并提出預(yù)防措施,發(fā)展了一系列套管檢測(cè)儀器和檢測(cè)技術(shù),例如井下超聲波彩色顯像儀,套管變形方位測(cè)量,注水引起的微震檢測(cè),三維大地檢測(cè)等。建立了一系列有限元建設(shè)模型,用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了分析處理。根據(jù)分析的結(jié)構(gòu),從井位設(shè)計(jì)、套管設(shè)計(jì)、鉆井工程、固井、射孔、注水、采油等若干方面采取了預(yù)防措施。在修井工藝和工具方面有了新的改進(jìn)和發(fā)展。大慶

吉林油田針對(duì)本油田套管損壞的實(shí)際情況進(jìn)行了調(diào)查分析工作,認(rèn)為注水開(kāi)發(fā)后引起的地應(yīng)力在井眼周?chē)泻蛢煞N巖層間的膠結(jié)被削弱后上下巖層間的相對(duì)滑動(dòng)剪切是他們油田套管損壞的主要原因。長(zhǎng)慶油田套管腐蝕嚴(yán)重,在調(diào)查后認(rèn)為,其主要原因是某段地層露頭與洛河相接,而洛河水被酸污染嚴(yán)重,造成了井下套管的電化學(xué)腐蝕。中原油田鉆井研究所就其套管損壞井進(jìn)行了抽樣調(diào)查分析,認(rèn)為鹽膏層的蠕變是中原油田套管損壞的主要原因。

遼河油田調(diào)查了本油田套管損壞情況,認(rèn)為套損的原因主要有三個(gè):(1)地層出砂;(2)稠油熱采;(3)油層段不合理射孔。

從1990年開(kāi)始,先后完成了多項(xiàng)課題研究:“勝利油田油(水)井套管損壞情況調(diào)查與分析”“孤島油田套管損壞綜合治理”“孤島油田套管損壞規(guī)律及機(jī)理研究”“套管損壞檢測(cè)與評(píng)定”“勝坨油田套管損壞機(jī)理及防治方法研究”“燃爆技術(shù)在油田修套中應(yīng)用”“套管陰極保護(hù)方法研究”“熱采井的套管損壞機(jī)理及防治方法研究”……在修井工具、工藝等方面也有了發(fā)展勝利油田

形成的技術(shù):

套管檢測(cè)技術(shù) 套管粘砂技術(shù)套管上扣扭矩監(jiān)控技術(shù) 套管接箍保護(hù)環(huán)技術(shù)

套管陰極保護(hù)技術(shù)

爆炸修井技術(shù)

機(jī)械整形技術(shù)

套管補(bǔ)貼技術(shù)

取套換套技術(shù)

開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)

……

問(wèn)題:第一、研究的廣度和深度不夠;第二、推廣應(yīng)用的力度不夠;第三、地質(zhì)、鉆井、采油等方面的結(jié)合不夠。

存在的問(wèn)題及解決途徑:二、套管損壞的類(lèi)型及檢測(cè)方法

常見(jiàn)的套管損壞類(lèi)型

(1)套管破裂,系指套管穿孔,引起套管串漏;(2)套管錯(cuò)斷,系指套管被攔腰折斷;(3)套管腐蝕,包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種 機(jī)理。通常系指在套管內(nèi)外壁上形成麻點(diǎn), 嚴(yán)重到一定程度會(huì)發(fā)生破裂或錯(cuò)斷;(4)套管彎曲變形;(5)套管橢圓變形(縮徑)。常見(jiàn)套損類(lèi)型示意圖

套管損壞的幾種形式折疊缺陷應(yīng)力開(kāi)裂螺紋粘扣套管損壞的幾種形式腐蝕螺旋開(kāi)裂套管損壞的一些類(lèi)型套管磨損套管擠毀檢測(cè)套管的方法對(duì)于套管破裂和錯(cuò)斷,傳統(tǒng)的方法是打鉛印對(duì)于腐蝕,主要用電、磁測(cè)井方法對(duì)于縮徑,主要用多道井徑儀測(cè)量井徑的變化情況對(duì)于彎曲,國(guó)外和國(guó)內(nèi)某些油田采用測(cè)井斜和方位變化來(lái)解決,傳統(tǒng)的方法是用薄皮管驗(yàn)套或根據(jù)起出的油管彎曲情況直接觀(guān)察對(duì)于串漏,一般用井溫測(cè)井和下封隔器試壓驗(yàn)漏常規(guī)方法:鉛模打印封隔器驗(yàn)串薄皮管驗(yàn)彎井溫找漏新的方法:超聲波彩色井壁成像“鷹眼”攝像多臂井徑測(cè)量速率陀螺測(cè)量

磁法—測(cè)壁厚……方法套管破裂錯(cuò)斷的鉛模照片

測(cè)井車(chē)

地面儀器井下儀器套管射孔情況套管破漏情況大部分井“老齡”

地層理化性能發(fā)生變化套管周邊環(huán)境日趨惡劣增產(chǎn)作業(yè)更加頻繁綜合原因:

三、套管損壞的原因分析及對(duì)策套損原因老油田求產(chǎn),采用注水開(kāi)發(fā)、稠油熱采等工藝超深井、大位移井、高壓氣井等新鉆井技術(shù)的使用對(duì)套管的性能提出新的要求設(shè)計(jì)上不完善

套管選用不當(dāng)

套管質(zhì)量缺陷

下井操作不規(guī)范

對(duì)套管的保護(hù)不夠

開(kāi)采工藝和方式不合理

磨損腐蝕

地質(zhì)條件復(fù)雜和新鉆采工藝的使用管柱設(shè)計(jì)和套管選用方面的原因施工和現(xiàn)場(chǎng)使用方面的原因新油田開(kāi)發(fā),地質(zhì)條件復(fù)雜,高腐蝕介質(zhì)含量、高陡構(gòu)造、高地應(yīng)力等勝利油田區(qū)域廣闊,油藏類(lèi)型復(fù)雜,一般可分為常規(guī)疏松砂巖油藏、稠油熱采油藏、低滲透油藏、中低滲透長(zhǎng)井段砂巖油藏和特殊巖性油藏等類(lèi)型。套管損壞的原因主要有套管材質(zhì)質(zhì)量差、施工質(zhì)量差、地層應(yīng)力變化、腐蝕等因素。由于這些油藏分屬不同的地質(zhì)構(gòu)造,地層的物性有很大差別,造成套管損壞的原因很多,主要是隨著開(kāi)發(fā)時(shí)間的增長(zhǎng),一方面由于大部分井進(jìn)入了“老齡”階段,另一方面是地下理化性能發(fā)生了很大變化,尤其是當(dāng)部分井套管損壞以后沒(méi)有及時(shí)治理,周邊環(huán)境日益惡劣,套管受力更加復(fù)雜,加快了套管損壞的速度。通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查認(rèn)為,勝利油田的套管損壞主要有十方面的原因:(一)地層中大量出砂(孤島、孤東)1、上館陶組的油層為正韻律沉積,從上到下砂巖粒度由小變大, 膠結(jié)物主要以泥巖為主,膠結(jié)疏松;2、上館陶組的油層屬于河相沉積,非均質(zhì)嚴(yán)重;3、油層的親水性明顯,由上到下,親水性有增強(qiáng)的趨勢(shì);4、原油性質(zhì):高粘度、低含臘、低凝點(diǎn)的瀝青基石油;5、地層水礦化度較低;6、地溫梯度較高。孤島油田套管損壞井?dāng)?shù)與出砂井?dāng)?shù)的關(guān)系統(tǒng)計(jì)

項(xiàng)目73年74年75年76年77年78年79年80年81年82年83年84年85年年套損井?dāng)?shù)(口)

2911255346381335483870累計(jì)套損井?dāng)?shù)(口)

2112247100146184197232280318388年事故井?dāng)?shù)(口)68201842637048376074119204累計(jì)事故井?dāng)?shù)(口)614345294157227275312372446565769萬(wàn)方業(yè)出砂量(方)1.31.31.31.91.72.02.93.610.97.38.210.59.8年平均含水(%)0.31.54.110.220.930.637.846.451.252.454.357.563.3為什么出砂會(huì)造成套管損壞1、由于地層出砂,套管外圍被掏空,形成“大肚子”,套管外壁失去支撐,改變了受力狀態(tài)2、眾所周知,地下壓力之間存在著如下關(guān)系: PO=PP+б3、當(dāng)注水壓力較大,甚至超過(guò)上覆壓力時(shí),PO〈PP+б,地層會(huì)上升,油層以上的地層隨注水壓力的不穩(wěn)定而“漂浮”

4、當(dāng)砂粒流經(jīng)射孔的炮眼時(shí),會(huì)產(chǎn)生磨蝕,使炮眼進(jìn)一步擴(kuò)張,減弱套管的強(qiáng)度,造成破裂

注意管理不善則會(huì)使出砂加?。?)氣竄加劇了油井出砂

(2)清水浸泡油層,會(huì)加劇地層出砂

(3)頻繁開(kāi)關(guān)井,頻繁作業(yè)及強(qiáng)采強(qiáng)注都會(huì)加劇地層出砂

(二)在油層部位的套管上射孔,是造成套管損壞的重要外界因素為了能夠把原油從地層中開(kāi)采出來(lái),常規(guī)的方法是在油層部位的套管上射孔。無(wú)疑,射孔總是要降低套管的強(qiáng)度。尤其是當(dāng)射孔器材、射孔方式不合理時(shí),對(duì)套管強(qiáng)度的破壞更大

孤島、埕東地區(qū)射孔槍彈使用數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

區(qū)各種射孔槍使用井?dāng)?shù)(口)統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)(口)57—103槍73槍無(wú)槍身槍大炮彈小炮彈合計(jì)孤島5345228168396494%10.739.1146.1534.0180.16埕東1863644064%28.129.3856.256.2562.50合計(jì)7151264172436558%12.729.1447.3130.8378.14射孔引起套管損壞的機(jī)理

射孔后在套管上出現(xiàn)微裂紋,在長(zhǎng)期應(yīng)力狀態(tài)下形成應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂及疲勞裂紋擴(kuò)展,導(dǎo)致了套管的破裂和錯(cuò)斷(1)當(dāng)炮眼存在裂紋時(shí),周?chē)鷷?huì)應(yīng)力集中,對(duì)油井來(lái)說(shuō),上覆巖層下沉的力施加在油層段套管上,使裂紋逐步擴(kuò)展;對(duì)于水井來(lái)說(shuō),注水壓力直接施加于裂紋上,使裂紋逐步擴(kuò)展。(2)套管內(nèi)外壓差變化,注采壓力不穩(wěn)定,炮眼處受交變載荷作用使裂紋進(jìn)一步疲勞擴(kuò)展。

從井內(nèi)打撈出來(lái)的套管皮照片

應(yīng)對(duì)措施(1)避免用無(wú)槍身射孔

(2)對(duì)套管進(jìn)行嚴(yán)格的射孔檢驗(yàn)

(3)射孔時(shí)應(yīng)加槍身扶正器,保持槍身在井 眼內(nèi)居中,保證射孔的密度均勻,孔徑 大小一致

(4)調(diào)整合理的相位角

(5)由于重復(fù)射孔排布不均勻,一般不宜采 用

(6)從完井方法上應(yīng)進(jìn)一步研究完善,克服 射孔完井法存在的缺陷

射孔時(shí)槍身不居中射出的孔眼形狀示意圖

(三)油田的不合理注水開(kāi)發(fā),直接誘發(fā)了套管損壞孤島油田套損率隨速度參數(shù)變化的曲線(xiàn)

大慶薩、杏油田逐年套損井?dāng)?shù)與注水壓力關(guān)系

扶余油田套管變形與注水井口壓力關(guān)系

注水其他作用

1、注入水?dāng)D入油層頂部或底部的泥巖中,使水敏性強(qiáng)的蒙脫石水化膨脹,伴隨著在井壁上應(yīng)力集中,擠壞套管

2、注入水?dāng)D入兩種巖性的界面以后,減小了其滑動(dòng)摩擦角,上下巖層相對(duì)滑動(dòng),將套管剪壞;3、當(dāng)注入水進(jìn)入斷層或地層破碎帶以后,使膠結(jié)物質(zhì)水化,導(dǎo)致斷層或破碎帶復(fù)活,地層錯(cuò)動(dòng)而擠壞套管;4、高壓注水進(jìn)入泥巖后會(huì)產(chǎn)生位裂紋。

埕東油田套管損壞井位圖

分布在斷層面附近或構(gòu)造的陡面

(四)地層水礦化度高是引起套管腐蝕損壞的主要原因

化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕完井液中的無(wú)機(jī)鹽化學(xué)物質(zhì)和微生物也會(huì)對(duì)套管產(chǎn)生腐蝕,特別是硫酸鹽還原細(xì)菌和嗜氧細(xì)菌等微生物對(duì)套管腐蝕更為嚴(yán)重

典型的套管外腐蝕應(yīng)采取的措施

1、在完井液中加入抑菌劑或殺菌劑,殺滅缺氧條件下的硫酸還原菌。2、注水之前,搞好水質(zhì)凈化,除去有害成分,降低礦化度。根據(jù)敏感性試驗(yàn)的結(jié)果,往注入水中配如一定數(shù)量的緩蝕劑。3、酸化時(shí)要配入緩蝕劑,酸化后要及時(shí)地排液洗井。4、在固井時(shí)應(yīng)采取抗硫水泥,對(duì)付硫化物對(duì)水泥環(huán)的破壞。5、在油層段選用抗硫套管。

6、對(duì)套管采取陰極保護(hù)措施。(五)、壓裂是造成渤南等低滲油田套管損壞的重要原因

1、在壓裂時(shí),先要在壓裂液中加入支撐劑,其材料為固砂或人造陶粒砂。在強(qiáng)大的壓力作用下,支撐劑通過(guò)套管炮眼被擠入地層擴(kuò)張;2、壓裂壓力都比較大。主要應(yīng)該采取的措施

1、根據(jù)該類(lèi)地區(qū)的兩個(gè)壓力(地層壓力和地層破裂壓力)剖面,設(shè)計(jì)合理的井身結(jié)構(gòu),使用合理的泥漿體系和泥漿性能,既保證鉆井安全,又減輕地層污染程度,從而可以減少生產(chǎn)過(guò)程中壓裂次數(shù),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)選確定壓裂的壓力。2、在進(jìn)行套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮到壓裂的作用,增加套管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度。3、在注水泥時(shí),應(yīng)該根據(jù)壓裂的壓力大小,提高水泥返高,并進(jìn)一步提高水泥的封固質(zhì)量。

4、在壓裂作業(yè)時(shí),應(yīng)嚴(yán)格按照要求,在壓裂部位加下上、下封隔器防止壓力傳入其它部位,尤其是自由段引起套管損壞。在壓裂液中要配入適當(dāng)?shù)木徫g劑。在壓裂完畢以后,要進(jìn)行洗井,防止壓裂液殘留在井內(nèi)腐蝕套管。(六)注高壓高溫蒸汽是稠油熱采地區(qū)套管損壞的主要原因

注高壓蒸汽時(shí)套管受熱脹冷縮影響,使套管疲勞破壞后,最后拔斷套管,并損壞水泥膠結(jié)。在注蒸汽時(shí)不加隔熱管,不下封隔器,使蒸汽循著絲扣密封不嚴(yán)的地方漏失。細(xì)過(guò)濾層基管保護(hù)套支撐套粗過(guò)濾層焊縫精密管構(gòu)造圖割縫管主要應(yīng)該采取的措施1、通過(guò)進(jìn)行試驗(yàn),分析熱應(yīng)力條件下套管、水泥環(huán)的受力狀態(tài),科學(xué)地設(shè)計(jì)套管柱及預(yù)應(yīng)力。2、提高熱采井的固井質(zhì)量,主要是提高水泥返高和兩個(gè)界面的膠結(jié)強(qiáng)度。譬如可以采用套管粘砂技術(shù)。3、提高套管鋼材的熱穩(wěn)定性能和接頭處的密封性。4、使用熱應(yīng)力補(bǔ)償器。(七)套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)不合理會(huì)直接影響到油水井的壽命

在設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)于射孔、壓裂、酸化等一些必然的生產(chǎn)工藝過(guò)程沒(méi)有充分地考慮到,套管的強(qiáng)度和抗腐蝕性能達(dá)不到要求。尤其是在油層的射孔段一直是按完整來(lái)進(jìn)行計(jì)算。每個(gè)地區(qū)的地應(yīng)力及其隨著開(kāi)發(fā)的變化規(guī)律是不同的,在設(shè)計(jì)套管時(shí)沒(méi)有考慮到這一點(diǎn)。在生產(chǎn)一段時(shí)間后,因采油、注水、出砂、等原因都會(huì)引起套管在地下受力狀態(tài)的改變,而在最初的套管損壞時(shí)未能考慮到。套管的供應(yīng)問(wèn)題,滿(mǎn)足不了設(shè)計(jì)中對(duì)套管的選擇要求應(yīng)該采取的措施

1、進(jìn)一步開(kāi)展對(duì)與套管強(qiáng)度研究工作,在進(jìn)行套管的強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮底層及工藝過(guò)程對(duì)套管的影響。甚至可以考慮用其他的完井方法來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的套管射孔完井方法。2、針對(duì)套管損壞主要在油層多的特點(diǎn),采用復(fù)合套管,增加油層部分的套管強(qiáng)度。對(duì)于出砂油藏來(lái)說(shuō),可以使用直徑更大一些的套管,以提高套管的剛度。3、根據(jù)鉆井計(jì)劃,提前拿出套管設(shè)計(jì)方案。由管理局有關(guān)部門(mén)統(tǒng)一協(xié)調(diào),落實(shí)套管材料計(jì)劃。(八)固井質(zhì)量好壞,是能否延長(zhǎng)油水井壽命的關(guān)鍵

影響固井質(zhì)量的主要因素

1、水泥漿頂替效率低,使水泥與鉆井泥漿混合,形成一段“過(guò)渡帶”,水泥漿串槽,不能完全充滿(mǎn)環(huán)形空間。

2、在注水泥過(guò)程中,水泥漿密度過(guò)高,凝固速度過(guò)快,造成水泥漿“失重”,使油、氣、水串通,第二界面不能膠結(jié)。3、注水泥憋壓后凝對(duì)水泥環(huán)產(chǎn)生不利的影響:(1)憋壓時(shí)套管外漲,放壓時(shí)內(nèi)縮,此時(shí)水泥環(huán)已基本凝固,造成水泥環(huán)和套管分離;(2)壓力通過(guò)頂替液傳遞給阻流環(huán),使套管受到附加的拉伸力,中和點(diǎn)下移,拉伸段變長(zhǎng),壓縮段變短。當(dāng)水泥凝固后,套管仍然長(zhǎng)期處于受拉伸的應(yīng)力狀態(tài)下,使水泥環(huán)受到破壞。4、水泥漿濾液與地層的配伍性差,影響第二界面的膠結(jié)強(qiáng)度,或者井壁上的泥餅太厚,影響第二界面的膠結(jié)。5、井身質(zhì)量不好,或井徑不規(guī)則影響了固井質(zhì)量。6、井口座封不好,當(dāng)固完井后井口下沉,自由段受壓。7、在開(kāi)發(fā)區(qū)打調(diào)整井時(shí),采油、注水都會(huì)對(duì)固井造成“動(dòng)態(tài)干擾”。因地層中空隙的連通性,抽油時(shí)會(huì)將水泥漿抽入地層中,使水泥達(dá)不到預(yù)定的返高。例如,在永12—17井、孤東7—25—186井均因附近新井施工致使其油管被固在井內(nèi)。而注水又會(huì)注入到新井中稀釋水泥漿,影響固井質(zhì)量。油層固井質(zhì)量與返速的關(guān)系

等級(jí)單井(口數(shù))占總井?dāng)?shù)(%)無(wú)圖井?dāng)?shù)(口)合格井(口)優(yōu)質(zhì)井(口)優(yōu)質(zhì)率(%)?0.45m/s523.25

223057.69.45-.8m/s62338.84418943069.47.8-1.0m/s54735.88

12045479.09?1.0m/s35121.9434830086.21合計(jì)1600100.007379121476.21油層固井質(zhì)量與完井液密度的關(guān)系

等級(jí)單井(口數(shù))占總井?dāng)?shù)(%)無(wú)圖井?dāng)?shù)(口)合格井(口)優(yōu)質(zhì)井(口)優(yōu)質(zhì)率(%)?1.35g/cm3133583.445320101075.941.35-1.5g/cm321613.501417480.93?15g/cm3493.061183062.50合計(jì)1600100.007379121476.21油層固井質(zhì)量與井徑擴(kuò)大率的關(guān)系

等級(jí)單井(口數(shù))占總井?dāng)?shù)(%)無(wú)圖井?dāng)?shù)(口)合格井(口)優(yōu)質(zhì)井(口)優(yōu)質(zhì)率(%)?10%54634.12311043379.7410-15%49130.69212236775.05?15%56335.19214741473.80合計(jì)1600100.007379121476.21需要完善工藝問(wèn)題1、首先應(yīng)保證鉆井工程,主要是維護(hù)井壁穩(wěn)定和提高井身質(zhì)量。2、合理安裝套管扶正器的位置,保證注水泥時(shí)套管在井眼中居中。3、通過(guò)進(jìn)行地區(qū)統(tǒng)計(jì)和試驗(yàn),選擇各個(gè)地區(qū)與地層配伍性好的泥漿體系,確定合理的水泥漿和泥漿密度差值,提高水泥漿頂替效率,避免失重。4、在完鉆后,固井前,充分循環(huán)泥漿,除掉井內(nèi)泥砂和井壁泥餅。最好使用刮泥器刮除泥餅。5、搞好井口座封。在注水泥時(shí),要給予套管一定拉力,使固完井后,套管始終處于受拉而不是受壓狀態(tài)。6、避免采用管內(nèi)憋壓侯凝法,最好采用管內(nèi)敞壓、環(huán)空憋壓侯凝法。7、固完井后一定要進(jìn)行壓力試驗(yàn),如發(fā)現(xiàn)有漏失現(xiàn)象,要及時(shí)找出漏失點(diǎn),及早采取補(bǔ)救措施。8、開(kāi)辟試驗(yàn)區(qū),進(jìn)行變密度測(cè)井、CET測(cè)井與聲幅測(cè)井的對(duì)比,以便更準(zhǔn)確地檢測(cè)、分析固井質(zhì)量,為進(jìn)一步提高固井質(zhì)量創(chuàng)造條件。(九)套管的材質(zhì)及加工制造質(zhì)量不好是套管早期損壞的重要原因

—材質(zhì)不良或管體本身存在缺陷;—管體的加工尺寸精確,如不圓度、壁厚不均度等達(dá)不到要求;—加工時(shí)的殘余應(yīng)力存在;—螺紋的加工精度不高或存在缺陷。生產(chǎn)廠(chǎng)家不同,其質(zhì)量不同;同一生產(chǎn)廠(chǎng)家所生產(chǎn)的日期不同,質(zhì)量也不相同例如,大慶油田在1991年分別對(duì)一批日本住友公司的J55套管和西德的J55套管進(jìn)行射孔檢驗(yàn),結(jié)果住友套管被射裂嚴(yán)重,而西德套管卻相對(duì)完整。1989年6月,渤南油田的九口新井套管早期損壞,為此管理局專(zhuān)門(mén)組成調(diào)查組進(jìn)行調(diào)查。結(jié)果九口井中有七口井的套管是阿根廷所產(chǎn)。通過(guò)對(duì)起出套管進(jìn)行分析,并對(duì)這一批套管進(jìn)行抽檢,認(rèn)為這批套管在材質(zhì)和加工制造質(zhì)量方面不合格。因此,進(jìn)行下井前的質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)工作是十分重要的。

(十)忽視施工質(zhì)量的人為原因會(huì)給套管帶來(lái)極大危害

鉆井施工質(zhì)量的影響1、井過(guò)程中片面追求速度,鉆井質(zhì)量如井身質(zhì)量、井徑、井身質(zhì)量等達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。2、運(yùn)送套管不加套管護(hù)箍,不認(rèn)真檢查絲扣是否破損。3、上扣前不清理絲扣上沾帶的異物,不刷絲扣油,上扣不緊或上扣過(guò)盈。4、用鉆桿鉗上扣,接套管時(shí)在套管上咬出牙痕。

套管脫扣后的鉛模照片

從井內(nèi)取出的套管對(duì)孤島、河口兩個(gè)采油廠(chǎng)649口套損井的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,194口損壞在接箍位置,占30%。除了套管本身質(zhì)量的問(wèn)題外,不能說(shuō)不與施工質(zhì)量有關(guān)系。

為了說(shuō)明片面追求速度對(duì)套管及整口井的壽命帶來(lái)的危害,根據(jù)采油廠(chǎng)反映和管理局有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的要求,對(duì)孤島油田套管損壞井的施工井隊(duì)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。查到有井隊(duì)記錄的井477口,共27個(gè)鉆井隊(duì)參加施工。其中某鉆井隊(duì)在1972—1973年的一年間施工后損壞的井就有112口,占統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)的30%。查閱完井總結(jié)發(fā)現(xiàn),該隊(duì)所鉆得這部分井大多數(shù)未固表層套管,有的井甚至未下表層套管。據(jù)一些當(dāng)年參加會(huì)戰(zhàn)的同志反映,根本未鉆表層井眼,套管是硬壓下去的水泥未凝固就倉(cāng)促搬家。這些都是今后應(yīng)當(dāng)吸取的教訓(xùn)。

采油及井下作業(yè)質(zhì)量問(wèn)題對(duì)套管損壞的影響。1、采油強(qiáng)度過(guò)高會(huì)使套管受載增大,采油過(guò)程中的頻繁開(kāi)關(guān)井,會(huì)使套管受到疲勞破壞。2、薄油層換層作業(yè)頻繁。3、砂卡特別嚴(yán)重或井下落物打撈不上來(lái)時(shí),往往需要下小鉆頭鉆或下磨鞋磨,操作不當(dāng)將套管鉆、磨壞。以上因質(zhì)量所造成的種種問(wèn)題,鉆井、采油、井下,射孔等各個(gè)作業(yè)部門(mén)都應(yīng)當(dāng)樹(shù)立全局一盤(pán)棋的思想,都把自己當(dāng)成油水井的主人,消除行業(yè)偏見(jiàn),堅(jiān)決杜絕相互扯皮的現(xiàn)象。作為管理部門(mén)來(lái)說(shuō),應(yīng)下決心改革管理體制,切實(shí)在全面質(zhì)量管理上下工夫。

按照“預(yù)防為主、防治結(jié)合的方針,分四個(gè)層次開(kāi)展工作:☆不同油藏的套管損壞機(jī)理研究☆套管先期保護(hù)技術(shù)研究及應(yīng)用☆套損井修復(fù)技術(shù)配套與應(yīng)用☆套損井診斷技術(shù)配套及應(yīng)用基本方針目前已開(kāi)展的工作1、改善鉆井設(shè)計(jì)2、提高井身質(zhì)量3、套損井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)4、開(kāi)展了套損檢測(cè)與評(píng)價(jià)5、新鉆井先期保護(hù)四、套管的先期保護(hù)1、改善鉆井工程設(shè)計(jì)

(1)

優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(2)優(yōu)化固井設(shè)計(jì)(3)改善套管柱的設(shè)計(jì)方法2、提高井身質(zhì)量

近年來(lái),針對(duì)套管所出現(xiàn)的諸多問(wèn)題,研究并應(yīng)用井眼軌跡控制技術(shù)、優(yōu)質(zhì)泥漿技術(shù)、隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)等,使得井身質(zhì)量有了大幅度提高,套管在井下保持了比較良好的環(huán)境。

為了有效地掌握套管損壞動(dòng)態(tài)及對(duì)套損規(guī)律進(jìn)行科學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析,從2002年起開(kāi)展了套管損壞數(shù)據(jù)庫(kù)的研究及建設(shè)工作。目前,已完成了勝利采油廠(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的樣本工程。

3、建立了套管損壞數(shù)據(jù)庫(kù)套管損壞數(shù)據(jù)錄入窗口統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果綜合統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告

寧海套損深度柱狀圖車(chē)古204-1井套管損壞情況套管被磨壞套管脫扣

——

上扣扭矩監(jiān)控

——

套管粘砂

——

陰極保護(hù)

——

低密度水泥漿固井

——

技術(shù)套管防磨裝置

——

套管接箍保護(hù)環(huán)

——

隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)

——

鉆井泄壓5、對(duì)套管進(jìn)行了先期保護(hù)

長(zhǎng)期以來(lái),套管上扣存在著非常嚴(yán)重的問(wèn)題:上扣不到造成連接強(qiáng)度不夠和上扣過(guò)緊造成粘扣。為此,專(zhuān)門(mén)研發(fā)了專(zhuān)用儀器—扭矩儀,通過(guò)測(cè)定和控制上扣時(shí)的扭矩來(lái)達(dá)到提高上扣質(zhì)量的目的。針對(duì)某一型號(hào)與規(guī)格的套管輸入最佳扭矩值和最大扭矩值,當(dāng)扭矩達(dá)到最佳時(shí),計(jì)算機(jī)指示報(bào)警器報(bào)警,工人可以停止上扣;一旦上扣扭矩達(dá)到最大時(shí),計(jì)算機(jī)控制液壓站的油路斷開(kāi),避免繼續(xù)上扣。計(jì)算機(jī)將所有資料存儲(chǔ)起來(lái),作為監(jiān)督工作的依據(jù)。(1)套管上扣扭矩監(jiān)控

液壓站扭矩控制系統(tǒng)扭矩儀扭矩監(jiān)控曲線(xiàn)圖(1)扭矩監(jiān)控曲線(xiàn)圖(2)

絲扣有問(wèn)題的套管統(tǒng)計(jì)井號(hào)懷疑絲扣有問(wèn)題的套管序號(hào)小計(jì)(根)萊1-更1021018192024416487萊1-2194693萊1-更斜21051萊1-更1313412175萊1-斜更241551萊1-272671萊1-更3251429744

22

(2)、套管粘砂

在傳統(tǒng)的固井方法中,存在的問(wèn)題之一是水泥與套管的的膠結(jié)強(qiáng)度不夠,使得界面脫離,造成流體沿著縫隙串漏,給開(kāi)發(fā)工作造成危害。同時(shí)管材直接與液體接觸加快了其電化學(xué)腐蝕的速度,造成套管腐蝕損壞。為了解決這一問(wèn)題,采用了套管粘砂技術(shù)。2000年以來(lái),在勝采、東辛等油區(qū)進(jìn)行套管粘砂50多口井。

頂替效率的好壞,直接影響到二界面的密封,利用固井模擬井筒裝置進(jìn)行了針對(duì)檢測(cè)二界面封固質(zhì)量的頂替效率試驗(yàn)研究

二界面封固質(zhì)量影響因素研究粘砂套管

辛110-斜9井粘砂套管與辛110-斜8井普通套管固井質(zhì)量對(duì)比井號(hào)

一界面

二界面

差好中差m%m%m%m%m%m%粘砂管22010000002091989021普通管2201000000002119694

3、陰極保護(hù)

從1993年開(kāi)始,在孤島油田套管損壞綜合治理項(xiàng)目中,就已經(jīng)開(kāi)展了套管陰極保護(hù)的研究與試驗(yàn),取得了較好的效果。陰極保護(hù)方法有幾類(lèi)??煞譃樽陨娏魇奖Wo(hù)和外加電流式保護(hù),在外加電流保護(hù)中分為單井保護(hù)和區(qū)域保護(hù)、直流保護(hù)和脈沖保護(hù)等等。2003年主要在廣利油田開(kāi)展了兩種陰極保護(hù)的試驗(yàn)共16口井。

a.套管直流陰極保護(hù)示意圖陰極保護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整井降壓泄壓技術(shù)

影響固井質(zhì)量臨界地層孔隙壓力系數(shù)的確定是關(guān)鍵

(4)、地層壓力預(yù)測(cè)及降泄壓技術(shù)研究

在勝坨油田套損機(jī)理研究中,提出了這樣一個(gè)概念:當(dāng)注采壓力不平衡,油層壓力下降時(shí),地層會(huì)發(fā)生沉降,套管主要受到兩種軸向力,一種是與水泥環(huán)接觸面的摩阻力,一種是接箍面上的臺(tái)肩阻力。尤其是臺(tái)肩阻力,會(huì)在接箍部位形成局部應(yīng)力,使絲扣密封失效。(5)套管接箍保護(hù)環(huán)保護(hù)環(huán)的設(shè)計(jì)思路:

將水泥臺(tái)肩與接箍端面隔開(kāi),減少它們之間的作用力。

解決的問(wèn)題:

套管接箍保護(hù)環(huán)

材料結(jié)構(gòu)安裝工藝(6)泡沫水泥漿固井與低密高強(qiáng)水泥漿固井特點(diǎn):壓力低強(qiáng)度高膠結(jié)牢固主要作用:提高水泥返高有利于防腐

草13區(qū)塊泡沫水泥漿固井效果對(duì)比

①整體式非旋轉(zhuǎn)保護(hù)接頭

采用硬質(zhì)合金TC軸承鉆井液開(kāi)式潤(rùn)滑,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,壽命長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)?。幌?lián)醐h(huán)和心軸剛性聯(lián)接,強(qiáng)度高,不易發(fā)生井下事故;整套工具采用高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼加工制造;整套工具采用高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼加工制造;留有充足的打鉗位置,安裝拆卸方便。

(7)套管防磨技術(shù)

分體式非旋轉(zhuǎn)保護(hù)接頭具有如下主要技術(shù)特點(diǎn):摩擦系數(shù)低,減磨性好,強(qiáng)度相對(duì)較高;鉆井液開(kāi)式潤(rùn)滑,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,壽命長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)??;整套工具采用高強(qiáng)度非鐵合金加工制造,重量輕、可鉆性好;

直接卡套在鉆桿上,操作方便,不增加鉆柱長(zhǎng)度。1、

(8)隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)

隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)是下入隨鉆擴(kuò)眼工具邊鉆邊擴(kuò),在全面鉆進(jìn)的同時(shí)形成擴(kuò)大井眼,以滿(mǎn)足采用改進(jìn)的井身結(jié)構(gòu)、擴(kuò)大環(huán)空間隙、提高固井質(zhì)量的要求。

目前已使用水力式、機(jī)械式和雙心式三種類(lèi)型的擴(kuò)眼工具。為改變深井和側(cè)鉆井的井身結(jié)構(gòu)和下一步實(shí)體膨脹管的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

五、套管損壞井的修復(fù)技術(shù)簡(jiǎn)介

1、擠水泥技術(shù)。對(duì)于出現(xiàn)套管漏失的井,注水期間造成層間串通的井,通過(guò)找漏、驗(yàn)串后,擠水泥進(jìn)行堵漏、封串。2、改層上返技術(shù)。對(duì)于有多套含油層系的套損井,當(dāng)位于下部油層處的套管損壞以后,通過(guò)打水泥塞等措施將套管損壞段封隔,在其上部油層處射孔采油。3、換套管技術(shù)。對(duì)于套損段較長(zhǎng),位于淺層的套管,通過(guò)套銑、切割等手段將壞套管取出,用公錐重新造扣,換上新套管。4、套管整形技術(shù)。對(duì)于套管變形井,下入帶有滾子的整形工具進(jìn)行漲管整形,對(duì)于地層已經(jīng)發(fā)生塑性變形的井,成功率還較低。5、套管補(bǔ)貼技術(shù)。對(duì)于套管破裂的井,可以用補(bǔ)貼的方法進(jìn)行修復(fù)。方法是用套管接補(bǔ)器,將波紋管補(bǔ)貼到套管內(nèi)壁上。由于目前接補(bǔ)器的長(zhǎng)度較短,所以只限于補(bǔ)貼到3米的長(zhǎng)度。6、套管內(nèi)爆炸修井技術(shù)。對(duì)于套管縮徑井,可以利用炸藥爆炸進(jìn)行整形;對(duì)于套管破裂井可通過(guò)爆炸將波紋管補(bǔ)貼到套管內(nèi)壁上;對(duì)于在非坍塌性地層中的套管錯(cuò)斷井,將高能量的炸藥下放到錯(cuò)斷位置引爆,利用爆炸后所產(chǎn)生的高溫高壓氣體及沖擊波,使套管損壞段擴(kuò)張,即打通道,然后利用鋼管進(jìn)行補(bǔ)貼加固。這種方法目前僅限于外徑為Φ139.7mm的套管損壞井。炸藥的下入量根據(jù)檢測(cè)出的變形量計(jì)算確定。最常用的方法是測(cè)量井徑變化量。7、套管內(nèi)側(cè)鉆一開(kāi)窗技術(shù)。對(duì)于損壞壞段在油層因非常嚴(yán)重而造成報(bào)廢的井,可以在套管內(nèi)某處安放造斜器磨銑開(kāi)窗,裸露出原地層,然后下入小尺寸鉆頭,利用定向技術(shù)鉆一小曲率半徑的水平井段,恢復(fù)采油。8、小通道套損井打通道擴(kuò)徑技術(shù)與密封加固技術(shù)。主要是對(duì)套管錯(cuò)斷、彎曲、縮徑等工具難以下入的井,先用特殊工具和工藝進(jìn)行通徑處理,然后用特殊的管具進(jìn)行密封連接,使套損井能恢復(fù)生產(chǎn)。9、膨脹管補(bǔ)貼技術(shù)。用特殊的管材和工具,在一定壓力狀態(tài)下,補(bǔ)貼在套管上。10、小套管重新固井技術(shù)。特點(diǎn)是,不需要大型裝備,不需要對(duì)地層進(jìn)行檢測(cè),僅僅在原井眼內(nèi)下小套管重新固井,實(shí)際上形成了一口新的“小井眼”井。自2003年以來(lái),臨盤(pán)采油廠(chǎng)已經(jīng)采用這種方法實(shí)施多口井,經(jīng)回訪(fǎng)證實(shí),目前這些井全都正常生產(chǎn)。起初人們對(duì)這種方法的顧忌是:當(dāng)下入小套管后是否能夠順利采油?答案是肯定的。就經(jīng)濟(jì)效益來(lái)說(shuō),目前在臨盤(pán)采油廠(chǎng)的費(fèi)用在80萬(wàn)元左右。而新鉆一口井則在200萬(wàn)元以上,開(kāi)窗側(cè)鉆一口井大約在120萬(wàn)元以上。六、今后的工作思路

做好跟蹤調(diào)查推廣8項(xiàng)技術(shù)開(kāi)展10項(xiàng)研究抓緊3項(xiàng)配套完善組織體系㈠大力推廣應(yīng)用成熟技術(shù)1

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