低成本套損治理技術(shù)研究與應(yīng)用

陳小娟 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采油廠

油井和注水井套損的問題不僅導(dǎo)致注入生產(chǎn)井網(wǎng)的破壞和注入生產(chǎn)的不平衡，而且還損害了油田的高產(chǎn)，這已經(jīng)成為一個(gè)問題。油田開發(fā)設(shè)計(jì)的全過程迫在眉睫。如今，油井套管的損壞大致可分為形變，錯(cuò)位和腐蝕穿孔。造成油水井套損的關(guān)鍵因素包括地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力，工程設(shè)計(jì)及其侵蝕要素。其中，“強(qiáng)注強(qiáng)采”膨脹引起的油水井套管的地質(zhì)構(gòu)造力和內(nèi)外壓力差是造成套管破壞的最關(guān)鍵的兩個(gè)因素。根據(jù)套損的原理，采取預(yù)防措施來減少油水井套損所造成的損壞，對(duì)油氣藏的開發(fā)設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、問題的提出

相對(duì)于套管完好井，套損井主要存在以下三方面的開發(fā)難題：一是補(bǔ)貼加固后，“陪綁”潛力小層問題突顯。補(bǔ)貼加固是治理套損井的主要技術(shù)，當(dāng)嚴(yán)重套損點(diǎn)接近射孔層段時(shí)，為加固套管往往需要犧牲部分未發(fā)生套損的油層。近年來，平均每年治理套損井115口，套損后加固治理的15口井，由于受套損位置及相鄰小層距離的限制，其中有37%會(huì)損失未套變小層，井、層的開發(fā)利用率受到影響。二是高含水及出砂套損井治理難度大，維護(hù)成本高。高含水套損井存在較嚴(yán)重的低效無效水循環(huán)，影響非主產(chǎn)層剩余油開發(fā)，出砂套損井不但影響油水井的正常生產(chǎn)，而且增大了油田維護(hù)工作量，增加了開發(fā)成本。高含水或出砂套損井亟須堵水或固砂治理，但由于存在套變，不進(jìn)行大修預(yù)處理，常規(guī)措施工藝施工管柱無法正常下入，措施難度及施工風(fēng)險(xiǎn)較大。三是有待實(shí)施壓裂的套損井較多，壓前套管修復(fù)成本高，延誤壓裂施工時(shí)機(jī)。隨著油田開發(fā)的深入，多數(shù)正常套管井已經(jīng)進(jìn)行了重復(fù)壓裂改造，在現(xiàn)有工藝技術(shù)條件下，措施挖潛潛力承逐年下降趨勢(shì)，具有改造潛力的套損井已成為后續(xù)主要的壓裂挖潛對(duì)象之一，對(duì)于套損井若先進(jìn)行大修整形或加固后，再應(yīng)用常規(guī)配套的壓裂工藝進(jìn)行挖潛改造，增加了開發(fā)成本，延誤壓裂施工時(shí)機(jī)，同時(shí)導(dǎo)致部分層段無法實(shí)現(xiàn)二次改造動(dòng)用。

二、套管損壞的原因以及機(jī)理分析

老油田套損井套管破損的類型主要是腐蝕現(xiàn)象。套管腐蝕破損的主要特征是套管出現(xiàn)外腐蝕，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)內(nèi)腐蝕。老油田套管腐蝕破損主要是點(diǎn)蝕。隨著油井開采時(shí)間的延長(zhǎng)，老油田油井的套管腐蝕深度持續(xù)加深，套管表面的應(yīng)力引起腐蝕段產(chǎn)生變形和裂縫，套管腐蝕損壞程度加劇。套管腐蝕破損的形成，首先是出現(xiàn)腐蝕坑，隨著腐蝕坑的持續(xù)擴(kuò)大，套管出現(xiàn)變形和裂縫，裂縫繼續(xù)擴(kuò)展導(dǎo)致套管破裂。油田井注水異常也可能是由測(cè)量偏差引起的。當(dāng)測(cè)量測(cè)試數(shù)據(jù)與實(shí)際情況偏差較大時(shí)，相應(yīng)的注水措施也會(huì)有所不同。由測(cè)量偏差引起的注水誤差也是現(xiàn)實(shí)中油田井注水異常的原因之一。目前，最常用的測(cè)量方法是注水井分層測(cè)試、井下流量計(jì)測(cè)試。其實(shí)這兩種分層試驗(yàn)的工作原理是一樣的。兩種方法都是根據(jù)注水井的井內(nèi)情況，采用控制壓力的方法完成分層試驗(yàn)。運(yùn)用壓力科學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和分析，完成對(duì)油田注水井情況的了解。在實(shí)際操作中，要注意在水流穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行更多的水滴和多點(diǎn)測(cè)量流量，從而提高測(cè)量檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

三、套損的治理優(yōu)化策略

（一）油層出砂造成套損

在油田的生產(chǎn)過程中，用于產(chǎn)生沙子和白色邊緣的填充液通常是軟粉砂細(xì)沙的疏松板巖層。對(duì)于這種白色邊界填充液的制砂，在不考慮水對(duì)結(jié)構(gòu)的損壞的情況下，從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度來看，制砂的原因是排油裝置的機(jī)械作用力，破壞了排油裝置的結(jié)構(gòu)。白色邊界填充液體首先是結(jié)構(gòu)的一部分。對(duì)于沒有淤泥細(xì)砂的松散砂，排油孔會(huì)將松散的砂子抬起，從而在油氣井中產(chǎn)生砂子。在整個(gè)注水過程中，板巖層中的粉砂很容易吸收水分并溶脹和水解。在采出液的高抗壓強(qiáng)度下，壓差非常大，白色邊緣填充液巖層的框架結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致油氣井周邊地區(qū)出砂。在產(chǎn)砂區(qū)將引起裂縫。如果裂縫太大，則當(dāng)由它引起的拱頂不能施加到上覆巖層的工作壓力時(shí)，上覆巖層的工作壓力將部分遷移到防水套管，從而破壞防水套管。

（二）液壓式斜井封隔器隔采工藝技術(shù)

對(duì)于某些套管破損斜井的治理過程中，采取常規(guī)封隔器隔采工藝技術(shù)后，容易出現(xiàn)油管彎曲變形、管桿偏磨現(xiàn)象加劇、抽油機(jī)械設(shè)備負(fù)荷大大增加等問題，這些狀況發(fā)生的解封壓力較大，容易導(dǎo)致結(jié)垢井大修拔鉆。因此，可采用液壓式斜井封隔器隔采工藝技術(shù)。液壓式斜井封隔器隔采工藝技術(shù)的工作原理是在座封階段，通過向油管內(nèi)注水加壓，讓液壓座封機(jī)構(gòu)在液流的作用下，快速達(dá)到抗壓阻力。抗壓阻力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，抗阻機(jī)構(gòu)剪切銷釘被剪斷，液壓座封機(jī)構(gòu)動(dòng)作，推動(dòng)硬扶正機(jī)構(gòu)鋼球開始爬坡，漲到套管內(nèi)壁扶正工具后，密封機(jī)構(gòu)膠筒通過壓縮密封套管，座封壓力值滿足要求后，完成座封工序。在解封階段，首先將管柱向上提起，解封機(jī)構(gòu)開始作用，解封剪切銷釘被剪斷，鎖定機(jī)構(gòu)達(dá)到要求自動(dòng)彈開，密封機(jī)構(gòu)和硬扶正機(jī)構(gòu)被回收，解封工序完成。液壓式斜井封隔器隔采工藝技術(shù)在油田的套損井治理中應(yīng)用比較多，但該技術(shù)應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。一方面，液壓式斜井封隔器隔采工藝技術(shù)通過在封隔器頂端的扶正鋼球來完成角度120度時(shí)的扶正動(dòng)作，在座封過程中，扶正作用的完成是靠受壓的扶正鋼球受壓突出來完成的，鋼球突出扶正能夠保障液壓式斜井封隔器的膠筒與套管之間的接觸良好，從而保證座封的良好效果。同時(shí)，液壓式斜井封隔器隔采工藝技術(shù)在封隔器內(nèi)設(shè)置自動(dòng)解封結(jié)構(gòu)和機(jī)制，解封的阻力大大減小，解封的便捷性大大增加。另一方面，液壓式斜井封隔器隔采工藝技術(shù)的應(yīng)用過程中，隔水管柱、生產(chǎn)管柱二者融為一體，封隔器沒有適合的檢修手段，進(jìn)行檢泵作業(yè)時(shí)必須更換新的封隔器。

（三）精細(xì)油藏地質(zhì)描述，提高套損預(yù)防針對(duì)性

深化認(rèn)識(shí)，提高小層、斷層及微構(gòu)造描述精度，摸清構(gòu)造因素，為精準(zhǔn)成因分析提供地質(zhì)依據(jù)。利用測(cè)井資料結(jié)合新采集的三維地震資料，立足于井震結(jié)合，通過地震斷層與井?dāng)帱c(diǎn)、地震分層與井分層的“2 個(gè)匹配”，精細(xì)刻畫出斷點(diǎn)、斷層和地層的空間組合配置關(guān)系，繪制出 2000 余個(gè)相帶圖，明確了油水井注采關(guān)系；應(yīng)用儲(chǔ)層細(xì)分解剖技術(shù)，深化了砂體非均質(zhì)特征認(rèn)識(shí)，明確井間砂體連通狀況，實(shí)現(xiàn)了“構(gòu)造精細(xì)到井間，儲(chǔ)層精細(xì)到單砂”的油藏描述目標(biāo)。地質(zhì)多學(xué)科技術(shù)的應(yīng)用，為精準(zhǔn)套損預(yù)防奠定了地下構(gòu)造環(huán)境基礎(chǔ)?？刂撇季桨?，確定了新區(qū)井別設(shè)計(jì)、二次加密井設(shè)計(jì)、油井轉(zhuǎn)水井調(diào)整方案必須盡最大可能遠(yuǎn)離斷層的原則，降低套損風(fēng)險(xiǎn)。

（四）提升油田注入水質(zhì)

油田深注入井套管損害的改善必須集中在改善油田水的引入上。在改善將油田引入水體的整個(gè)過程中，工作人員應(yīng)首先保持清醒，并了解防水套管的上端大部分是由于腐蝕而損壞的。員工應(yīng)該率先嘗試在整個(gè)過程中避免腐蝕和侵蝕，以便更合理地減少泄漏。其次，在提高水體的整個(gè)過程中，工人的素質(zhì)也有一個(gè)關(guān)鍵的危害。整個(gè)過程中，工作人員必須做好維護(hù)外殼，提高機(jī)械設(shè)備的殺菌和耐污性等工作，最終達(dá)到維護(hù)防水外殼的預(yù)期效果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，現(xiàn)階段封隔器隔離處理技術(shù)或套管破井的關(guān)鍵處理方法，在防水套管的處理中，側(cè)移，套管更換和小型防水套管處理技術(shù)都比較完善，但成本增加，項(xiàng)目建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)，密封段生產(chǎn)技術(shù)的天然氣動(dòng)力改造，套管滲漏修復(fù)技術(shù)和真空泵油田技術(shù)需要進(jìn)一步的科學(xué)研究。以便在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。套損井的環(huán)境修復(fù)是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作。要根據(jù)套損的監(jiān)測(cè)與跟蹤工作，全面掌握油田套損的動(dòng)態(tài)，促進(jìn)套損原理的科學(xué)研究，并進(jìn)行安全防護(hù)和整治技術(shù)。防水套管的外觀應(yīng)改進(jìn)。進(jìn)一步提高天然氣開采潛力，促進(jìn)油田穩(wěn)步發(fā)展。

（五）細(xì)化防控措施，降低套損風(fēng)險(xiǎn)

套損管理核心與重點(diǎn)是預(yù)防，有效的控制措施是套損保護(hù)的最好手段。采用“三控三防”措施，明確控制項(xiàng)目、細(xì)化控制標(biāo)準(zhǔn)、清晰控制流程、規(guī)范操作行為，對(duì)生產(chǎn)全過程進(jìn)行有效控制，規(guī)避套損風(fēng)險(xiǎn)，提高防控效果。一是控源頭，防質(zhì)量不達(dá)標(biāo)?？刂铺坠軓?qiáng)度，新鉆井段全井應(yīng)用 N80 套管，提高套管抗壓強(qiáng)度；控制固井質(zhì)量，按防套損要求設(shè)計(jì)水泥返高深度，保證鉆井固井質(zhì)量?jī)?yōu)良；優(yōu)化投產(chǎn)壓裂、二三次壓裂方案，前置液低排量，降低對(duì)固井水泥環(huán)的損失，待儲(chǔ)層形成裂縫后，提高排量輸送支撐劑，盡最大可能減小壓裂對(duì)固井質(zhì)量的破壞程度，避免注水上竄至泥巖段。二是控過程，防壓力不平衡。采取“整體與局部”相結(jié)合的方法有效控制注水，整體控制注水總量，降低注采比，保證注采平衡，降低綜合含水上升速度，防止區(qū)塊整體套損增加；局部控制注水壓力，針對(duì)不同井區(qū)采取相應(yīng)注水控制方式，應(yīng)用間注、周期注水、籠改分、停注水層、關(guān)井等多種方法，保證區(qū)域壓力平衡。逐步增加分層注水井比例，實(shí)現(xiàn)精細(xì)注水，精細(xì)控制。三是控管理，防操作不規(guī)范。把控注水井日常管理，嚴(yán)格執(zhí)行“四個(gè)嚴(yán)禁”注水原則，即嚴(yán)禁超破裂壓力注水，嚴(yán)禁注水異常井注水，嚴(yán)禁井況不清井注水，嚴(yán)禁套損水井沒報(bào)廢不徹底先鉆更新或側(cè)斜井注水；把控注水井開關(guān)操作，嚴(yán)守操作規(guī)程，注水井鉆關(guān)、鉆開、作業(yè)施工、正常洗井操作時(shí)，嚴(yán)禁猛開、猛關(guān)，避免造成井內(nèi)與地層壓力差異過大損壞套管。

（六）套管整形工藝

根據(jù)防水套管收縮和變形的復(fù)雜程度，有兩種修復(fù)處理技術(shù)：機(jī)械設(shè)備整形手術(shù)和爆炸性整形手術(shù)。當(dāng)防水套管有輕微的收縮變形時(shí)，請(qǐng)使用機(jī)械設(shè)備的塑料化妝品加工技術(shù)進(jìn)行維修；當(dāng)防水套管變形更嚴(yán)重，且總體形狀超過防水套管內(nèi)徑的12%時(shí)，請(qǐng)使用爆炸性塑料化妝品加工技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。機(jī)械設(shè)備整形。使用機(jī)械設(shè)備的塑料美容儀來進(jìn)行變形防水套管的塑料美容，因?yàn)殂@探設(shè)備的凈重和配套設(shè)施機(jī)械設(shè)備的管束在一些防水性較小的塑料美容套管中是常見的。如套管毛刺、輕微縮徑變形。爆炸整形。利用瞬間由爆燃引起的巨大動(dòng)能，根據(jù)物料的傳遞，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)能，從而消除了防水套管的變形地應(yīng)力和巖層的擠壓，從而防水外殼會(huì)膨脹并向外膨脹。應(yīng)力場(chǎng)被迫在某些區(qū)域再次擴(kuò)散，從而達(dá)到修復(fù)的目的。發(fā)生爆炸時(shí)，整形外科具有很強(qiáng)的相互作用力，可以根據(jù)此直徑將管徑修復(fù)到基本井徑。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，具有剩余油潛力非錯(cuò)斷套損井壓裂增產(chǎn)改造工藝技術(shù)試驗(yàn)的開展，有效拓寬了措施增產(chǎn)井層優(yōu)選界限，是常規(guī)壓裂工藝的重要補(bǔ)充，為油田持續(xù)措施上產(chǎn)提供了有效的技術(shù)保障；通過高含水或出砂套損井個(gè)性化封堵工藝技術(shù)的開展，形成了高含水或出砂套損井的個(gè)性化封堵及配套工藝，可為油田相類似套損井的封堵挖潛治理提供技術(shù)借鑒及參考；油層套管選擇性密封加固技術(shù)是針對(duì)現(xiàn)有補(bǔ)貼管及其密封加固工藝的不足，通過研制預(yù)制孔眼補(bǔ)貼管及高強(qiáng)度密封環(huán)，創(chuàng)新形成的一種新型密封加固工藝，對(duì)于油田開發(fā)后期，套損井不斷增多，產(chǎn)能接替不足，解決套損相鄰小層的“陪綁”原油損失問題，具有重要意義。