注水井套管損壞原因分析及預防措施

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1、注水井套管損壞原因分析及預防措施：根據某油田地質特征和注水開發(fā)套管損壞的特點，從泥巖吸水蠕變、砂巖膨脹等方面分析油田套損形成的原因，并提出了綜合預防及治理措施。實際表明，注入水進入地層后，在砂巖垂向膨脹、軸向拉應力和泥巖徑向擠壓載荷的作用下，使套管發(fā)生變形損壞。采取合理注入壓力、選擇合適套管等級、調整注采井X、控制注水壓力和工藝措施是預防套損的有效手段?！　￡P鍵詞：套管損壞注水開發(fā)蠕變砂巖膨脹　　某作業(yè)區(qū)從2007-2011年共發(fā)現注水井套損井70口，套損井主要為水井。從現場驗證的情況來看，其中套損形式以變形為主共有49口，占70%，其次是錯斷17口井

2、，占24.3%，其次還有套管破裂、外漏、拔不動。大部分套損井為多變點、長井段損壞，其中斷層附近的套損井所占比例較大，且套損程度比較嚴重，大部分套損點位于射孔井段內夾層部位或頂界附近。　　1原因分析　　1.1泥巖段套管損壞分析　?。?）注水誘發(fā)泥巖段套管損壞的基本原因。注入水進入泥巖層，改變了泥巖的力學性質和應力狀態(tài)，從而使泥巖產生位移和變形，擠壓造成套管損壞。當注水井在接近或超過底層破裂壓力注水時，大量高壓水便竄入泥巖隔層、地層界面引起物質、地層因素變化，對套管產生破壞力。不平穩(wěn)注水使地層經常性張合，導致套管周圍的水泥環(huán)松動、破裂，注入水得以沿破裂的水

3、泥環(huán)竄至泥巖層，使注入水與損壞段外泥巖充分接觸?！　。?）由于地下巖層非均勻地應力存在，當注入水進入泥巖層，破壞了其原始的含水狀態(tài)，使泥巖層出現侵水軟化，產生了蠕變變形，從而在套管周圍形成了隨時間變化而增大的類似橢圓型的徑向分布非均勻外載，要忽略水泥環(huán)的作用時，這種載荷在最大地應力方向將超過該深處的最大主地應力值，而在最小地應力方向低于該深處的最小主地應力值?！　√坠苤車渥兺廨d的分布形式用橢圓形表示，一般情況下，套管周圍橢圓形蠕變外載的分布規(guī)律可表示為：　　，（1）　　套管外載的最終值與地應力成正比，比值以K1、K2表示：　??；，（2）　　式中：—套

4、管所受的徑向蠕變外載力，MPa；—與最大水平地應力方向的夾角；S1、S2—與試驗條件與巖石性質有關的常數，MPa；、—最大、最小水平主應力，MPa；、—與最達主應力成00方向900方向的套管外載的最終穩(wěn)定值，MPa?！　?，（3）　　公式表明，這種載荷載在最大地應力方向將超過該處的最大主應力值，而在最小地應力方向低于該處的最小地應力值。與均勻外壓相比各種套管抗非均勻外壓的強度要低得多。“等效破壞載荷”是在橢圓形外載條件下，當外力達到某一臨界值時，套管發(fā)生彎曲變形被擠扁。套管強度降低的程度取決于橢圓形載荷的比值K，K值越小，強度降低得越多?！　?.2砂巖段

5、套管損壞分析　　高壓注水時，如油層物性差，油水井間連同性不好，就會在油層附近蹩起高壓。蹩壓作用使巖石骨架膨脹，吸水層厚度增加，引起砂巖層局部發(fā)生垂向膨脹。對傾角很小的砂巖層來說，厚度變化量可用美國學者根據含油砂巖室內試驗推導的理論公式來描述?！　?，（4）　　式中：—砂巖吸水前后地層壓力變化量值，MPa；——吸水砂巖厚度，m；—砂巖的體積壓縮系數，1/MPa；—砂巖原始空隙度，無因次。　　對于注水后砂巖的厚度變化為　　，（5）　　式中：P0—砂巖層原始地層壓力，MPa；P1—砂巖層吸水后空隙壓力，MPa?！　∫话阏J為，長時間大面積注水，井底周圍空隙水壓等

6、于注水壓力。在高壓下，巖石骨架膨脹，當水泥環(huán)膠結良好時，穿過該油層的套管隨之伸長，因而對套管產生了較大的附加拉應力。假設套管的伸長量等于砂巖的厚度變化，根據材料力學理論，可求出相應的拉應力　　，（6）　　式中：—材料的應變，無因次；E—楊氏模量，MPa?！　ⅲ?）式代入（6）式，得　　，（7）　　在附加拉應力作用下，對套管柱進行受力分析時，應取管體抗拉強度和接箍抗拉強度的較小者作為抗拉強度極限。當巖石骨架膨脹對套管產生的附加拉應力超過所用套管強度時，套管將被拉斷。在實際注水井中，由于射孔井段一般都是砂巖和泥巖的混層，注入水進入地層后，引起砂巖垂向膨脹

7、，使套管承受附加拉應力，降低了套管的抗擠毀強度，在泥巖蠕變引起的徑向擠壓載荷的作用下，套管發(fā)生變形損壞?！　?綜合治理　　2.1防止注入水竄入弱夾層　　注入壓力限制在地層微裂縫以下。注入壓力應以滿足注水量，防止套管損壞為合理注入壓力。加強注入水質配伍研究，控制注入壓力過高。定期對高壓注水井采取洗井、防膨及解堵措施，防止各種因素造成地層污染?！　?.2提高套管抗擠強度　　完井采用高鋼級、大壁厚的套管。對容易發(fā)生變形的巖層段，普通N80/139.7難以承受不均勻地應力的擠壓。油田開發(fā)前要準確測定地應力值，選擇合適的套管等級和壁厚。在易發(fā)生套管損壞的泥巖帶下

8、雙層組合套管，或下入壁厚大、強度高的套管?！　?.3調整注采井X、控制注水壓力　　當現有的注采