论文部分内容阅读
摘 要：本文结合孤东油田井下作业小修工艺特点，针对有可能对套管造成损伤的施工工艺进行了原因分析，并根据不同施工工艺，提出了相应的保护措施，以其最大限度地降低修井作业过程中对套管的损伤。
关键词：：修井作业 套管 分析 保护
0 引言
随着孤东油田进入高含水开发的后期，出砂、高强度注采、频繁作业以及井身结构、完井质量、套管材质等诸多因素影响，套损井日益增多，套损问题日趋严重，而目前套损井修复工艺复杂、难度大，多数只能工程报废处理或带病生产，成为制约油田开发效益进一步提高的重要因素。孤东油田特殊的油藏特性，使作业在采取防砂、稠油热采、三次采油、频繁的该层生产等工艺措施实施中，单井作业频率及作业工序相对其它油田都居高不下，加剧了作业过程中对套管的损伤，修井作业已成为孤东油田套损井逐年增多的一项重要原因。
1 孤东油田套损现状
孤东油田自1986年开发以来到目前，各种类型的套损井有逐年增加的趋势，特别是近年来套损速度明显加快。截至到2010年12月底孤东采油厂套损井总数1311口，占油水井总井数的32.7%；套损油井731口，占油井总数的25.6%；套损水井580口，占水井总数的49.9%，水井套损率是油井套损率的2倍。
2.1 损坏类型
孤东油田类型主要有弯曲、错断、破裂、缩径、穿孔漏失等五种类型比较见，其中弯曲、错断占到套管损坏井数的85%，为主要损坏类型。
2.2 套损位置在井深剖面上的分布规律
从套管损伤井的套损位置在井身剖面上的统计资料看，套变位置主要集中分布在射孔上界以上20米至油层中部区域内，共有1059口井，占统计套损井数的80.8 %。
2 不同修井作业工况形成套损机理分析
套管损伤井的套损位置调查统计表明，到2010年12月，共有套损井1311井次（表1）。
2.1高压施工对套管损伤机理分析
高压施工针对套管而言，是指修井作业中施工压力超过套管标准试压值（177.8mm套管12.0MPa，139.7mm套管13.0MPa，）。但孤东油田在修井作业工艺实施过程中，有很多工艺措施施工的压力都大幅度超过20MPa，甚至高达30.0MPa。
2.1.1高压对承压能力弱的套管造成的损伤
孤东油田表层水盐碱含量高，注入水矿化度高，这些因素加速了套管的腐蚀。如图1所示，注水井油管在长期的注入水腐蚀下，已被腐蚀穿孔，油管内外被腐蚀严重，这样可预测出注入水不但走油管通道，同样可由穿孔的油管通道进入油套环空，套管同样被不同程度的腐蚀，腐蚀后的套管因无法进行检验和直观的发现，会为以后需套管承压时而埋下隐患。
2.1.2 防砂施工中油管刺漏造成套管损坏
形成油管刺漏的基本条件是油套产生压差及油管漏失。当以上两个条件形成后，高压携砂液会从油管漏点释放，可能像水力喷砂射孔一样在短时间内击穿套管（图2）。
2.2二次射孔对套管的损坏
孤东油田馆陶组自投入开发以来，为了提高产能，采用大枪大弹，大直径射孔孔眼削弱了套管抗拉抗压强度。再加上腐蚀、高压施工等因素影响，套管的抗拉抗压强度会大幅度降低。目前的射孔枪一次射孔最大孔密只能达到20孔/米，而孤东油田馆陶组D177.8mm套管上孔数设计一般为32孔/米，射孔方式是采用16孔/米射孔枪进行二次复射。
如图3所示。射孔枪在井下是依靠磁定位系统进行定位，一次射孔后射孔孔眼会均布在套管壁上，二次射孔虽然深度能准确的控制，但不能在原有孔眼基础上进行准确布控重复射孔孔眼，使重复射孔的孔眼会不规则的叠加在原射孔孔眼上，如果是纵向上叠加会导致套管纵向受力的降低，易产生裂缝弯曲；如果是横向上叠加，会导致套管横向受力的降低，易产生错断。导致原本强度不高的射孔部位会雪上加霜，再度降低套管抗拉、抗压强度而易产生套管变形，因此重复射孔，对套管的损伤是严重的。
2.3磨铣施工中套损机理分析
井下作业在无法正常打捞井内损坏的鱼顶落物时，经常采用磨鞋将损坏的落物鱼顶磨铣掉，以便于落物的打捞。磨铣工具损伤套管的因素主要有以下几方面：
2.3.1磨铣碎屑对套管的损伤
循环液由磨铣工具水眼返出，从外壁与套管内壁环空上返。同时，碎屑必须经磨铣工具外壁与套管内壁环空上返，因磨铣工具外壁与套管内壁空间的限制，小于这个空间的碎屑被循环液携带至地面，而大于这个空间的碎屑和碎块就会在磨鞋底部边缘堆积或水槽中卡住（图4），这些碎屑及碎块会随磨铣工具一起转动，造成磨铣的卡阻和划伤套管。
2.3.2磨铣工具本身对套管的损伤
磨铣工具磨偏后对套管造成的损伤。工具在井筒中随意摆动，偏磨套管壁，导致套管壁变薄、甚至磨穿。
磨铣工具本体磨铣材料对套管造成的损伤。磨铣工具磨铣材料一般采用高强度合金材料，在磨铣的同时也会对套管造成划伤，当磨铣进尺缓慢这种划伤会对套管造成很大当伤害。
2.4打捞解卡对套管的损伤
2.4.1打捞对套管的损伤
打捞是修井作业在井下事故处理中常采用的一种措施，如果操作不当会造成打捞工具抄手，其后果一是造成打捞失败；二是造成事故复杂化；再有如果工具被卡，工具的高强度牙块会在反复的活动解卡过程中，不断地对套管造成刮伤，严重的会挤破套管。
2.4.2解卡对套管的损伤
大负荷解卡对套管的提拉。在大负荷解卡时，作用在落物上的拉力传递到套管上，使套管产生自卡点向上的提拉，如果该处套管无水泥固井或水泥环破坏，套管便有可能被提拉发生弯曲。
活动解卡对套管及水泥环的损伤。修井作业在解除井内卡钻时，一般采用的方法是反复上提下放管柱，靠管柱的冲击力来解除卡钻。在进行冲塞施工时，是靠快速下放管柱，利用管柱的冲击力来捣碎固结物。因油管的弹性作用，油管会在套管内被反复的拉直压弯。从管柱顶端到管柱底端，管柱受压程度逐渐增大，相对套管的冲击力自上而下逐渐增大，造成对水泥环的损伤。
2.5高频率起下管柱作业对套管的的损伤
油管在套管内的起下，会对套管产生不断的磨损，磨损的程度与井的斜度与频率有关，斜度越大频率越高则磨损程度越大。
2.6化学防砂及封堵地层对套管的损伤
分析原因为这些化学防砂料及封堵剂都不同程度存在固化后体积膨胀的现象，如果化学防砂料及封堵剂在地层中能均匀分布，则套管受力会均匀一般不会产生变形；如果化学防砂料及封堵剂在地层中局部堆积，则套管会受单向挤压力便易产生变形。
3 修井作业对套管损坏的预防对策
3.1高压施工对套管的保护
孤东油田从1986年开发至今，进入高含水开发期，套管在生产、注水过程中已经严重腐蚀老化，部分井的套管已不能承受高压。现场施工时采用封隔器来封闭油层以上套管环空，封隔器以上套管不承受压力，起到了保护套管的作用，如图5所示。
施工步骤：
⑴下防砂管柱：防砂技术管柱按设计下到预定位置后，正转管柱3圈，下放管柱座封，装井口。
⑵套管试压：向套管内灌注压井液，待井筒满后，反挤压井液，对套管试压。
⑶防砂施工：按设计正挤携砂液及防砂料，完成防砂施工。
3.2钻磨铣施工过程中的保护对策
解决钻磨过程中大块碎屑无法上返的问题是钻磨作业过程中套管保护的关键。
3.2.1采用局部反循环磨铣工具
局部反循环磨铣工具（如图6）防磨损套管原理是：水流经上接头的心管进入由侧孔喷出，经工具外壁与套管内壁下行，沿磨铣工具底部水槽由本体内循环孔上返水道在小圆柱与大圆柱之间返出的局部反循环方式。它具有不改变循环水的冲刷、冷却、携带作用；不但有效防止正循环磨铣所产生的碎屑卡钻、磨损套管的事故的发生，而且提高了磨铣效率，避免了套管损伤的优点。循环水经对称的四个侧孔喷出，因喷出水流的反冲力使磨铣工具居中，减少与套管内壁接触，起到保护套管的效果。
3.2.2优化施工参数
磨铣施工前详细了解井身结构选择合适尺寸的磨铣工具、弄清楚井内鱼顶形状、材质、是否卡住还是活动；施工中分析返出碎屑情况，研究井内磨铣状况，采取合理的转速和钻压。如果长时间磨铣无进尺的情况不可盲目增加钻压、钻速，应该降低钻速上提管柱缓慢下放观察分析。
3.3合理选择射孔方式
套管射孔完井是孤东采油厂主要的完井方式，射孔孔眼伴随油气井从投产开发到停产报废。开展射孔之前应该对套管性能、材质、产能适应性研究，结合地层渗透率进行产能论证，选择合理孔数、孔密，确保射孔尽可能一次完成，避免重复射孔。
3.4提高作业质量，降低作业施工频率
对作业方案进行充分论证，确保作业一次成功，减少反复该层生产；提高作业一次成功率，避免多轮次施工；优化施工设计，在不影响作业质量的前提下，优化施工工序，减少管柱起下次数。
3.5化学防砂及封堵工艺对套管损伤机理
通过实验分析化学防砂及封堵用料在地层的分布情况；掌握各种化学防砂及封堵用料的膨胀量有可能对套管的损伤；各种化学防砂及封堵用料对不同井况的适应性。
3.6合理确定打捞解卡工艺措施
（1）首先要准确掌握井内落物状况，优选可退打捞工具。
（2）大直径套管要使用引鞋，防止工具发生抄手事故。
（3）活动解卡时间不易过长，且冲击力不可过大。
（4）避免采用笔尖冲塞法处理塞面。
4 结束语
套管保护对油田后期开发尤为重要。修井作业作为油田开发的主要辅助行业，频繁的作业施工及各种增产、防砂工艺措施实施，对套管造成不同程度的损伤，而且这种损伤是隐性的，将对油水井的长远高效开发带来不利影响。因此，要把修井作业过程中对套管保护作为一项重要工作来开展，加强修井作业对套管损伤机理的研究，完善治理措施，把修井作业过程中的套管保护工作做得更好。
参考文献：
[1]《油田油水井套管损坏的机理及防治》.北京：石油工业出版社，1994
作者简介：
甄继才（1976.8-），男，技师，2009年石油大学成人网络教育石油工程专业大专，长期从事井下作业工作。地址：山东省东营市河口区孤东采油厂，E-mail：[email protected].
关键词：：修井作业 套管 分析 保护
0 引言
随着孤东油田进入高含水开发的后期，出砂、高强度注采、频繁作业以及井身结构、完井质量、套管材质等诸多因素影响，套损井日益增多，套损问题日趋严重，而目前套损井修复工艺复杂、难度大，多数只能工程报废处理或带病生产，成为制约油田开发效益进一步提高的重要因素。孤东油田特殊的油藏特性，使作业在采取防砂、稠油热采、三次采油、频繁的该层生产等工艺措施实施中，单井作业频率及作业工序相对其它油田都居高不下，加剧了作业过程中对套管的损伤，修井作业已成为孤东油田套损井逐年增多的一项重要原因。
1 孤东油田套损现状
孤东油田自1986年开发以来到目前，各种类型的套损井有逐年增加的趋势，特别是近年来套损速度明显加快。截至到2010年12月底孤东采油厂套损井总数1311口，占油水井总井数的32.7%；套损油井731口，占油井总数的25.6%；套损水井580口，占水井总数的49.9%，水井套损率是油井套损率的2倍。
2.1 损坏类型
孤东油田类型主要有弯曲、错断、破裂、缩径、穿孔漏失等五种类型比较见，其中弯曲、错断占到套管损坏井数的85%，为主要损坏类型。
2.2 套损位置在井深剖面上的分布规律
从套管损伤井的套损位置在井身剖面上的统计资料看，套变位置主要集中分布在射孔上界以上20米至油层中部区域内，共有1059口井，占统计套损井数的80.8 %。
2 不同修井作业工况形成套损机理分析
套管损伤井的套损位置调查统计表明，到2010年12月，共有套损井1311井次（表1）。
2.1高压施工对套管损伤机理分析
高压施工针对套管而言，是指修井作业中施工压力超过套管标准试压值（177.8mm套管12.0MPa，139.7mm套管13.0MPa，）。但孤东油田在修井作业工艺实施过程中，有很多工艺措施施工的压力都大幅度超过20MPa，甚至高达30.0MPa。
2.1.1高压对承压能力弱的套管造成的损伤
孤东油田表层水盐碱含量高，注入水矿化度高，这些因素加速了套管的腐蚀。如图1所示，注水井油管在长期的注入水腐蚀下，已被腐蚀穿孔，油管内外被腐蚀严重，这样可预测出注入水不但走油管通道，同样可由穿孔的油管通道进入油套环空，套管同样被不同程度的腐蚀，腐蚀后的套管因无法进行检验和直观的发现，会为以后需套管承压时而埋下隐患。
2.1.2 防砂施工中油管刺漏造成套管损坏
形成油管刺漏的基本条件是油套产生压差及油管漏失。当以上两个条件形成后，高压携砂液会从油管漏点释放，可能像水力喷砂射孔一样在短时间内击穿套管（图2）。
2.2二次射孔对套管的损坏
孤东油田馆陶组自投入开发以来，为了提高产能，采用大枪大弹，大直径射孔孔眼削弱了套管抗拉抗压强度。再加上腐蚀、高压施工等因素影响，套管的抗拉抗压强度会大幅度降低。目前的射孔枪一次射孔最大孔密只能达到20孔/米，而孤东油田馆陶组D177.8mm套管上孔数设计一般为32孔/米，射孔方式是采用16孔/米射孔枪进行二次复射。
如图3所示。射孔枪在井下是依靠磁定位系统进行定位，一次射孔后射孔孔眼会均布在套管壁上，二次射孔虽然深度能准确的控制，但不能在原有孔眼基础上进行准确布控重复射孔孔眼，使重复射孔的孔眼会不规则的叠加在原射孔孔眼上，如果是纵向上叠加会导致套管纵向受力的降低，易产生裂缝弯曲；如果是横向上叠加，会导致套管横向受力的降低，易产生错断。导致原本强度不高的射孔部位会雪上加霜，再度降低套管抗拉、抗压强度而易产生套管变形，因此重复射孔，对套管的损伤是严重的。
2.3磨铣施工中套损机理分析
井下作业在无法正常打捞井内损坏的鱼顶落物时，经常采用磨鞋将损坏的落物鱼顶磨铣掉，以便于落物的打捞。磨铣工具损伤套管的因素主要有以下几方面：
2.3.1磨铣碎屑对套管的损伤
循环液由磨铣工具水眼返出，从外壁与套管内壁环空上返。同时，碎屑必须经磨铣工具外壁与套管内壁环空上返，因磨铣工具外壁与套管内壁空间的限制，小于这个空间的碎屑被循环液携带至地面，而大于这个空间的碎屑和碎块就会在磨鞋底部边缘堆积或水槽中卡住（图4），这些碎屑及碎块会随磨铣工具一起转动，造成磨铣的卡阻和划伤套管。
2.3.2磨铣工具本身对套管的损伤
磨铣工具磨偏后对套管造成的损伤。工具在井筒中随意摆动，偏磨套管壁，导致套管壁变薄、甚至磨穿。
磨铣工具本体磨铣材料对套管造成的损伤。磨铣工具磨铣材料一般采用高强度合金材料，在磨铣的同时也会对套管造成划伤，当磨铣进尺缓慢这种划伤会对套管造成很大当伤害。
2.4打捞解卡对套管的损伤
2.4.1打捞对套管的损伤
打捞是修井作业在井下事故处理中常采用的一种措施，如果操作不当会造成打捞工具抄手，其后果一是造成打捞失败；二是造成事故复杂化；再有如果工具被卡，工具的高强度牙块会在反复的活动解卡过程中，不断地对套管造成刮伤，严重的会挤破套管。
2.4.2解卡对套管的损伤
大负荷解卡对套管的提拉。在大负荷解卡时，作用在落物上的拉力传递到套管上，使套管产生自卡点向上的提拉，如果该处套管无水泥固井或水泥环破坏，套管便有可能被提拉发生弯曲。
活动解卡对套管及水泥环的损伤。修井作业在解除井内卡钻时，一般采用的方法是反复上提下放管柱，靠管柱的冲击力来解除卡钻。在进行冲塞施工时，是靠快速下放管柱，利用管柱的冲击力来捣碎固结物。因油管的弹性作用，油管会在套管内被反复的拉直压弯。从管柱顶端到管柱底端，管柱受压程度逐渐增大，相对套管的冲击力自上而下逐渐增大，造成对水泥环的损伤。
2.5高频率起下管柱作业对套管的的损伤
油管在套管内的起下，会对套管产生不断的磨损，磨损的程度与井的斜度与频率有关，斜度越大频率越高则磨损程度越大。
2.6化学防砂及封堵地层对套管的损伤
分析原因为这些化学防砂料及封堵剂都不同程度存在固化后体积膨胀的现象，如果化学防砂料及封堵剂在地层中能均匀分布，则套管受力会均匀一般不会产生变形；如果化学防砂料及封堵剂在地层中局部堆积，则套管会受单向挤压力便易产生变形。
3 修井作业对套管损坏的预防对策
3.1高压施工对套管的保护
孤东油田从1986年开发至今，进入高含水开发期，套管在生产、注水过程中已经严重腐蚀老化，部分井的套管已不能承受高压。现场施工时采用封隔器来封闭油层以上套管环空，封隔器以上套管不承受压力，起到了保护套管的作用，如图5所示。
施工步骤：
⑴下防砂管柱：防砂技术管柱按设计下到预定位置后，正转管柱3圈，下放管柱座封，装井口。
⑵套管试压：向套管内灌注压井液，待井筒满后，反挤压井液，对套管试压。
⑶防砂施工：按设计正挤携砂液及防砂料，完成防砂施工。
3.2钻磨铣施工过程中的保护对策
解决钻磨过程中大块碎屑无法上返的问题是钻磨作业过程中套管保护的关键。
3.2.1采用局部反循环磨铣工具
局部反循环磨铣工具（如图6）防磨损套管原理是：水流经上接头的心管进入由侧孔喷出，经工具外壁与套管内壁下行，沿磨铣工具底部水槽由本体内循环孔上返水道在小圆柱与大圆柱之间返出的局部反循环方式。它具有不改变循环水的冲刷、冷却、携带作用；不但有效防止正循环磨铣所产生的碎屑卡钻、磨损套管的事故的发生，而且提高了磨铣效率，避免了套管损伤的优点。循环水经对称的四个侧孔喷出，因喷出水流的反冲力使磨铣工具居中，减少与套管内壁接触，起到保护套管的效果。
3.2.2优化施工参数
磨铣施工前详细了解井身结构选择合适尺寸的磨铣工具、弄清楚井内鱼顶形状、材质、是否卡住还是活动；施工中分析返出碎屑情况，研究井内磨铣状况，采取合理的转速和钻压。如果长时间磨铣无进尺的情况不可盲目增加钻压、钻速，应该降低钻速上提管柱缓慢下放观察分析。
3.3合理选择射孔方式
套管射孔完井是孤东采油厂主要的完井方式，射孔孔眼伴随油气井从投产开发到停产报废。开展射孔之前应该对套管性能、材质、产能适应性研究，结合地层渗透率进行产能论证，选择合理孔数、孔密，确保射孔尽可能一次完成，避免重复射孔。
3.4提高作业质量，降低作业施工频率
对作业方案进行充分论证，确保作业一次成功，减少反复该层生产；提高作业一次成功率，避免多轮次施工；优化施工设计，在不影响作业质量的前提下，优化施工工序，减少管柱起下次数。
3.5化学防砂及封堵工艺对套管损伤机理
通过实验分析化学防砂及封堵用料在地层的分布情况；掌握各种化学防砂及封堵用料的膨胀量有可能对套管的损伤；各种化学防砂及封堵用料对不同井况的适应性。
3.6合理确定打捞解卡工艺措施
（1）首先要准确掌握井内落物状况，优选可退打捞工具。
（2）大直径套管要使用引鞋，防止工具发生抄手事故。
（3）活动解卡时间不易过长，且冲击力不可过大。
（4）避免采用笔尖冲塞法处理塞面。
4 结束语
套管保护对油田后期开发尤为重要。修井作业作为油田开发的主要辅助行业，频繁的作业施工及各种增产、防砂工艺措施实施，对套管造成不同程度的损伤，而且这种损伤是隐性的，将对油水井的长远高效开发带来不利影响。因此，要把修井作业过程中对套管保护作为一项重要工作来开展，加强修井作业对套管损伤机理的研究，完善治理措施，把修井作业过程中的套管保护工作做得更好。
参考文献：
[1]《油田油水井套管损坏的机理及防治》.北京：石油工业出版社，1994
作者简介：
甄继才（1976.8-），男，技师，2009年石油大学成人网络教育石油工程专业大专，长期从事井下作业工作。地址：山东省东营市河口区孤东采油厂，E-mail：[email protected].