浅谈套管损坏的原因及修复方法

浅谈套管损坏的原因及修复方法

殷琦,王小强,白卫宁

长庆油田第三采油厂油房庄第二采油作业区

摘要: 随着油田开发进入中高含水期， 套损井越来越多，因此，套损井的修复一直是重点研究的课题，为提高套损井的修井质量，缩短修井时间，本文对套损井修复过程中整形工具结构进行了系统深入的研究，其研究成果对认识油水井套管变形和损坏的受力状况和套损井修复整形工具的改进具有一定的指导意义。与套损井修复工艺相结合，同时本文通过分析套管损、变形的原因进行分析，并采取针对性的工艺技术修复或预防，使其达到正常生产的目的，从而提高油水井的利用率。

关键词：套管损坏，套管修复

1  造成套管损坏的原因

套管损坏主要是由以下三方面的因素造成：一是由地质因素引起的套损；二是由电化学腐蚀、氧腐蚀、CO2腐蚀、H2S腐蚀等引起的套损；三是因固井质量不合格及井下作业等工程因素引起套损。

1.1  造成套管变形损坏的地质因素

1.1.1  井眼周围的岩石压力对套管损坏的影响

钻井前各岩层处于原始地层应力场的平衡状态，钻井后，引起周围岩石应力重新分布，当周围岩石应力集中处的应力达到岩石的屈服极限时，就有变形发生，套管受到周围岩石的作用力导致套管损坏。

1.1.2  泥岩膨胀引起套管损坏

泥岩在有水的情况下能引起膨胀，这种负荷会随时间增大而增大，当套管的抗压强度低于外部负荷时套管就会被挤压变形乃至错断。

1.1.3  地层出砂和油层压实可导致套管损坏

油井在生产过程中出砂，在油层压实和地层压力下降的情况下使周围岩石应力状态发生变化，使卸压的岩石发生坍塌，形成对套管的作用载荷，导致套管损坏。

1.1.4   地壳的运动也可导致套管损坏

由于地壳的运动、地震同样也可导致对套管的损坏变形。

1.1.5   岩性变化造成套管损坏

注水开发的泥砂岩油田，当套管受到岩石膨胀和塑性移动挤压力的作用而产生挤压变形（图1）；同时当地层倾角较大时，上覆岩层压力也会转移给套管。其长期作用会迫使套管发生弯曲、缩径甚至错断。

1.1.6  断层活动造成套管损坏

在油田注水开发过程中，断层附近是地应力相对较集中的地区，当地层产生相对滑移（图1.2），剪挤套管，从而导致套管严重损坏。

1.2  造成套管损坏的工程因素

1.2.1  固井质量差可造成套管损坏

固井时水泥浆的密度过大，内部顶替液与外部水泥浆形成压差导致套管损坏；井眼倾斜，固井存在漏空或者偏差，久而久之就会使套管弯曲变形；水泥返高不够，未封固套管在轴向拉压力作用下变形。

1.2.2  套管质量不合格可造成套管损坏

管壁厚薄不均，影响到套管本身的抗拉强度，丝扣密封不严，螺纹加工精度不高都可能造成套管损坏变形。

1.2.3  施工不合理可造成套管损坏

生产压差过大易造成套管超过极限压力而收到损坏。

1.2.4  修井作业对套管损坏造成直接的影响

频繁的井下作业不断使套管胀缩，反复地加压或卸载，加速了套管的磨损与变形。

1.3  造成套管损坏的其它因素

1.3.1 腐蚀

主要由电化学腐蚀、CO2腐蚀、H2S腐蚀及化学腐蚀等构成，油房庄池46区块出现的套损情况往往是这几种腐蚀因素共同作用的结果，且腐蚀情况多以套管逐渐变薄、穿孔大面积连片为主要特征。

2.1  套管变形缩径的修复

2.1.1  胀修

（1）其工具为梨形胀管器（如图2.1所示）是用以修复套管变形量较小的整形工具，它依靠钻具本身的重量或下击，下击器施加的冲击力迫使工具的锥形头部楔入变形套管的部位进行挤胀，以恢复其内通径要求尺寸的目的。

图2.1  梨形胀管器

工作原理：工作部分为锥体大端。当钻具施加给工具不断增加的力时，其锥体大端与套管变形部位接触的瞬间所产生的侧向分力直接挤胀套管变形部位。

（2）偏心辊子整形器

图2.2  偏心辊子整形器

偏心辊子整形器由偏心轴、上辊、中辊、钢球及丝堵等组成。如图2.2所示。它可以对油、气、水井的轻度变形套管进行整形修复。其可利用一根偏心轴，靠换不同尺寸的辊子老达到不同的整形尺寸。

2.1.2  磨铣

对于套管由于射孔、腐蚀破坏后形成的卷边和毛刺，一般采用磨铣的方法进行修理。常用的修理工具为套管刮削器。将套管刮削器连接在钻具底部，通过钻具的旋转带动工具切削套管内的毛刺或卷边，使其畅通。

2.1.3  爆炸修复

当胀修无法施工或效果极差时，可采用爆炸整形的办法来修复变形。

对于变形套管变形形状的简化。套管变形的形状主要有3 种:即套管径缩、套管挤扁和套管弯曲。当套管受到的轴向拉伸应力超过其材料的屈服强度，而其四周的围压均匀时，套管会发生材料力学上常见的径缩现象，造成其局部内径缩小，这就是套管径缩，套管挤扁是指由于圆形套管截面四周受到不均匀的挤压力从而使其截面变成不规则的椭圆形，归纳起来套管挤扁又可分为单侧压和双侧压2 种形式，从现场统计资料来看，这类变形是油井套管变形最常见的1 种型式，套管弯曲是指由于地下受力不均匀所造成的套管沿轴线弯曲。爆炸胀形法对于前

2 种变形最为有效。实际的变形管的变形形状是多种多样的，而且不规则。为了提供一个普遍适用的药量计算公式，应将变形管的变形由不规则简化为规则变形。在实进行爆炸整形时，根据实际变形情况，可通过调整药包的位置及形状来更好地达到整形要求。

由此可见，相信在爆炸法修复变形石套管的实践中，它应将发挥重要作用。

2.2  套管破裂的修理方法

2.2.1  挤水泥浆

当地层压力不大、破裂和漏失不严重时，可用挤水泥浆的方法进行修理。

2.3  套管错断的修理方法

2.3.1  对接法

适用于套管破漏较浅，损坏较少时应用，并要求对接位置以上地层结构较好、不坍塌。

具体方法是：先在套管内油层以上井段注悬空水泥塞，然后将破漏以上套管提出（具体实施时可用倒扣、爆炸、切割等方法）。留一个完好的鱼头或接箍，再下同油层套管尺寸的套管，对扣上紧，或用铅风补接器对接后注水泥封固，并试压合格。

2.3.2  扶正后注水泥固定

错断位移大而且容易复位的下扶正器注水泥固定。扶正器一般采用木质或铅质，用可钻材料制作。

施工时要先在下断口以下0.5 m做一个坚实的临时井底，然后下钻具（工具）将错断套管扶正，再把扶正器送至预定位置，然后注水泥固井，钻水泥塞及扶正器，通井合格。

结论

油水井在长时间的生产过程中，由于多种原因使得这些井的套管损坏比较严重。本文分别从地质因素、工程因素和其他因素等多方面分析了套管损坏的原因。管的损坏主要有变形缩径、破裂和错断等，不同的损坏类型相应的修复方式也有所不同。因变形缩径损坏的套管通过胀修、磨铣、爆炸修复等修复，破裂的套管可通过挤水泥浆修复，错断的套管可通过对接、扶正后注水泥固定等方法修复。经过修复后可以继续使用，降低了生产成本，以上方法是目前生产实际中比较常用的修复方法。

对于套管的维修要从多方面考虑，应根据不同情况要选择合理的维修方法。综合各种因素考虑，套管对油水井的正常运行起决定性作用；所要做的就是确保套管的质量，以确保油水井正常生产。随着油田含水的增加、抽油井井况的恶化，套管损坏的情况愈加严重，应该继续加强套管损坏及防治技术的研究，推广应用机械采油新工艺、新技术，延长检泵周期，提高油田生产的经济效益。

参考文献

[1]聂海光/王新河主编 《油气田井下作业修井工程》.石油工业出版社

[2]卜祥英.党旭光.张杰 《套管破坏机理及建模方法》[J].河北理工大学学报(自然科学版);2011年03期

[3]许运新《国内外油层套管损坏因素综合分析及预防措施》[J].江苏油气.1991.13（4）

[4]孟祥玉《胜利油田套管损坏的现状及建议》[J].试油钻采工艺.1994.16（2）

[5] 张春轶.邓洪军《塔河油田油井套损现状及主要影响因素》[J].油气田地面工程.2011年07期

1