第8章-套管的损坏与修复.ppt

我国油气井套管损坏最早是在玉门油田发现的，80年代后期，华北、中原、胜利、青海、长庆、辽河、大港、四川等油田也出现了不同程度的套管损坏90年代以来，上述大部分油田套管损坏呈上升趋势截止到1994年，套管损坏井已达到13500多口，目前保守估计全国有套损井20000口 我国套损严重地区有大庆油田、吉林油田、中原油田和胜利油田各油田套损井数还有上升的趋势第六章 套管的损坏、预防及修复,2003年4月胜利油田10个采油厂的套损井情况统计,2005年辽河油田五大热采区3870口热采井套损调查表,辽河油田五大热采区套损分类,在油田的开发过程中，生产井或注入井（注气井、注水井等）发生套管损坏后会产生以下危害： (1) 造成井的停产或报废，延长了油水井的非生产时间， 增加了修井作业的成本 (2) 破坏了注采井网的正常布置和注采层系方案的实施，降低了油气产量 (3) 当某一口井发生套管破漏或错断后，往往会造成水层（注水层或水层) 与其它层系间的水窜，软化泥岩层，形成大面积水浸域，引起 相邻井套管成片损坏，进而形成恶性循环 (4) 下部高压产层的油气水可能上窜至上部某一浅地层，造成上步浅地层 的高压或浅层气，对钻井带来较大的安全隐患。

一、套管损坏后的危害,二、套管损坏的主要原因,1．地质因素 (1) 盐膏等蠕变性地层对套管产生很大的挤压应力，当应力超过 套管的抗外挤强度时发生破坏 (2) 构造应力作用在长期的生产过程中，由于地层断层活动、 地下地震活动、地壳运动等损坏套管另外，地层的倾角、 岩石的非均质性也会因地应力的集中损坏套管 (3) 地层含有腐蚀性介质，套管发生严重的化学和电化学腐蚀 如H2S、CO2气体，无机盐类，硫酸盐还原细菌和嗜氧细菌等2.工程因素 套管强度设计和选型不合理盐膏层段、酸化压裂井的套管 强度偏低，腐蚀性地层流体环境下的套管类型不抗腐蚀，没有采取合理的防腐措施 (2) 射孔引起套管损坏高强度射孔弹射孔后孔眼附近形成微裂纹和应力集中，在长期应力状态下形成应力腐蚀开裂及疲劳裂纹扩展，导致了套管的破裂和错断 (3) 套管在钻井或修井过程中发生严重磨损 (4) 套管本身质量存在缺陷，下套管过程中上扣扭矩过大或过小引起套管丝扣处应力过大或密封不严，造成套管丝扣处早期破裂或腐蚀性损坏 (5) 固井质量不合格二、套管损坏的主要原因,3. 生产措施 (1) 注气热采井引起套管发生很高的内应力在注蒸汽时如不加隔热管 和封隔器，整个套管段受到高温（温度可达350℃），对水泥封固段， 套管不能自由伸长变形，在套管内会产生很大的压应力。

对未封固段， 如果井口固定死，套管受压弯曲致使破坏 间隔高压注蒸汽时，套管受热胀冷缩影响使套管疲劳破坏同时热采井 也会破坏水泥与套管的联结 (2) 不合理注水开发引起地应力的变化挤毁套管 注入水挤入油层顶部或底部的泥岩中，使水敏性强的蒙脱石水化膨胀， 对套管产生较高的挤压力，挤坏套管；两种岩性的界面遇以后，减小了 层间摩擦系数，致使倾角较大的地层发生滑移，错断套管上下岩层相对 滑动，将套管剪坏；注入水进入断层或破碎带后使胶结物水化，导致 断层或破碎带复活，引发地层错动而挤坏套管3) 酸化压裂造成的套管损坏一般压裂的压力较高，并且在裂缝 内加入支撑剂，造成地层对套管的挤压力 (4) 地层出砂是造成油层套管变形的主要因素油层出砂形成空洞 后，由原来油层承受的重力除了空洞中流体承受一部分外， 相当一部分转嫁给了套管,当转嫁力达到或超过套管的极限强 度时，套管失稳，产生弯曲变形，严重的甚至造成套管错断 (5) 采油强度过高会使套管受到的外载增大，采油过程中的频繁 开关井，会使套管发生疲劳破坏1)对盐膏层和高地应力区域段采用双层套管或高强度套管. API标准的钢级通常为P110国外已开发出比API5CT标准更严格、强度级别更高的油井管。

超高强度套管都是特殊螺纹管日本住友金属工业公司的SM系列及G组、日本钢管(NKK)公司的NK系列等均为超高强特殊螺纹套管5000m以上的超深井，已使用NK-V150钢级 (2)对腐蚀性环境，在完井液中加入抑菌剂或杀菌剂；对含H2S或CO2的 油气井，在油层段选用抗硫、抗CO2的套管类型； 对套管采取阴极保护措施 (3) 酸化时要配入缓蚀剂，酸化后要及时地排液洗井在压裂作业时 在压裂部位加上、下封隔器，防止压力传入其它部位 增加油层部分的套管强度和抗腐蚀性能 (4) 压裂时要控制压裂位置和压力，防止压裂压力过大而压穿地层， 将压裂液压入相邻的断层、泥页岩层，造成蠕变、滑移三、套管损坏的预防措施,(5) 对注气热采井，提高套管钢材的热稳定性能和接头处的密封 性，提高热采井的固井质量和两个界面的胶结强度，采用预应力 固井技术或热应力补偿装置 (6) 对于断层复杂地区，要充分了解地层破裂带分布情况，注水网 合理的布局和注水压力避免由于注水引起的断层的滑移；严格 控制注水层位和注水压力，防止注入水进入泥页岩地层 (7) 固完井后一定要进行压力试验，如发现有漏失现象，要及时 找出漏失点，及早采取补救措施。

(8) 钻井时采用一定的套管防磨措施，下套管过程中使用上扣扭矩 监控装置 (9) 对已发生套管损坏的井，进行早期修复或封堵措施，防止引起 层间窜通常见的套管损坏分为五种类型： （1）套管破裂：系指套管穿孔，引起套管串漏； （2）套管错断：系指套管被拦腰折断； （3）套管腐蚀 包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种机理，通常指在套管 内外壁上形成麻点，严重到一定程度会发生破裂或错断； （4）套管弯曲变形由于地层应力变化，致使不能形成一 个竖直的通道； （5）套管缩径，套管椭圆变形，使井眼缩小四、常见的套管损坏类型,当套管损坏后，一般会有下述现象： (1) 起下钻困难，有遇阻现象； (2) 洗井中洗井液大量漏失； (3) 生产中突然发现大量淡水和泥浆； (4) 生产中井口压力下降，产量猛减； (5) 井口附近地面冒油 当发现上述现象之后，需要利用相应的方法进一步判断套管的损坏情况，如套管法损坏的位置、破裂的大小、形状等五、套损井的判断方法,六、套管损坏部位检测,套管损坏后，在对损坏部位进行修复前，首先要搞清套管损坏的部位以及损坏的程度目前对损坏部位的检测手段，主要用通井验套法、封隔器验漏法、打铅印检测法、井径仪测井法、井下电视检测法等技术。

1. 通井验证套变技术 利用一定长度和直径的通井规（或薄皮管）来验证套管的变形程度和部位，这是一种常用、简单、实际、有效的验套方式对于套管缩径、弯曲、错断等能很快的找出其变形部位，根据薄皮管的变形程度还可以大致判断套管的弯曲程度，对于缩径、错断等还需要打印来进一步对套管损坏进行验证2.印模检测方法 印模法检测是利用专用管柱或钢丝绳下接印模类打印工具，对套管损坏程度、几何形状等进行打印，然后对印痕进行分析判断，得出套损点的几何形状、尺寸、深度位置此方法可以于套管变形、错断、破裂等套损程度的验证，并可以确定初始点的深度 印模按制造材料可分为铅模、胶模、蜡模和泥模；按印模结构可分为平底、锥形、环形、凹形和筒形印模 本方法施工简单、方便、快速，检测结果直观，但印模直径选择困难，直径过大，印模打印出来不在变形最明显处，不可靠；直径过小，打印不出印痕或印痕不明显并且只能确定上部一点的套损情况3. 薄壁管检测法 薄壁管验套是用一定长度壁厚较小的空心管来检验套管弯曲情况的一种方法因薄壁管容易变形，下到检测部位后适当加压即可相对于采用测井斜和方位变化来进行检测套管的弯曲变形状况来说，薄壁管验套具有工艺简单，迅速直观的优点。

4. 封隔器验套漏技术 怀疑套管有漏失或破裂时，为确定其准确深度，可下封隔器来进行套管验漏是方便可行的现场方法封隔器下至预定座封位置后用水泥车泵入压井液试挤，上下活动封隔器位置，即可以确定套管漏失的位置5. 井径仪测井技术 目前常用的是18、24、36或40臂井径测量仪，可测量套管的变形长度及变形量利用软件系统可以绘出套管的三维图像，形象直观地反映出套管的变形情况，但此方法对套管的具体变形情况描述不准确6.电磁检测技术 磁测量方法包括磁井径测量和磁壁厚测量两种磁井径测量传感器是一个工作于高频的线圈，高频的线圈在套管（导体）中产生涡流，涡流的产生使高频交变磁通能量损耗，它使高频线圈的电感量发生变化，从而使高频谐振回路频率(输出振幅)发生变化，由于高频趋肤效应，此时输出振幅是线圈与套管内表面距离的函数，这样电压幅度变化即反映套管内径的变化 磁壁厚测量系统由发射线圈和接收线圈（或阵列传感器）组成交变磁通在套管中产生涡流，涡流会导致磁化滞后效应，使二次磁场与原磁场间产生相位差因此，用接收线圈感应的电流与发射线圈的电流的相位差，可测量套管的壁厚7. 井下成像检测技术 (1)超声波成像检测技术 井下超生探测仪发出的超生波具有较强的穿透性，透过介质作用到套管内壁并发生反射，反射波被井下仪器接收。

由于不同的井径对超生波的反射强度不同，因此可以测到套管内壁任何一点的井径，从而测出套管损坏部位的详细情况，为开展套管损坏预防与综合治理提供详细的基础数据超声波成像图,(2)井下摄像测井技术 如美国DHV公司的油套管及井下落物的检测系统，可对套管破损情况及井下落鱼的鱼顶情况进行摄像及测量该工艺具有图像直观、准确可靠的特点近年来，各油田先后开展了套损井的修复工作套损井的修复方法主要有以下两大类： （1）机械方式修复 机械修复方式主要有倒换套管、套管补贴、套管加固、小套管二次固井等 其中倒换套工艺技术对套管内径没有影响，但只适合于浅井段施工；套管补贴耐压强度和悬挂能力较低，对套管内径影响较小；套管加固工艺技术耐压强度和悬挂能力较好，但对套管内径影响较大，同时在注气井上采用该技术有效期短，目前的技术还不能解决长井段加固的问题；小套管二次固井耐压强度和悬挂能力都较好，适合各类井施工，但采用二次固井技术对套管内径影响较大，施工成本相对较高五、套损井套管修复技术,近几年，国内开展了可对接胀管式套管补贴、波纹管补贴、 爆炸补贴、自动力套管补贴、Metal SkinTM膨胀套管补贴工艺技术研究2）化学封堵,封堵技术对于套管破裂井采取在破裂位置挤注水泥或化学堵剂后对破裂井段进行再处理的方法。

目前主要应用水泥和YT-1堵剂对破裂部位进行封堵，再采取钻塞套洗或下人铣锥等整形工具对破裂井段进行套管整形据统计，大庆油田套损井修复率由1996年的57.07%，到2001年上升为80.92%通过套管修复，使死井复活，经济效益显著该技术是对于套管破裂井采取在破裂位置挤注水泥或化学堵剂后对破裂井段进行再处理的方法目前主要应用水泥和YT-1封堵剂对破裂部位进行封堵，封堵后，再采取钻塞套洗或下入铣锥等整形工具对破裂井段进行套管整形 井例： 胜利油田 GD1-25-26注水井，上部套管在486m处出现浅层串漏，应用YT-1封堵剂封堵后，现场实施后效果良好，经钻塞后试压18Mpa不降，使该井顺利注水1. 穿孔和破裂套管的封堵技术,该技术是对于一定范围内的变形和缩径，可以用套管整形工具来修复，处理得当可恢复到原内径的95%以上常用的主要整形工具有梨锥型胀管器、长锥面胀管器、液压胀管器、偏心辊子整形器、三锥辊整形器、旋转震击式整形器、鱼顶修整器等 该技术对于地层发生塑性变形产生的套管变形成功率较高2、变形套管的机械整形技术,（1）梨型胀管器,防卡式套管整形工具(见上图)属于机械式整形工具，其原理是利用钻杆柱、配重钻铤来传递动力。

施工时，用钻杆连接后下放至距套管损坏位置以上适当位置处停止，然后在井液中自由下放，依靠向下运动惯性，使整形工具的锥体工作面与套损部位接触瞬时产生径向分力，冲胀套损的变形部位，如此反复进行当整形工具产生的径向分力大于地应力对套管的挤压力和套管本身的弹性应力时，变形部位的。