油田注水井套損機理分析與預防措施研究

李舜昱 賀潔 劉玉杰 王丹琪

【摘 要】油田注水井套管在使用過程中往往面臨腐蝕破壞較嚴重的問題，特別是高壓注水井中套管使用負荷高，套管容易受到不同程度的損壞，影響注水井的正常使用，同時，也帶來安全環保風險，降低采油效益。本文通過分析造成注水井套管受損的機理原因，探討科學有效預防注水井套管損壞的方法，為保證油田采油過程中正常的注水開發打好基礎。

【關鍵詞】注水井；套損；機理分析；預防措施

隨著全國各大油田進入開發的深層階段，開發技術的不斷深入，注水開發已成為很普遍的開發方法，但注水井套管在使用過程中會出現破損變形的情況，是注水開發過程中不可忽視的問題，套管受損嚴重甚至會導致注水井報廢。注水井套管損壞會影響注水井的正常使用，從而影響了注采井網的完整，達不到預期的開發效果，增加了采油成本，造成地層污染，具有很大經濟、安全、環保上的隱患。所以應該增強對注水井套管的防護措施，科學有效的對注水井套管進行保護，是注水井套管的使用期限得到有效保障。

1.注水井套管損壞原因

注水井套管的使用負荷超過自身所能承受的強度是注水井套管受損的根本原因。而導致這種超負荷工作是由于油氣開采過程中的地層應力變化使注水井套管所受壓力增大，另一方面是由于注水井套管受到各種因素影響遭受腐蝕使得套管自身強度下降。注水井套管損壞不是簡單的一種因素造成的結果，而是多種影響因素共同作用在注水井套管的結果，主要可以分為地質條件因素、工程技術因素、化學腐蝕因素三大因素。

1.1 造成注水井套管損壞的地質條件原因

1.1.1 井眼周圍巖石壓力對套損的影響

在勘探開發前，地層中各巖層應力平衡穩定，但在鉆井開采后，井中的地層應力被釋放，原來的地層應力平衡狀態被破壞，引起圍巖應力改變，使管壁承受壓力增大。當管壁承受壓力超過注水井套管自身設計壓力時，注水井套管就會發生塑性變形，產生變形損壞。因此，圍巖壓力變化是導致注水井套管變形損壞的一個重要原因。

1.1.2 泥巖吸水膨脹對套損的影響

注水開發對于不同的地層巖性也有不同的反映。對于地層中的砂巖，注入水后，水在孔隙中滲流，巖石骨架不受影響沒有發生變化，相應的地應力也沒有改變。但是對于泥巖地層，注入水后，泥巖吸水膨脹，使泥巖變為塑性狀態，導致地應力發生改變，不均勻分布。

1.1.3 油層出砂造成套管損壞

注水井中，在水驅油時，巖層膠結物易吸水膨脹，或者發生水解，，從而使油層巖石骨架結構遭到破壞，導致油井附近地帶發生出砂現象。大量出砂后會在油層頂部形成空洞，空洞的增大會逐漸占據的整個油層頂部，由于油層上覆地層重力主要靠油層來承擔，空洞大到一定程度后上覆地層可能發生坍塌。大量出砂的結果會破壞巖石骨架，導致的骨架應力不平衡，油層壓力在開采過程中也會出現大幅度的下降。當油層孔隙壓力和巖石骨架結構應力承受不住上覆地層壓力時，就會有部分壓力施加在注水井套管上，導致注水井套管出現變形，甚至注水井套管錯斷。

1.1.4構造活動造成套管損壞

油田開發過程中，可能發生地震，或者因為高壓注水產生構造活動等原因，使原始地層壓力發生改變，使巖體力學性質和地應力相應的發生改變。注入的水還可能使接觸面潤滑，使層面間摩擦力減小，導致斷層處于不穩定狀態，這種不穩定狀態推動斷層上下兩盤發生滑動，擠壓注水井套管，從而導致注水井套管損壞。

1.2工程技術因素

工程技術因素包括鉆井作業過程中的磨損、射孔對注水井套管管壁的影響、注水井套管井筒除垢等操作過程中的影響因素。在施工過程中，油管起下操作不當使注水井套管被刮擦受損，在修井時注水井套管管柱起下、井筒除垢等操作過程都作用于注水井套管，使套管受到不同程度的磨損，降低了注水井套管自身的強度，埋下了注水井套管發生變形的隱患。

1.3化學腐蝕因素

地層溫度、地層流體酸堿度、地層流體流速等地層外部條件都是注水井套管在井下受到腐蝕的原因。除此之外，在注水后污水回注，污水中的溶解氧、硫酸鹽及高礦化等也會使注水井套管腐蝕。注水井套管處于地下封閉環境中也加速了各種腐蝕作用的發生。

2 預防措施

2.1增強固井質量

提高固井質量，為了保護注水井套管，使用水泥在注水井套管周圍形成一圈封閉致密的水泥環，防止注入水時水沿著天然裂縫或者沿水泥膠結不好的層帶滲流入泥巖層中，使泥巖膨脹變形改變地層應力。

2.2提高注水井套管強度

在勘探開發時要對地層應力進行準確的評估、預測，選擇能適用于該地層應力的注水井套管，保證注水井套管質量和壁厚滿足施工要求。通過采用注水井套管管壁材質強度更強、注水井套管大壁厚的形式，提高注水井套管不同部位的不同抗壓強度，提升注水井套管的使用周期。

2.3保持注水采收平衡

保持注水采收平衡可以緩解由于非平衡態注采造成地層壓力變化，從而導致的注水井套管損壞。注水時要注意使處于構造活動中的斷層上盤、下盤的注水量保持平衡，防止因為不平衡注水造成的地應力變化，損壞注水井套管。

2.4 防止注水井套管腐蝕泄露

減少腐蝕情況的發生主要有兩個方面：（1）提高注入水的質量，注意注入水的礦化度、酸堿度等相關信息，避免腐蝕傷害。使用保護液添加在注入水中，使注入水具有延緩腐蝕、平衡酸堿、除垢等綜合性能。（2）利用軟密封技術提高注水井套管使用周期，采用雙層凝膠作為軟密封的主要試劑，相較于常規的封隔器可以使隔離不受井筒條件制約，更有效的保護注水井套管。

3 結束語

注水井套管的損壞是多種因素共同作用導致的結果，需要多種技術手段綜合利用才能達到理想的防護注水井套管效果，延長注水井套管使用壽命。應該從注水井的設計開始，在施工過程和后續使用中每一階段都做好注水井套管的防護工作，保證注水井套管本身質量的同時加上有效的注水井套管修復技術手段，才能長效的預防、解決注水井套管損壞問題，將因注水井套管損壞而造成的經濟、環境、安全損失到最低。

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（作者單位：中國石油長慶油田分公司第十一采油廠）