修井作业中套管损坏原因分析及对策

摘要:各油田进入开发中后期，套管损坏情况十分严重，频繁的措施作业加剧了套管的损坏。通过在施工作业中深入调查，分析了射孔作业，压裂酸化作业，机械整形施工，解卡作业，磨、铣、套作业，找漏、试压作业等不同施工作业中套管损坏原因。指出采用如下方式来进行套管损坏预防：选择合理的射孔方式；加强对增产措施的管理；合理选择机械整形修套方式；慎用大负荷解卡技术；优选磨、铣、套工具，优化施工参数；注意每个保护套管的施工细节。通过采用针对性的对策，采取有效措施，达到综合治理，预防套管损坏的目的。

关键词：套管损坏；修井；原因分析；对策

随着河南油田的开采进入中后期，套管损坏井日益增多，套管损坏主要有套管缩径、套管破裂、套管漏失等。由于套管损坏造成作业工作量增大和油井开采难度增加，也越来越影响了油田下步开发措施的进行。

1不同施工作业中套管损坏原因分析

1.1射孔作业

套管损坏段多数发生在射孔层段附近或射孔层段中，射孔方式不当会导致下列情况：①射孔作业时可能导致油层套管外固井水泥环破裂；射孔产生的瞬间高压可导致孔眼附近产生裂纹、裂缝，甚至使油层套管出现破裂。这些裂纹、裂缝成为套管比较薄弱的地方，在以后的采油或注水生产、作业增产措施中加速损坏。②射孔深度误差过大或者误射，将泥页岩薄层射穿，使泥页岩受到侵入水浸泡而膨胀，从而导致套管受到径向挤压而变形。③射孔方式选择不当，会影响套管强度。高密度射孔，尤其是在低渗透地层采用高密度射孔方式，导致套管强度大幅降低，增加了后期套变可能。

1.2压裂酸化作业

1）大型压裂施工时井口压力一般达到70MPa，压裂目的层承压70~100MPa，通常N80套管内设计压力为65MPa，强度更低的套管或长时间生产的套管很容易产生破裂，如果压裂井段的固井质量不合格或者水泥环在压裂中出现裂缝，尤其是在套管接箍丝扣部分，是套管抗压的薄弱地方，很容易出现裂缝。

2）大型压裂施工时，人造地层裂缝导致近井筒地层应力发生改变从而导致套管损坏；高压注入水使裂缝中的泥岩吸水膨胀时，加速了套管的损坏。

3）酸化施工中的酸液容易造成套管内壁腐蚀，也会使酸化目的层附近的部分物质发生溶解，产生溶洞，使套管周围受力不均匀，从而导致套管损坏。

1.3机械整形施工

套管机械整形是常见的套管破损井修复办法，可以修复部分套变井，满足油水井生产条件。但是使用胀管器冲胀套管只是一种临时性工艺措施，反复使用机械整形来扩大套管内径会降低套管抗压强度，修复后有效期较短，作业胀管后通过一段时间，有可能套管又产生弯曲变形。

1.4解卡作业

在油田开发中,大负荷解卡是修井作业中常见的工序之一，该技术对套管的伤害是显然易见的，较大的负荷会造成套管变形甚至脱扣。如果是井下工具胶皮卡阻或井下管柱砂卡时，大负荷解卡对套管的损伤较小，但当卡阻类型为小件落物如牙片或者磨铣施工后剩余的铁坯时，大负荷解卡对套管内壁的伤害最大，很容易造成被卡部位套管变形、破裂。在水平井、大斜度井进行大负荷解卡时，管柱上拉力在拐点处的分力会作用到套管内壁，造成套管伤害。

1．5磨、铣、套作业

磨铣类作业由于处理复杂落物、修正鱼顶等的增多，所以已经成为修井作业中应用比较广泛的常规工艺，往往采用套铣与打捞相结合的办法处理复杂井筒的落物及打捞,并在一定程度上见到了效果。但磨、铣、套施工对套管伤害最大，主要表现在：①在进行磨、铣、套施工时，由于钻杆在充满钻井液的狭长井眼里承受钻压而弯曲，特别是在大斜度井和水平井中，钻杆的弹性弯曲程度较大，当钻杆在旋转钻进时，其联接螺纹接头部和套管壁互相摩擦，导致套管内壁被磨损。钻压越大，钻具的弯曲程度越大，对套管的磨损也就越严重。若施工中有弯钻杆在使用，钻具的外转会导致这种磨损更加严重。 ②磨、铣、套施工中所用的工具对套管具有磨损破坏作用，特别是落鱼硬度比较大，磨铣时钻压又比较大，这种磨损就很严重。若长时间磨铣无进尺，很可能导致磨破套管、甚至磨穿套管；个别形状的落鱼在井眼中具有导斜作用，若不采取措施就会有开窗的风险；在水平井、大斜度井中，钻具在重力水平分力的作用下紧靠套管内壁，使得上述危害更加突出。

1.6找漏、试压作业

在油(气)、水井找串漏、封串堵漏和验串作业中，频繁的坐封会伤害套管，试压时打压会伤害套管，特别是管柱少、泵的排量过大时出现瞬间高压，破坏套管。

1.7其他情况

作业过程中，入井液含有以氯化钠、氯化钙为主的高矿化度盐类含有CO2时，将会加快套管腐蚀的速度。一些入井液含有硫酸盐，在还原菌的作用下产生FeS，加剧套管腐蚀。在高压注水维护作业中，井口放压速度过快，井底压力陡减，射孔段套管在压差作用下，也会造成套管变形。

2套管损坏的预防

2.1选择合理的射孔方式

射孔作业时深度计算准确，避免射开隔层泥岩、页岩；选择合理的孔眼密度、孔眼分布、相位角可减轻射孔对套管强度的破坏程度。如在进行相同孔眼密度，相同孔眼直径射孔时，采用45°或60°相位角螺旋布孔，对套管强度破坏相对较小。对补孔、重射孔的井要慎行，射孔本来就对套管产生损坏，如果多次射孔将促进套管进一步损坏。

2.2加强对增产措施的管理

酸化、防砂等措施要合理安排，不能盲目进行。采取压裂、酸化、解堵等作业时对套管要有保护。如合理选择参数，一般情况下压裂施工压力不得超过套管抗内压强度的80%，采用封隔器保护套管等。酸化施工中入井液计量要准确，严禁将酸液替入套管环空。

2.3合理选择机械整形修套方式

若选用机械整形修套施工，应先摸清套管变形的类型，如果是套管稍微变形，可选择机械整形施工；如果变形严重，则采用液压整形技术。这种整形方式能最大限度恢复变形套管内通径而不损坏套管，整形效果好，可实现多点连续整形，更适用于水平井、大斜度井。套管整形后可采取套管加固等方式来增加和提高套管抗挤压的强度，防止套管回弹。

2.4慎用大负荷解卡技术

在突发卡钻事件中，可根据具体情况选用大负荷解卡技术，一般解卡中应慎用大负荷解卡技术。可选用的工艺有解卡液浸泡解卡, 或选用液压解卡工具如震击器，配合加速器使用，从而提高对卡点的震击效果,达到解卡的目的。

2.5优选磨、铣、套工具，优化施工参数；注意每个保护套管的施工细节

当进行磨、铣、套施工，要优化管柱组合，可选用滚动扶正器、钻压控制器等；选择的工具外径尺寸要和套管规格或鱼头相匹配；注意被磨铣物在套管里是居中还是偏置；磨铣时，要保持水眼畅通，及时带出碎屑；要保持有正常进尺状态，要避免管柱有裂口或漏点，以免造成假循环现象。尽量采用高钻速低钻压，保证钻压恒定，避免磨铣工具“跑偏”；若无明显进尺要果断起钻检查，避免在同一点磨铣时间过长而磨损套管。

2.6注意每个保护套管的施工细节

在其他容易忽视的施工作业中，也要做好套管防护工作，如在找串漏、封串堵漏和验串作业中坐封负荷不能过大，避免牙座伤害套管；在腐蚀严重的井眼，打压时应低排量缓慢加压，避免打穿有腐蚀融斑的旧套管等。

3认识与建议

1)做好套管变形状况程度的检测与追踪。套损井大修只有在搞清井下技术状况的前提下，根据损坏程度采用相应的办法，才能获得较高的修复率。套管损坏的形态各异，套管变形中有缩径变形、弯曲变形、椭圆变形、单面挤压变形；套漏又有套管裂开、腐蚀穿孔及密封性漏失多种情况。对套管变形的确定，采用打铅印或通井的方式仅能确定一个位置，对于一口井有多处位置的情况就不好确定，可以用彩色成像测井技术或微井径仪对套损形态做深入研究，为套损的研究、预防和治理提供确凿证据，同时减少套管的损坏几率。

2)重视套损井的修复。在油水井生产过程中，严禁带病生产，应尽早发现套管的变形并及时进行治理，如进行整形、加固、挤灰封堵、取换套管等措施，避免套管变形发展到比较严重的程度，如套变严重而卡死生产管柱，甚至套管产生错断，最终导致油井报废，给后期施工带来困难。

3)套管防护工作应坚持预防为主、防治结合的原则。施工设计者应加强对套管损坏机理的研究，在制定工艺设计时，必须充分考虑套管的防护问题，制定有针对性的防治措施。

参考文献：

1、艾池，套管损坏机理及理论模型与模拟计算，油气田开发工程，2003；

2、唐波，油层段套管损坏机理研究，油气井工程，2003；

3、阳鑫军、李子丰，热采井套管损坏力学机理分析，《承德石油高等专科学校学报》，2011年2期；

4、刘伟、李红南，中原油田高压注水诱发的油水井套管损坏原因分析，《中国地质灾害与防治学报》，2010年2期。

第一作者简介：

杨海中（1977年出生），男，2000年毕业于成都理工大学石油工程专业，现在河南油田从事修井技术管理与研究工作。