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注水井套损原因及预防治理

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注水 井套损 原因 预防 治理
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95生产一线注水井套损原因及预防治理文⊙ 李向东 ( 胜利油田现河采油厂 )摘要 : 由于注水井套管的工作环境不断恶化, 所受的负载不断增加, 造成套管出现不同程度的损坏。 为此通过套管缩径变形及套管漏失损害等机理分析, 找出预防治理泥岩层套管变形和防止上部套管腐蚀漏失的方法, 防止或减少高压注水井的套管损坏, 为低渗透油田正常的注水开发提供坚实的基础。关键词 : 套管 ; 注水 ; 腐蚀1 、 引言对于低渗透油田一般采用高压注水的开发方式, 高压注水开发虽取得了明显的经济效益, 但也使注水井套管的工作环境不断恶化, 套管所受的负载不断增加, 造成套管出现不同程度的变径甚至破裂, 部分井还出现了浅层套管漏失窜槽的情况。为此迫切需要找出引起这些油田套管损坏的主要原因, 并采取相应的措施, 防止或减少高压注水井的套管损坏, 这对今后低渗透油田正常的注水开发具有着重要意义。2 、 高压注水井套管损坏特征低渗透油田高压注水井套管损坏以套管漏失、 缩径变形为主, 变形严重的发生破裂现象。 经统计, 的套管损坏井套损出现的时间一般在转注后 5 年以内。套管漏失主要发生在套管上部未固井井段, 缩径变形主要位于射孔部位附近的夹层及射孔井段, 且缩径变形水井注水压力一般都比较高, 射孔部位出现套管变形的注水井大都存在出砂情况。3 、 高压注水井套管损坏原因分析对套管损坏问题, 国内外不少学者进行了多方面研究, 主要有以下观点 : 地质因素 : 主要包括构造应力、 层间滑动、 蠕变、 注水后引起地应力变化等 ; 钻井因素 :主要包括井眼质量、 套管层次与壁厚组合、 管材选取和管体质量 ; 腐蚀因素 : 主要有高矿化度的地层水、 硫酸还原菌、 硫化氢和电化学腐蚀等 ; 操作因素 : 主要有下套管时损坏套管、 作业磨损、 高压作业、掏空射孔等。岩段套管损坏机理注水诱发泥岩段套管损坏的基本原因是 : 注入水进入泥岩层, 改变了泥岩的力学性质和应力状态, 从而使泥岩产生位移和变形, 挤压造成套管损坏。油水井完井一段时间内, 套管通过水泥环与地层紧紧结合为一体, 套管不受地应力作用, 仅承受管外水泥浆柱压力。 这对于一般按水泥浆柱设计下入的套管, 不会发生套变。但油田注水开发后, 情况发生了变化。 当注入水进入砂岩层时, 水在孔隙中渗流, 岩石骨架没有软化, 地应力作用也没有变化。 当注水井在接近或超过地层破裂压力注水时, 大量高压水便窜入泥岩隔层、 地层界面引起地质、 地层因素变化, 对套管产生破坏力。 不平稳注水使地层经常性张合, 导致套管周围的水泥环松动、 破裂, 注入水得以沿破裂的水泥环窜至泥岩层, 使注入水与损坏段外泥岩充分接触。由于地下岩层非均匀地应力存在, 当注入水进入泥岩层, 破坏了其原始的含水状态, 使泥岩层出现侵水软化, 产生了蠕变变形, 从而在套管周围形成了随时间而增大的类似椭圆型的径向分布非均匀外载, 要忽略水泥环的作用时, 这种载荷在最大地应力方向将超过该深处的最大主地应力值, 而在最小地应力方向低于该深处的最小地应力值。岩段套管损坏分析高压注水时, 如油层物性差, 油水井间连通性不好, 就会在油层附近蹩起高压。 蹩压作用使岩石骨架膨胀, 吸水层厚度增加, 引起砂岩层局部发生垂向膨胀。在实际注水井中, 由于射孔井段一般都是砂岩和泥岩的混层, 注入水进入地层后, 引起砂岩垂向膨胀, 降低了套管的抗挤毁强度, 在泥岩蠕变引起的径向挤压载荷的作用下, 套管发生变形损坏。管漏失损害机理分析套管漏失主要发生在套管固井水泥返高界面以上。 据调查, 引起井下套管腐蚀的因素很多, 通过对低渗油田注入水常规离子化验资料及水质指标监测结果进行分析发现, 污水回注区引起腐蚀的主要因素是水中的溶解氧 (在 mg/l , 超标 2)、 硫酸盐还原菌 25 及高矿化度 ( 30000 mg/l 以上)等。 各种因素下的腐蚀率又受到温度、 水流速等外部条件的影响。 另据有关报道油层采出水中较高的 是造成套管腐蚀的主要因素。通常情况下, 油套环空长期处于封闭状态, 因此起腐蚀作用的主要因素将是及 体。4 、 止注入水窜入软弱夹层a 注入压力限制在地层微裂缝以下注入压力应以满足注水量, 防止套管损坏为合理注入压力。 如果这两项发生矛盾时, 应以后者来确定, 注水量则通过调整注采井网, 增加注水井数来满足。 在生产中, 注水、 压井时, 井底压力都不得高于地层最小水平地应力, 以免形成注入水窜入软弱夹层。 因此, 一个油田开发前, 应开展地层地应力测试, 根据地应力测得结果, 按开发方案要求, 把注入压力控制在最小地应力以下。b 加强注入水质配伍研究, 控制注入压力过高定期对高压注水井采取洗井、 防膨及解堵措施, 防止各种因素造成地层污染 ;避免注水压力超高。 同时加强注水配伍方案研究, 对已污染地层可采用低伤害酸预处理后再投注c 提高固井质量, 保证层间互不相窜采取有效措施提高固井质量, 防止注入水沿水泥胶结不好层带窜入泥岩层, 如下套管扶正器使套管居中 ; 调整好水泥浆性能 ; 控制水泥浆上返速度和高度等, 使第一、 二界面结合牢固。高套管抗挤强度a 完井采用高钢级、 大壁厚的套管由上面的分析可以看到, 对容易发生变形的岩层段, 普通 以承受不均匀地应力的挤压。 在传统保守设计套管抗挤强度时采用上覆岩层压力来确定套管抗最大外挤力。 事实上证明用这种方法确定最大外挤力是不合适的。 应采用泥页岩蠕变形成不均匀 “等效外挤应力” 作为套管最大抗挤强度。 因此, 油田开发前要准确测定地应力值, 选择合适的套管等级和壁厚。b 在易发生套管损坏岩层段下双层组合套管泥页岩层在见水时易产生蠕变, 在井壁周围产生不均匀地应力挤压套管, 当其“等效破坏载荷” 或地层出现施加套管侧向力比较大时, 用高强度套管满足不了抗挤需要, 这时, 可采用双层组合套管, 并在环空加注水泥, 其强度比原两根套管的强度还要高出 25 % 。止上部套管腐蚀漏失通过上面的分析可知上部套管漏失主要是由于腐蚀造成的, 因此在生产上必须从防止腐蚀入手保护套管, 减少漏失的发生。高注入水质量, 减少腐蚀伤害当发现井下套管漏失是由于腐蚀造成的, 应根据化验出的各种离子成分含量分析判断是属于那种腐蚀而采取相应的防腐措施。 在生产实际中应对不同区块的腐蚀损坏作出分析化验, 根据腐蚀类型和腐蚀速度进行防腐, 杀菌措施。用环空保护技术提高套管使用寿命环空保护与软密封隔离技 ( 下转 96 页 )96生产一线地源热泵中央空调的利用文⊙ 成宇红 ( 胜利石油管理局胜中社区 )摘要 : 根据国家节能减排的总体战略,为了降低社区的运行能耗, 我们对地热的利用做了有效尝试, 从经济效益和运行情况看, 办公楼采用地源热泵是一个有效降低能耗的技术。关键词 : 地源热泵 ; 利用 ; 效益1 、 地源热泵系统简介地源热泵即土壤源热泵是一种以土壤作为低温热源的热泵, 它利用水或一些特定的防冻液作为中间介质, 通过地下密闭的热交换网与土壤进行热交换从土壤中获得热量。 由于土壤是热泵的一种良好的低温热源, 它温度变化很小, 并且有一定的蓄热作用, 换热器不需要除霜。 我们知道地温年变化相对于气温有一定的延迟与衰减, 当室外温度较低时, 热源要供给较多的热量, 而土壤此时相对于气温尚有较高的温度, 而当 2份, 虽然土壤温度降到了最低, 但此时需要的供热量也比最冷月要少, 因而以土壤作为冷 (热) 源既有利于夏季空调运行时向地下放热, 也有利于冬季供暖运行时从地下吸热。土壤源热泵以电作为动力从大地中转移热量, 能效比较高, 热泵机组每消耗1可以提供 4 量, 其中 3 节约了大量运行费用。土壤源热泵通过利用大地这样稳定的热源, 供热工况时供气温度要比传统的空气热泵高很多, 与传统的空调设备相比,土壤源热泵能够创造更恒定的室内温度与更舒适的相对湿度。2 、 方案描述办公楼, 建筑面积 1000 平方米, 在办公楼一侧建 15 平方米泵房, 内设热泵制冷机 2 台, 3环泵 3 台, 1水泵 1台, 1 立方米补水箱 1 台, 泵房地下采用打孔方式将管路埋于地下, 地上可以做绿化, 日用电量为 745 度 (不含楼内风机盘管用电量)。土壤源热泵系统主要包括三部分 : 土壤埋管系统、 主机、 室内空气系统。 土壤埋管系统包括一个地下密封的高密度塑料管热交换网, 管网内充有特定的防冻液,当处于制冷工况时, 管内液体温度上升,热量向大地散出, 供热工况时, 管内液体温度下降, 热量从大地吸入, 埋管形式由于可用的土壤面积较小, 采用垂直埋管。水源热泵机组水平吊装于室内。 室内为全空气系统, 回风经机组处理后由送风管直接送到各房间, 解决冬夏季的采暖空调问题。垂直埋管采用打孔的方式将管路埋于地下, 孔深 50 米, 每个孔为一个环路, 孔底部采用 U 型弯头连接, 各环路采用并联的方式连接, 埋管后的孔需要回填, 根据负荷计算, 系统需 6 个环路, 孔间距取 6 米左右 , 各孔的布置形式可根据别墅周围的实际绿地面积情况确定。3 、 经济效益分析由上表的对比可见, 从初期投资来看集中锅炉 + 分体空调供暖和燃气壁挂炉 +分体空调最经济, 从运行费用来看分户土壤源热泵从经济方面为最佳选择。 其特点是 :节能高效, 运行费用低 : 充分利用地下能源 , 用一份电可制造 4 份以上的热量 ,其中三份的热量直接来于大地, 运行费用仅为普通采暖空调方式的 1/2 左右 ;环保概念 : 系统运行时不向周围环境排放 有害气体 , 属真正环保意义的空调方式 ;独立计费, 应用灵活 : 系统可实现分户计量功能, 可同时实现供热、 供冷不同功能要求 ;维护简单, 寿命长 : 系统简单, 易于管理, 故障点少, 维修工作方便简单, 费用低, 控制简单, 其运行可靠性好, 寿命长。结论 :地源热泵技术是一项新型的节能技术, 具有较好的经济效益, 是可以进行推广利用的。( 上接 95 页 ) 术是一种用于注水井环空防腐的保护技术。 它是在油套环空的水中加入保护剂, 抑制细菌的繁殖, 减轻腐蚀, 同时在环套空间下部加入软密封隔离塞, 使保护液与注入水隔离, 它的作用类似于封隔器, 且不受套管变形限制。 该技术可用于所有的合注井和分层注水井, 特别是套管变形的合注井。井完井时, 提高水泥浆上返液面, 加强固井质量针对套管漏失主要发生在套管未固井井段上部的现状, 完井时可考虑提高水泥环上返高度至地面, 并采取措施保证固井质量, 达到水泥浆硬化后在套管周围形成一圈致密连续的水泥环。对注水压力高, 腐蚀性强的水井, 采用封隔器卡封上部套管, 既可有效保护上部套管, 又可防止高压注水对套管造成进一步损坏。用阴极保护技术套管的阴极保护原理是采用地面直流电源和辅助阴极, 供给大量电子, 使被保护金属阴极化, 当极化电位极化至被保护金属腐蚀电池中阳极初始电位相等或负些时, 腐蚀就被控制。5 、 于套管形态的监测套管损坏的形态多种多样, 套管变形中除缩径变形外还有椭圆变形、 弯曲变形、 单面挤变变形等 ; 套漏又有套管裂开、腐蚀穿孔及密封性漏失多种情况。 尤其对套管变形的确定, 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。 建议下步应用彩色成像测井技术或微井径仪对套损形态作深入研究, 为套损的研究、 预防和治理提供确凿证据。于变形机理的深入研究目前根据有关的理论研究只能对地层非均匀应力对套管的挤压作定性分析, 高压注水压力强度的界定难以解决。 下步建议采用 件对三维套管外挤进行大变形、 非线形弹塑性应力应变强度进行防真研究。 充分了解套管在双向非均匀外挤条件下的应力场与位移场, 以及套管的椭圆变形过程、 外部载荷矢量、 管壁应力等高线分布等。 从而为确定合理的注水压力界限等提供量化依据。
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