套管补贴加固技术在套损井修复中的应用分析

庞瑞江

（中海油田服务股份有限公司一体化和新能源事业部工程技术作业中心，天津 300459）

现代石油开采领域存在多种套损井修复方法，套管补贴加固技术是其中较为常见的一种。通过该技术的应用，可有效提升套管的密封性，防止套管出现油水泄漏的问题，为石油开采企业工作的继续进行提供支持。所以，套管补贴加固施工时，需要针对石油开采工程的具体情况，制定出最佳的套管补贴加固方案，为石油资源更好地开采打下良好的基础。

1 套损原因分析

1.1 电化学腐蚀

石油开采时，通常会伴有一定的电化学腐蚀现象，受到这一现象的影响，使得套管逐渐出现损伤。这是因为在液体中，含有O2、CO2等成分，这些成分与套管接触后，就会使套管电子出现运移的问题，导致套管金属转移，且这一反应持续存在。具体来说，电化学腐蚀主要包括3 种情况。

（1）H2S 的腐蚀。油井内H2O 的浓度非常高，且该物质一容易水，使得液体偏酸性，酸性液体则会对套管表面产生一定的腐蚀，提升套管的易脆性。以钢材为例，套管的腐蚀原理为：阳极：Fe-2e=Fe2+；阴极：2H++2e=H2。因液体中含有一定量的HS-与S2-离子，将会进一步增加H+的释放效率，提升H+在金属表面的效果，使得其移动到金属晶格中，当金属结构内部存在缺陷时，则会促进H 原子的聚集，出现大量分子氢，大大提升了氢的体积，从而向周边结构施加较高的应力，在该应力的作用下，即可导致套管表面出现裂缝。

（2）溶解氧腐蚀。由化学知识可知，O2存在较强的腐蚀性，即便O2浓度非常低，也会导致金属表面出现腐蚀，尤其是铁制品来说，溶解氧腐蚀的问题更加严重。随着O2浓度的不断增加，套管出现的腐蚀问题越来越严重，同时，若存在溶解氧，还会促进其他类型的腐蚀。

（3）CO2腐蚀。当CO2融入水中后，可形成H2CO3，使得液体偏酸性，从而对套管造成腐蚀，CO2浓度越高，产生等的H2CO3越多，液体酸性越强，对套管造成的腐蚀问题越严重。

1.2 工程因素

注水井操作时，射孔、高压作业等工序的进行，均可能导致套管出现损伤。其中，射孔过程中，会向周边结构产生一定的应力，在该应力的作用下，使得周边结构出现了一定的裂缝，且随着射孔时间的不断增加，这些裂缝问题越来越严重。同时，当套管表面出现裂缝后，将会影响其承压性能，若继续向其施加高压，则会导致射孔口不断扩大，为更加严重的损伤问题提供了支持。

2 实体膨胀管套管补贴技术

2.1 技术原理

套管补贴加固时，实体膨胀管套管补贴技术最常见，该方法是根据套管损伤位置情况，利用机械结合液压相配合的方式，将补贴管移动到需要补贴的位置区域，然后向补贴管内加载一定的拉力与压力，在两力共同作用下，使得补贴管逐渐膨胀，使其覆盖到损坏套管的表面，提升其密封性，符合油水井开采的要求。该工艺中，膨胀是最关键的一个环节，这一环节进行得好坏，直接影响套损的修复效果。膨胀变形确定时，一般采用有限元法，操作较为烦琐，应反复地进行迭代计算。为了更加了解该技术的膨胀原理，选取较为常见的金属冷拉拔技术为研究对象予以展开深入分析。膨胀前，先在待膨胀的套管中逐渐放入相应的膨胀体系，该体系由两部分构成，一个是心轴，用于承载弯矩，另一个为膨胀锭，用于对管道膨胀的控制。将设备启动后，在液压力或机械力的作用下，推动芯轴运行，使其顺着套管轴的方向活动，从而逐渐推动套管的膨胀，直到达到塑性变形要求，常见工况中，实体膨胀管的膨胀量通常为自身体积的25%左右，但实际操作时，应针对管道直径具体情况，设置出最佳的膨胀幅度。

2.2 技术特点

通过对实体膨胀管的检测与观察可以发现，其具有诸多方面的优势：机械性能良好，抗内压、外压与抗拉应力强，特别是在抗内压方面，与膨胀前的差异更是非常小，如表1 所示。但需要注意的是，该材料也存在一定缺陷，如膨胀性能一般，膨胀幅度只有25%左右，且膨胀力高，峰值能够达到35MPa，因而对材料要求非常高，导致膨胀补贴加固时需要投入大量资金。

表1 膨胀管性能检测结果表

2.3 与其他套管补贴的对比

当前，套管补贴加固方法有很多，根据补贴加固原理的不同，可将其划分成两种类型，一种为机械加固法，即在机械力的作用下，即利用机械力进行补贴加固，如实体膨胀管套管补贴技术等；另一种为化学加固法，主要通过化学材料对损伤的套管进行修补，如水泥浆修补法等。每种套管补贴方法具有不同的特点，可应用到不同的工况中，如表2 所示。

表2 不同套管补贴方法的对比结果

3 实体膨胀管套管补贴施工工艺

实体膨胀管套管补贴施工时，主要流程如图1 所示。其中，管柱施工过程中，由下到上的结构依次是：膨胀器、补贴管、直径为47mm 的小钻杆、刮泥器、规格为φ47×φ76mm 的变径接头、直径为76mm 的大钻杆、井口。为了确保整个套损补贴加固效果，应选择最佳的施工设备，其中，在钻机方面，应具备较高的提升性能，能够将膨胀管提高到适当高度处，且可有效对膨胀管置入井中，确保膨胀管在套损修补中发挥出最大的作用；在泵车方面，泵压力要超过55MPa，排量超过400L/min。

图1 膨胀管套管贴补施工流程图

4 实体膨胀管套管补贴技术在套损井修复中的具体应用

为了进一步验证该技术在套损井修复中的应用效果，本文选择某油田作为研究对象，分别对油井与水井的具体应用进行了分析。

4.1 油井应用效果

油井选择的是E9 号井，该井位于油田的南部区域，构造结构较高，通过对E9 号井的检测可以发现，在水泥返高处，出现了3 个套损点，其中，一个处于返高面的上方，2 个处于返高面的下方，套损问题较为严重，井段较长，使得套损修复较为困难。为了在短时间内将套损修复，确保油井更好地开采，油田开采方通过对多种补贴加固方案的对比，最终选取了膨胀管套管补贴加固方案。

采用该方案对套损修复时，应注重下述几个方面因素：（1）膨胀管的材料；（2）膨胀管单根之间连接与膨胀后的密封性与补贴管能否有效地密封套损点；（3）膨胀工具的性能；（4）膨胀工艺的流程等。针对某工程E9 号井来说，地层压力较大，且现场水矿化度较高，因而选择了型号为ESX-80 的补贴管，该管道具有强度较高，耐腐蚀性更好的优势，可在油井中更长时间的使用；为了提升套管的密封性，在膨胀过程中，选择了由Enventure 公司生产的四口连接密封技术予以处理；在膨胀工具方面，应针对管道膨胀后的具体情况，确定出最佳的膨胀锥。其中，内通径为最关键的因素，通常来说，内通径越高，油液流过的表面积越高，对油液产生的阻力越低，因而实际应用效果越好。在符合规定要求的基础上，确定出相对较高的内通径，本项目选择的是固定膨胀锥，其最高可以膨胀到108mm；在修井方面，选择的是油管柱，相对钻井用钻柱，该工具重量更轻一些；在膨胀工艺方面，若选择由上至下的操作方案，会导致补贴效果较差，很难符合预期规定要求，因而本项目施工时，在传统膨胀工艺的基础上，增加了液压与机械驱动方式，以进一步提升套损修复效果。

通过该方案对套损部位修复后，显著改善了油液的开采质量与效率。在同等情况下，刚刚修复后，产液量达到了43.1m3/d，其中，原油量为30.2t/d，含水率高达30%；而在修复后，产液量共计52.1m3/d，原油量是45.0m3/d，含水量降低到了13.3%左右，大大提升了原油的开采质量与效率。同时，通过该方案处理后，连续对油井开采了200 余天，总产油量达到了2985.7t，且套管依然未出现问题，可继续对原油进行开采。由此表明，膨胀管套管补贴加固技术应用效果良好，可在油田套损修复中广泛应用。

4.2 水井应用效果

水井应用效果分析时，选择了E15 号井，该油井处于油田的北部区域。该油井开采时发现，油液中含水量非常高，导致油液品质明显下降，严重影响油液的使用，因而该油井已停止继续开采。通过对E15 号井全面检测后可以发现，井下套管出现了两处严重的漏失问题，一处在228.21 ～228.99m 井段中，另一处在247.00 ～267.00 井段中。为了使该油井继续开采，开采单位通过多种修复方案的对比后，进而选择了膨胀管套管补贴加固技术。

其中，对于228.21 ～228.99m 井段来说，总长度是0.78m，套管的尺寸是139.7×7.72mm，最低深度是228.21m；对其进行补贴修复时，井段的范围是223.7～232.82m，膨胀处理后，膨胀管的范围是224.1 ～232.82m。在膨胀管方面，选择的是直径为108mm 的管材，管壁的厚度是7mm，整个管道的长度是9.13m。在管道的两端，分别固定一个橡胶块，用于对管道的保护，其中，下方安装了一个可膨胀螺纹，用于与启动器的连接，在启动器的控制下，逐渐推动管道的膨胀；在超过213.30m 的井段部分，套管的规格，一种为φ139.7×9.17mm，另一种为φ139×7.72mm，因而在修复段的上方，套管可能出现变径的问题，不利于膨胀工具导入。所以，在正式施工时，对该技术方案进行了优化，确保膨胀管能够有效地置入，为后续施工做好准备。闭合封井器，对套管进行试压实验，通过实验发现，管内压力稳定在10MPa，且5min 内未出现明显波动，表明该修复方案取得了良好的应用效果。

对于E15 号井来说，是该油田北部区域较为重要的注水井，在井中相对较低的位置处，从中间开始，逐渐向两侧注水，以此对周边油井开采工作的开展提供支持。确保E15 号井能够正常注水，对整个油田的开采非常关键。通过对周边油井开采情况的观察与分析可以发现，修复后的油井呈现出“一升、一降、一稳”的良好开发趋势；动液面明显上升，油液的含水率大幅度降低，且油液开采量非常稳定。刚刚修复后，产液总量为332.7m3/d，其中，采油量为14.9t/d，截至当前，已经连续开采了164d，总注水量为32836m3，总采油量为2792.5t，且套管依然未出现问题，可继续对原油进行开采。由此表明，若油水井内通径存在差异时，可通过膨胀管套管补贴加固技术予以修复，具有良好的修复效果。

5 结语

综上所述，本文对膨胀管套管补贴加固技术进行了介绍，相对其他套管补贴加固方法，该技术具有所需成本相对较少，操作较为简单，适用于所有套损问题的修复等优势，因而可将该技术应用到油井套损修复中。同时，通过本研究可以发现，不论是油井的修复，还是水井的修复，均可发挥出较大的作用，有利于整个油田更好地开采。