N现代完井工程-4

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1、第四章生产套管及注水泥油气井在建进过程中都要下入一层或多层套管，而用于最终开采油气的套管称为生产套管。生产套管的主要作用是保护井壁，封固和分隔各油气层，达到油气井分层开采、分层测试、分层注水、分层改造的目的。生产套管要在油气田开发全过程中经受长期考验。在下套管及固井过程中，生产套管承受外挤力、内压力和拉伸载荷三种外载。采用射孔方法完井的生产套管，需承受射孔弹的大能量高温瞬时冲击载荷。在长期的油气开采过程中，除承受地层外挤力外，还可能经受长期高压注水、多次压裂酸化及各种腐蚀介质等考验，而经常造成生产套管变形、错断、破裂等事故，导致油气井不能生产，油气

2、田不能正常开发。这一问题已引起了人们高度的重视。按照完井工程的系统思路，在井身结构确定后，根据井别、油藏类型及岩性、油层物理性质、油层流体性质以及地应力等方面的资料进行生产套管设计工作。第一节生产套管一、生产套管设计的基本依据1、安全准则生产套管柱的设计原则是既安全又经济。即根据套管柱在井下的工况，建立套管强度与套管柱受力之间的平衡关系，确保安全第一。但是，在不同的工程和地质条件下，套管柱所受的外载是不相同的。例如，在井下的盐岩层对套管柱的外挤力将大大超过正常地层压力；压裂酸化时套管柱所承受的内压力与正常采油时的内压力就不相同；在易塌油层生产前期与

3、生产中、后期对套管柱的外挤压力也不相同；同时，套管强度也是要发生变化的。在井下腐蚀性环境中，套管受到腐蚀后强度降低而产生破坏；在热采井中，高温蒸汽将导致套管反复伸张而降低强度；在水平井和大斜度井中，由于长期井下作业过程中的磨损也会降低套管强度；因此，生产套管柱设计的安全准则实施是有一定的技术性难度的。目前的解决办法，主要是按生产套管柱在井下最危险的工况来确定受力大小，进而采取合理的套管柱强度设计方法，确保套管柱的安全。2、完井要求由于射孔完井能最大限度地改善多层系储层的层间干扰问题，因此90%左右的油气井都是采用射孔完成的。由于射孔对生产套管的强度

4、和使用寿命有一定影响，因此，应选用射孔后保持不裂或微裂的优质套管。采用油管封隔器完井的气井，应考虑到长期开采过程中，由于封隔器失效或套管螺纹密封损坏，气体进入套管与油管环空，在这种情况下，生产套管将承受很高的内压力。因此，应严格进行生产套管抗内压强度校核。目前广泛采用的油管输送射孔技术，为便于射孔联作，要求丢枪口袋长度达到50～100m左右，这远远大于10～15m口袋长度的一般规定。另外，对于出砂较为严重的油层应加长口袋，以便沉沙。稠油井的口袋也应加长，便于抽油泵下入口袋。还有蒸汽驱生产井，当蒸汽前沿突破稠油层后，不仅将稠油驱入井筒，而且还伴随着将

5、大量的蒸汽和天然气也带入井筒。若将抽油泵下入口袋，则可利用油、套管环形空间放汽（气），从而可提高泵的充满系数。另一方面也增加了泵的沉没度，从而改善了抽油效果。低渗透油层，由于动液面低也应加长口袋，以便于增加抽油泵沉没度。考虑到上述情况，可以选择口袋长度50～60m或更长些，并应避免仅从减少工程先进造价的经济角度减短口袋长度。3、开发要求油气井的开采方式是由油、气藏的类型所确定的。对于各种油气藏类型，其地层流体的性质虽不尽相同，有的地层水的矿化度高。生产套管在与这些地层流体长期接触的过程中，加上井下高温、高压的影响，很容易产生腐蚀破坏。近年来，油气井

6、生产套管腐蚀问题在我国一些油田日益严重，除直接增加了管材费用外，还影响到油气井的生产，造成巨大的经济损失。例如，中原油田地下水含盐量很高，总矿化度达30×104mg/L,开发过程中只要哪一个生产环节对腐蚀问题稍加忽视，在生产中就会发生严重的腐蚀损坏。因此，防止油气井生产套管的腐蚀破坏，延长油气井寿命已成为增加油气产量，降低生产成本，提高生产效益的重要问题。国外从50年代开始即着手调查和研究油气井套管的腐蚀问题，并进行了机理分析和多种防腐试验，取得了良好的效果。（1）腐蚀机理油气田井下套管腐蚀主要的原因：根据金属电化学腐蚀原理，油田底水、边水或油层水

7、的高矿化度水，有时超过30万mg/L，天然气或伴生气含有H2S,CO2酸性气体，或硫酸盐还原菌等导致水性的pH下降，促进氢的极化作用，使其腐蚀加剧，其主要原因：①H2S腐蚀：H2S在油气田有水的条件和一定温度下，发生电化学反应电离后的S2+与钢材表面发生电子传递,使金属表面形成针孔、斑点、蚀坑，逐渐造成局部减薄而剥蚀或穿孔；再就是氢脆，由于H2S在水中电化学反应而产生的H+得到电子变成氢原子，渗入金属某些晶格缺陷或夹杂处，在该处集聚的氢原子结合成氢分子，体积急剧增大，在钢材内部产生巨大的内应力，使钢材内产生裂纹，使材料发脆称之氢诱发裂纹（hic）。

8、如果钢材因热处理不当，冷加工和焊接残余应力等因素，加之氢脆因素则造成钢材的硫化物应力腐蚀破裂（sscc）.②CO2腐蚀：油