套管检测技术

1、套管检测技术套管检测技术 第一节 套管损坏的原因 套管损坏的因素是多方面的，地壳运动，地震活动，地下介质腐蚀，地层的非均质性、倾角、岩石性质等等都是导致油水井套管技术状况变差的客观事实。注水开发，油井出砂，油层改造，固井完井质量等工程因素，也是引发诱导地质因素产生破坏性地应力的主要原因。 根据统计资料分析，我们可以把造成套管损坏的因素分为地质因素和工程因素两大类。 第一节 套管损坏的原因 一、地质因素一、地质因素 1 1地层的非均质性地层的非均质性 砂岩、泥质粉砂岩等油田，由于沉积的环境不同，油藏渗透性在层与层之间、层内平面都有较大的差别，即使同一层系内各小层渗透率差别也很大，有的相差几倍(如

2、大庆油田)，有的相差几十倍(如胜利油田)。在注水开发过程中，油层的非均质性将直接导致注水开发的不均衡性，引发地层孔隙压力场的变化，必然导致油水井套管受力变化，甚至损坏套管。 第一节 套管损坏的原因 一、地质因素一、地质因素 2 2地层倾角地层倾角 陆相沉积的油田，多为构造油田。一般地层倾角越大，受岩体重力的水平分力的影响越大，套管损坏也就越严重。 3 3岩石性质岩石性质 注水开发的泥砂岩油田，当油层中的泥岩及油层上、下的页岩被注入水浸泡后，泥、页岩水化膨胀，使套管受岩石膨胀力的挤压，同时当具有一定倾角的泥、页岩遇水呈塑性时，可将上覆岩层压力转移至套管，使套管受到损坏。 第一节 套管损坏的原因

3、一、地质因素一、地质因素 4 4断层活动断层活动 地壳是在不断运动的，如地震、构造运动，地层的沉降等都会使断层活动化，特别是注采不平衡，注入水浸蚀作用，会进一步加剧断层活动，从而对套管的产生破坏作用。 5 5地震活动地震活动 根据微地震监测资料，每天地表、地壳的微震达上万次，比较严重的地震可以产生新的构造断裂和裂缝，也可使原生构造断裂和裂缝活化，因此，它也是导致套管损坏的一个重要因素。 第一节 套管损坏的原因 一、地质因素一、地质因素 6 6地壳运动地壳运动 地球在不停运转，地壳也在不停的缓慢运动中，其运动方向一般有两个： 一是水平运动（板块运动），二是升降运动。 地壳缓慢的升降运动产生的应力

4、可以导致套管被拉伸损坏，而损坏的程度和时间则取决于现代地壳运动升降速度和空间上分布的差异，因此，地壳运动不仅能损坏套管，而且升降运动的速度也直接影响套管损坏的速度。 第一节 套管损坏的原因 一、地质因素一、地质因素 7 7地下介质腐蚀地下介质腐蚀 油水井套管是处在地下介质之中，对金属铁发生的各种化学和电化学腐蚀都会导致套损。 地层中的硫酸盐还原菌能作用产生硫化氢等有害物质也会严重腐蚀套管。 有硫化物的地层水中在含氧量只有十几亿分之几的条件下，就能引起套管的腐蚀。 第一节 套管损坏的原因 二、工程因素二、工程因素 1套管质量套管质量 套管本身存在不符合要求及有损伤等质量问题，在完井以后的长期注采

5、过程中，都会削弱套管抵御外来损坏的能力，象微孔、微缝及损伤的存在还会加剧套管的腐蚀。 2固井质量固井质量 在固井过程中，由于井眼不规则、井斜、水泥质量问题、钻井液滤饼的存在等，往往造成水泥与套管、水泥与岩壁胶结固化不好，直接影响套管的寿命。由于窜槽，注水侵入泥页岩，岩体膨胀、变形、滑移都或导致套管受到挤压或剪切作用而损坏。第一节 套管损坏的原因 二、工程因素二、工程因素 3完井方式完井方式 完井方式对套管影响是很大的，特别是射孔完井法，射孔工艺选择不当，将会影响套管强度，出现管外水泥环破裂，甚至出现套管破裂，影响套管的寿命。 4井位部署井位部署 断层附近部署注水井，容易引起断层滑移而导致套管严

6、重损坏。注水井成排部署，容易加剧地层孔隙压差的作用，增大水平方向的应力集中，导致套管损坏。 第一节 套管损坏的原因 二、工程因素二、工程因素 5注采平衡注采平衡 对于注水开发的油田，超注或欠注，加密、调整井网，开采方式的转变，以及注水井提压注水、控制注水、停注等注入波动，使地层孔隙压力大起大落；或油层的非均质性和井网部署的影响，使油层孔隙压力分布不均匀，都会引起孔隙骨架不均匀的膨胀或收缩，导致局部地面升降，产生局部应力集中而造成套管损坏。 第一节 套管损坏的原因 二、工程因素二、工程因素 6油层改造油层改造 酸化酸压油层改造中，酸液对套管具有酸蚀作用；油层压裂措施中，高压直接对水泥与套管、水泥

7、与岩壁胶固质量产生的作用等，都会影响套管寿命。 7油水井管理油水井管理 油水井出砂严重，井壁坍塌，会损坏套管；注入水窜入泥页岩层，泥页岩蠕变，会损坏套管；注采不稳定或不平衡，地层孔隙压力变化引发地应力变化，会损坏套管；增产措施不当，也会损坏水泥环，会损坏套管。因此，加强油水井管理是防止套管损坏的关键。 第二节 套管损坏的类型 套管损坏的类型是多种多样的，结合套管损坏的原因，可将套管损坏的类型分为4种类型。 一、径向变形一、径向变形 注入水侵入造成的泥页岩膨胀等，使套管受水平挤压作用，或套管本身局部质量问题，在固井质量差及长期注采压差作用下，套管产生局部径向变形，呈缩径或椭圆形状态。 这是套管变

8、形中的基本变形形式。一般长短轴差值大于20mm时，套管就可能破裂。第二节 套管损坏的类型 二、腐蚀孔洞二、腐蚀孔洞 套管局部的微孔、微裂缝，及其它损伤，使得地层介质长期在套管该局部位置产生化学和电化学作用，造成局部腐蚀而穿孔；或者某处螺纹密封不好，在注采压差及作业施工压力过高时，发生泄漏失，随生产时间延长不断冲蚀而穿孔等。 三、弯曲变形三、弯曲变形 由于地质构造力，断层活动，长期注采不平衡条件下造成的地层滑移，产生地应力剪切套管，使套管按水平地应力方向弯曲，并在径向上产生变形。 第二节 套管损坏的类型 四、套管错断四、套管错断 随着油水井生产时间的延长，地层的滑移、地壳的运动等因素所产生的地应

9、力不断集中，以及泥页岩受注入水侵入而蠕变等引起的井壁不稳定，或严重出砂未能得到有效治理而引起井壁坍塌等等，都会在套管上产生巨大的横向剪切力，造成套管弯曲、变形，甚至错断。 这是目前极难采取修复措施，甚至报废油水井的最复杂的套管损坏类型。 第三节 套管技术状况检测技术 套管技术状况检测常用工程测井法和机械法两种。 工程测井法就是利用井径仪检测套管径向尺寸变化，连续流量及井温测井检测套管腐蚀、孔洞、破裂、错断等的位置。 机械法就是利用印模(包括铅模、胶膜、蜡模等)对套管和鱼头状态及几何形状进行印证，然后加以定性，定量的分析，以确定其具体形状和尺寸。第三节 套管技术状况检测技术 一、工程测井法 1井

10、径测井井径测井套管变形检测套管变形检测 井径测井仪组装完后与电缆连接下入井内，井径测井仪的各对称方向壁在弹簧作用下紧贴套管内壁下滑移。当套管某一深度内径有变化时，方向壁收拢或扩张。这一收拢或扩张，将使仪器产生电脉冲信号，通过电缆传至地面接收仪器并自动记录下来，绘制成套管径向变化曲线。测井后，将记录的线加以测量、分析、计算，即可得到套管某一深度位置截面上多点坐标图，对这一图形测量，可得到套管的径向尺寸变化。第三节 套管技术状况检测技术 一、工程测井法 1井径测井井径测井套管变形检测套管变形检测 井径测井，一般在压井状下进行。 目前比较常用的测井仪器是四十壁井径仪，可测得20条互成18角的20个坐

11、标点。 测套管变形的记录纸共分九格。套管未损坏，则为比较平滑的直线，只在接箍部位出现尖峰；如果记录曲线偏离基准线位置，则存在套管变形；若记录线为波浪线，则可能是内壁磨损或腐蚀；若曲线超出格外，说明套管穿孔或有裂缝。第三节 套管技术状况检测技术 一、工程测井法 2井温与连续流量测井井温与连续流量测井套管漏失套管漏失检测检测 井温和连续流量测井是将两种不同的测井方法在一口井上实施。若发现某井外漏，先测得一条井温基线，然后向井内连续注入液体同时测出不同压力下的连续流量（注入量），注完液体后，紧接着再测井温曲线。从两条井温曲线的对比中分析出套管漏失井段，必要时再用机械法核对。这样就可以准确地验证出套管

12、损坏的位置和漏失量。第三节 套管技术状况检测技术 一、工程测井法 2井温与连续流量测井井温与连续流量测井套管漏失检测套管漏失检测 （1）井温测井 井温测井是测量地温梯度和局部温度差异（微差井温）。仪器电路中采用铜、钨、钼、或合金做热敏电阻，对温度都有灵敏的反应，随温度升高或降低伴有相应电阻的变化。通过测量桥路电位差的变化间接地求出温度变化。井下仪器送温度信号到地面仪器，得到地温梯度曲线。若某部地温出现异常，则井温曲线会有显变化，分析这种变化，即可得到该处温度情况和其在井下的位置。 第三节 套管技术状况检测技术 一、工程测井法 2井温与连续流量测井井温与连续流量测井套管漏失检测套管漏失检测 （2

13、）连续流量测试 连续流量计是一种涡轮流量计。这种流量计是被测流体带动涡轮转动，涡轮叶片在磁场中切割磁力线，从而转换为电脉冲信号，传至地面。常用于注水井吸水量的连续测量。 用于套管损坏井检测漏失量时，通过连续测量井内流体沿轴向运动速度的变化而确定漏失井段、漏点的注入量。 第三节 套管技术状况检测技术 一、工程测井法 3彩色超声波电视成像测井彩色超声波电视成像测井 彩色超声波电视成像测井技术，可以将套管的损坏程度直观地反映在电视屏幕上，结合井径测井，可定量地得到套损形状与尺寸。 在压井状态下，利用超声波在不同声阻抗介质中传播和界面处反射特性，根据接收到的反射波到达时间和首波到达的首波幅度信息，用一

14、旋转的超声换能器，在先进的电子技术和计算机成像技术辅助下，获得套管内壁的内径变化，同时显示出立体图、纵向截面图、横向截面图和内径曲线等资料，从而可以直观形象地判断套管的损坏类型和程度。第三节 套管技术状况检测技术 一、工程测井法 4印模与陀螺方位测井印模与陀螺方位测井 印模与陀螺方位测井(简称方位测井)是用来检测套管变形的方位走向。根据同一地区多口井的套变方位，基本可以判断出套管变形的外力来源，并计算出该区块套管变形的地应力变化、外力方向、走向等，为新钻井如何提高固井质量或改变固井方式预防套管损坏提供必要的依据。 方位测井的基本原理是：利用铅模、偏心配产器、工作筒、油管柱组成测试管柱，在铅模入

15、井前对铅模工作端面某一点打印记并测量印记与偏心配产器偏心孔的夹角，入井后对套管变形部位打印，然后在管柱内下入陀螺仪测井，测出偏心孔的方位。起出打印管柱，测绘偏心孔方位与铅模印痕及印痕与端面某点印记夹角，即可得到套变方位。第三节 套管技术状况检测技术 二、机械法检测二、机械法检测 机械法即印模法检测，就是利用专用管柱（条件许可时也可用钢丝绳带铅模）下接铅模类打印工具，对井下落物鱼顶或套损程度（几何形状）等进行打印，然后对打出的印痕进行描绘、分析、判断，最后提出准确的鱼顶、套损点等几何形状、尺寸和深度位置。这种印痕结论、数据将为修并措施、修井施工设计的制定和编写提供必不可少的有效依据。 印模法检测

16、，适用于井下落物鱼顶几何形状、尺寸、深度等的核定，套管变形、错断、破裂等套损程度，深度位置的验证，以及在作业、修井施工过程中临时需要查明套管技术状况等其他情况的井况。 第三节 套管技术状况检测技术 二、机械法检测二、机械法检测 1印模种类印模种类 印模的种类较多，一般按制造材料和基本结构形式进行分类。 （1）按制造材料可分成以下类型 铅类印模通称铅模；胶类印模通称胶模； 蜡类印模通称蜡模；泥类印模通称泥模。 （2）按印模结构形式可分成以下类型 平底形；锥形；环形；凹形；筒形。 目前较为广泛使用的是铅模和胶模二种类型。铅模中较广泛使用的是平底带水眼式平底铅模，胶模广泛使用的是封隔器式胶筒形的侧向

17、打印胶模。第三节 套管技术状况检测技术 二、机械法检测二、机械法检测 2铅模与胶模基本结构铅模与胶模基本结构 （1）铅模 平底带水眼式铅模有普通型与带护罩型两种。典型的铅模的本体是用27/8in内平式油管接头焊接骨架制成。骨架用钢筋一般不少于4条，互成90角。带 护 罩的 平 底 式 铅 模 ， 护 罩 与 油 管 间 间 隙 应 在15mm左右。当铅液浇铸成型后，底端中间钻30mn40mm水眼，并整平端面。注意下端部的铅层厚度应不小于20mm，但一般最厚不超过40mm。平底铅模多用于井下落鱼情况的核定，套损程度、深度的核定。锥形、环形、凹面铅模不常使用。第三节 套管技术状况检测技术 二、机械

18、法检测二、机械法检测 2铅模与胶模基本结构铅模与胶模基本结构 （2）胶模 胶模一般用于套管孔洞、破裂等漏失情况的验证，即套管侧面打印。所以胶模也通称为套管侧面打印器，其基本结构形式同扩张式封隔器类似，但其胶筒内部帘线较少、工作面长度较长，胶筒面半 硫 化 处 理 ， 表 面 光 滑 、 平 整 无 缺 陷 ， 可 承 受0.51.0MPa压力。 胶简表面邵尔硬度应保持在3040之间。外型尺寸的最大工作面外径应比钢体最大外径小0.5lmm，以免入井时划擦胶筒。工作面长度视打印井段长度而定，钢体中心管长度应与胶筒总长度相匹配。 第三节 套管技术状况检测技术 二、机械法检测二、机械法检测 3印模打印

19、（检测）施工方法印模打印（检测）施工方法 印模打印检测井下技术状况一般分为：井下落物鱼顶状况打印、套管变形错断的最小径向变化打印和套管破裂、孔洞等的侧面打印等三种形式。 （1）端部打印 端部打印，即井下鱼顶状况和套损程度打印。一般有两种方式打印，即管柱硬打印法和绳缆软打印法。 软打印法虽然施工时间短，速度快，但其危险性大，易造成绳缆堆积卡阻，因而各油田严格限制使用。 硬打印可用不压井和压井两种作业方式施工，压井状态下打印施工操作安全、平稳。无论压井或不压井，铅模入井时都不得直接穿过自封压入井内。下面重点介绍不压井施工的操作方法。第三节 套管技术状况检测技术 二、机械法检测二、机械法检测 3印模

20、打印（检测）施工方法印模打印（检测）施工方法 （1）端部打印 管柱结构 管柱结构自上而下为：油管柱（或钻杆柱）、工作筒、单流阀、印模（端部打印常用平底带水眼、带护罩式铅模）。 安装不压井作业井口控制装置 井口控制装置主要由以下部件组成(自上而下)：安全卡瓦、自封封井器及自封芯子、法兰短节、半封封井器、全封封井器、半封封井器、任意法兰。 井口装置应安装平、正、牢固，各紧固螺栓旋紧扭矩一般不低于2800Nm。 第三节 套管技术状况检测技术 二、机械法检测二、机械法检测 3印模打印（检测）施工方法印模打印（检测）施工方法 （1）端部打印 连接下井工具 将工作筒、单流阀连接在第一根入井油管下端，旋紧扭

21、矩不低于2400Nm，并涂抹密封脂。 印模入井 清洗干净铅模，在螺纹处涂抹密封脂，记录铅模端面形状描绘。将第一根油管提起，使工作筒插入自封芯内，然后卸掉自封压盖，按下安全卡瓦手柄，使卡瓦牙咬住油管，提起油管，自封芯子即与油管同时上提，然后将铅模连接在单流阀之下，旋紧扭矩不低于2800Nm，注意不得划碰铅模。连紧后，下放油管，使自封芯子坐回自封座内，上紧压盖，然后缓缓下放。第一根油管下入井后，连续下入油管。第三节 套管技术状况检测技术 二、机械法检测二、机械法检测 3印模打印（检测）施工方法印模打印（检测）施工方法 （1）端部打印 打印 铅模下至预打印深度l2m时，记录管柱悬重，开泵循环工作液，

22、冲洗鱼头或套损点 l2周，正常后，以0.5lm/s的速度下放打印。注意管柱下降悬重不超过23kN，且只能打印一次。然后测量最后一根油管方余，计算下入深度。 起打印管柱 正常起打印管柱，起至最后一根时，上提速度应控制在0.5m/s以内，当工作简、单流阀、铅模进入法兰短节内全封以上时，停止上提，按下安全卡瓦手柄，咬紧油管，然后关闭全封，注意两侧关闭圈数相同，打开放空阀放净法兰短节内余压，即可提出工作筒、单流阀、铅模。 第三节 套管技术状况检测技术 二、机械法检测二、机械法检测 3印模打印（检测）施工方法印模打印（检测）施工方法 （1）端部打印 卸掉铅模 将起出的最后一根带有铅模的油管拉向油管桥，注

23、意不得划碰铅模。分别卸掉工作筒、单流阀、铅模，将铅模清洗干净。 印痕分析 核定打印深度、计算鱼顶变形或错断深度，将铅模端面印痕描绘出来。 第三节 套管技术状况检测技术 二、机械法检测二、机械法检测 3印模打印（检测）施工方法印模打印（检测）施工方法 （2）侧面打印 侧面打印是利用管柱将侧面打印胶模下至设计深度，然后开泵憋压0.5lMPa，使胶模在液压下扩张，紧紧贴在套管内壁上，将套管的孔洞、破裂等破损状况印在胶模上。管柱泄压后，起出打印管柱，卸掉胶模并清洗干净后，将胶模连在地面泵上，憋压使其扩张到在井下的工作尺寸，即可清晰地将井下套管的破损状况直观地反映出来，既有准确的几何形状，又可直接测得破

24、损尺寸。这种方法简便易行，获得的资料数据真实可信。 侧面打印可在不压井状态下进行。不压井的管柱起下操作方法与铅模的不压井起下作业相同。第三节 套管技术状况检测技术 二、机械法检测二、机械法检测 3印模打印（检测）施工方法印模打印（检测）施工方法 （2）侧面打印 管柱结构 管柱结构为油管柱、工作筒、胶模、油管短节、丝堵。 打印 按铅模不压井打印方式将侧面打印胶模管柱下至设计深度，核定无误后，向管柱内灌注清水，当压力显示0.51.0MPa后，稳压5min放净管柱内压力起出打印管柱，注意侧面打印只许进行一次。第三节 套管技术状况检测技术 二、机械法检测二、机械法检测 3印模打印（检测）施工方法印模打印（检测）施工方法 （2）侧面打印 印痕分析 将起出的胶模卸掉，清洗干净，连接在地面泵上，用清水憋压0.51.0MPa，使胶模扩张至井下工作状态尺寸，此时胶模即可将套管的破裂、孔洞等破损程度清晰地反映出来，对印痕进行测量描绘，并可拍照存档，即可获得准确的套损程度尺寸。第三节 套管技术状况检测技术 二、机械法检测二、机械法检测 4印痕分析方法印痕分析方法 印痕分析是对印模的印痕进行测量、描绘、对比，并作定性、定量地分析解释，其