延长油田股份有限公司杏子川采油厂
摘 要：为了饱和油藏压力，李家弯项目区采用注水驱油方式提高原油采收率。随着注水开发年限的延长，注水井套损情况愈发严重。本文针对项目区注水井套损情况，并根据实验结果，简要分析了注水井套损机理和套损井回注采出水对生态环境、人类以及动植物的危害，为今后实现安全、有效注水提供依据。
关键词：注水井套损、腐蚀、危害
面对日益严峻的油藏开发形势，各油田都进入二次采油时代，二次采油主要以注水开发为主，通过向油藏注入高压水来饱和地层应力，提高油藏的驱油效果。随着注水井网的不断完善和开发年限的延长，注水井套管外壁长期受地层流体的腐蚀和地层应力的轴向作用，内壁受各类作业磨损、电化学腐蚀、细菌腐蚀、结垢腐蚀和注水不规范等多重作用影响，套损井数逐年上升，已严重制约油藏的注水开发工作。本文主要分析了李家弯项目区注水井套损机理和套损的危害，以此揭示套损井治理的重要性。
一、注水井套损情况
李家弯项目区自成立以来通过调整治理，不断完善注采井网，注水井数越来越多，同时，注水井套损情况也愈发严重。在2020年项目区注水井套损治理过程中发现：套损井开发年限在15年以上；固井水泥未返高到地面；套损位置普遍在水泥返高以上；受当时技术水平限制，固井质量检测手段不发达，不能进行有效检测；固井质量较差，部分井存在管外窜槽等情况。
二、套损机理分析
1、地层水腐蚀
受当时经济、技术条件的限制，固井质量差，水泥返高低，套管外有一定的空隙，延安组的油水混合物和洛河组的地层水会流入这些空隙中对套管外壁进行腐蚀，表2-1是延安组和洛河组采出水的水型化验分析结果。
表2-1 水型化验分析
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由水型化验结果可以看出，洛河组水型矿化度在5000-10000 mg/l之间，延安组水型矿化度在10000 mg/l以上。地层水的矿化度越高，溶液的电导率就越大，离子间电荷转移的速率越快，导致电化学腐蚀速度加快。当矿化度在 30000～ 40000mg /L时，腐蚀速度达到最大值。
2、注入水腐蚀
（1）注入水主要是采出水回注和地表水补充水源，注入压力均在10MPa以上，注水过程中实际情况复杂多变，加之现场管理不到位，注水工操作不规范，导致注水不平稳，高压注入水携带强大的压力冲刷套管内壁，长期的冲刷作用会对套管内壁造成不可修复的塑性损伤。注水过程中注水管线在弯头、变径处极易发生刺漏，是由于注入水的流速快，加速了水中的固体颗粒和离子的运动，加剧了磨损和腐蚀速度，破坏了金属表面的保护膜，促使腐蚀加剧。同时在水质处理过程中，药剂加入量控制不规范，导致注入水结垢严重，也会对套管造成一定的腐蚀。
（2）注入水经过处理后其水质化验结果如表2-2，从表2-2化验结果可知，注入水质偏酸性，溶解氧含量高，总铁含量、矿化度含量、细菌含量极高。在酸性条件下，溶解氧的腐蚀作用更强，且水中的细菌产生的硫化物会发生化学反应形成HS-和 H2S ，HS-和H2S也会加强腐蚀作用。
表2-2 注入水水质化验结果
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采出水回注时水中的油污和垢附着在管壁上会形成缺氧区和富氧区，为细菌提供生存环境，细菌会对套管内壁造成点状的局部腐蚀，其中SRB不仅自身将套管表面的有机物作为碳源获得生存能量，而且会与硫酸盐反应产生H2S使腐蚀性更强，而TGB附着在管壁上将Fe2+通过化学反应生成Fe3+获得生存能量，并对管壁造成腐蚀。
3、作业磨损、腐蚀
（1）井下作业频繁，如通洗井、冲砂、检管、断管检修、坐封隔器、压裂、吸水剖面测试、调驱等常规的施工作业和检修、测试作业，在起下井下工具和测试仪器过程中会对套管造成不同程度的磨损，作业过程中的高压水力冲刷作用也会对套管造成磨损、腐蚀，以及反复打压、放压、遇阻时强提管柱等会对套管造成一定的塑形变形损伤。
（2）酸化增注作业造成的腐蚀，酸化作业属于高压作业，高压酸液对套管的腐蚀作用极强，且酸液注入井筒后进行关井憋压反应，很容易造成固井质量差的井段和套管接箍处的破裂。
在现场酸化施工作业中存在：①井下未安装封隔器，大量的盐酸和H2F等酸液会流入套管，这些酸液具有强烈的腐蚀性，会严重腐蚀套管内壁。②施工队伍未严格按照设计要求施工，作业过程不规范，在注入清水顶替液时，配液罐中尚有一定量的主体酸，便将主体酸与顶替液混合后一起注入井筒，进行关井反应，此过程主体酸会滞留在井筒中，对套管造成极大的腐蚀。
三、套损危害性分析
注水井发生套损后，注入水会沿套损位置进入地层，
1、安全环保危害
李家弯项目区位于沟壑纵横的陕北高原，这里山大沟深，井场基本都建在山峁上，套损位置在100-200米的注水井“山上注水沟底流”。该区主要开采长6油层，采出水矿化度含量（表3-1）和石油类有机物（表3-2）含量极高，同时含有水处理过程中加入的合成药剂。
表3-1 水型化验
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表3-2 水质化验
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采出水渗入土壤会破坏土壤的原有结构和疏松、通透性，石油类有机物会吸附在植物根系上形成一层极薄的油膜，阻碍根茎吸收水分和营养物质并引起植物根茎的溃烂；一旦石油类有机物进入植物体内，会不断地在叶子和果实中积累产生毒性，破坏细胞结构和细胞内物质成分，降低植物的蒸腾、光合、呼吸作用，最终使植物黄化、枯死。
人和动物通过呼吸、食物传输等方式摄入石油类有机物会有较大的危害，摄入过量时会发生中毒，甚至死亡，尤其对水生动物毒害作用更强。根据研究儿童因处于发育阶段，身体器官功能较弱，受石油类有机物污染的影响更大，患急性白血病和急性非淋巴细胞白血病的几率会提高4-7倍。生活在石油类污染环境中的儿童，其皮肤碱抗力显著降低、白细胞数量下降、贫血率上升、肺功能降低、肝肿及恶性肿瘤概率明显高于正常人。合成药剂含有大量重金属，会使人类患肠道疾病、癌症、内分泌紊乱等疾病的几率大幅提高。
2、对浅层水的危害
该区长6层采出水从套损位置进入洛河组地层，会对洛河组的水体造成污染，增加水中Na+、K+、Ca2+、SO42-、Cl-、HCO.3、-S2-、Fe3+等离子和石油类有机物的含量（表3-3），以及在水处理过程中加入的合成药剂的含量，高浓度的铁离子、石油类及合成药剂使得水质容易发黑发臭。洛河组水体作为人类饮用的地下水源，受采出水污染会增加人类患各种疾病的风险。
表3-3 离子浓度化验
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四、结论
1、目前项目区油藏地层能量亏空严重，采取人工注水补充地层能量，提高采收率，注采井网不断完善，水驱面积不断扩大，随着注水井数增加和开发年限的延长，套损井数逐年上升，已严重制约了项目区的油藏开采。
2、注水井套损原因复杂多样，既有工程因素和地质因素，也有地面因素和井筒因素。本文主要从井筒内外腐蚀和磨损论述套损机理，为今后预防注水井套损提供简要依据。
3、注水井套损不仅影响油藏开发，也对生态环境和地下水源造成了污染，对人、动物、植物的生存发展带来了严峻的挑战。生态环境和水源受污染会增加人类患各种疾病的风险，对生命健康造成较大的危害。
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