浅谈抽油机井套管上窜与地层表面下沉

浅谈抽油机井套管上窜与地层表面下沉

张凯 王平 王晓军 芦定丰 孙育文

华北油田公司第三采油厂 河北 河间 062450

华北油田公司第五采油厂 河北 辛集 052360

摘要：抽油机井在日常管理中发现油井井口采油树在不断的长高，但回压阀门及其去站上的管线不涨高，如此造成内应力，在应力的作用下很容易把井口管线掘开，导致管线裂开刺漏污染环境，而且影响抽油井的正常生产，造成事故的发生，怎样解决这样的问题呢。

关键词：套管上窜 地层下沉 应力 污染

目前，华北油田的广大产油井设备基本都是抽油机井，在生产过程中，采油树在不断的长高，但回压阀门及其去站上的管线不长高，如此造成内应力，在应力的作用下很容易把井口管线掘开，导致管线裂开刺漏污染环境，而且影响抽油机井的正常生产，造成事故的发生怎样解决这个问题就是这次我们所探索的目的。

一、采油树向上、地面下沉现状

1、 采油树的组成，井口设备最基本部分是油管头（套管三通或四通）、油管三通和密封盒。另外还有生产阀门、回压阀门、放空取样阀门、油套连通阀门油管挂顶丝、卡箍、钢圈及其他附件组成，并装有油管和套管压力表，以观察油套管压力；井口装置俗称“采油树”，是油、气、水井的一种最重要、最常见的设备，是控制和调节油井生产的主要设备。它的主要作用是：（1）悬挂油管、承托井内全部油管柱重量；（2）密封油、套管之间的环形空间，控制套管气；（3）控制和调节油井的生产；（4）录取油、套压力资料、测试、清蜡等日常管理；（5）保证洗井、冲砂、酸化、压裂等井下作业施工的顺利进行；采油树的下端套管是固定在油层以下的地层里，地层是已经形成千百年的岩石密度很高，不易变形，使井筒管柱在地层的支撑下一直保持一个固定的尺寸，地幔没有下沉而地面下沉的结果就造成采油树上升的假象。。

2、地面沉降又称为地面下沉或地陷。它是在人类工程经济活动影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动（或工程地质现象），地面下沉的现象是目前世界各大城市的一个主要工程地质问题。它一般表现为区域性下沉和局部下沉两种形式。可引起建筑物倾斜，破坏地基的稳定性。滨海城市会造成海水倒灌，给生产和生活带来很大影响。

3、造成地面沉降的原因很多，地壳运动、海平面上升等会引起区域性沉降;而引起城市局部地面沉降的主要原因则与大量开采地下水有密切关系。地面沉降分构造沉降、抽水沉降和采空沉降三种类型。

(1) 构造沉降，由地壳沉降运动引起的地面下沉现象；

(2) 抽水沉降，由于过量抽汲地下水（或油、气）引起水位（或油、气压）下降，在欠固结或半固结土层分布区，土层固结压密而造成的大面积地面下沉现象；

(3) 采空沉降，因地下大面积采空引起顶板岩（土）体下沉而造成的地面碟状洼地现象。　中国出现的地面沉降的城市较多。

4、按发生地面沉降的地质环境可分为三种模式：

（1）、现代冲积平原模式，如中国的几大平原，华北油田就处在华北平原；

（2）、三角洲平原模式，尤其是在现代冲积三角洲平原地区，如长江三角洲就属于这种类型。常州、无锡、苏州、嘉兴、萧山的地面沉降均发生在这种地质环境中。

（3）、断陷盆地模式，它又可分为近海式和内陆式两类。近海式指滨海平原，如宁波；而内陆式则为湖冲积平原，如西安市、大同市的地面沉降可作为代表。

二、地面下沉分析原因

地面下沉形成原因：地面沉降是自然因素和人为因素综合作用下形成的地面标高损失。自然因素包括构造下沉、地震、火山活动、气候变化、地应力变化及土体自然固结等。人为因素主要包括开发利用地下流体资源（地下水、石油、天然气等）、开采固体矿产、岩溶塌陷、软土地区与工程建设有关的固结沉降等。原因如下：

第一是开发利用地下流体资源。由于抽取地下水，在许多国家和地区产生了地面沉降。20世纪20年代，我国上海、天津在市区集中开采地下水的地区发生地面沉降。华北平原地下水降落漏斗和地面沉降已经引起广泛关注。

第二是岩溶塌陷。中国是世界上岩溶最多的国家之一。随着岩溶地区国民经济的飞速发展，岩溶区土地资源、水资源和矿产资源开发不断增强，由此引发的岩溶塌陷问题日益突出，已成为岩溶地区主要地质灾害问题。

第三是开采固体矿产。矿山塌陷多分布在矿山的采空区，以采煤塌陷最为突出。中国有约20个省区发生采空塌陷，以黑龙江、山西、安徽、山东、河南等省最为严重。

第四是工程环境效应。密集高层建筑群等工程环境效应是近年来新的沉降制约因素，在地区城市化进程中不断显露，在部分地区的大规模城市改造建设中地面沉降效应明显。

以上海为例，上海是中国最早发现区域性地面沉降的城市。自发现沉降以来至1965年，市区地面平均下沉1.76米，最大沉降量达2.63米。这主要是由于不合理开采地下水所致。20世纪60年代中期开始，经采取压缩

地下水开采量，调整地下水开采层次及人工回灌等措施，实现了地面沉降的有效控制。

进入20世纪90年代，随着社会经济的发展，上海市各种基础市政工程及高层建筑开始大规模建设。而在同一时期，上海地面又明显出现加速沉降现象。由于上海中心城区地下水的开采得到严格控制，而且回灌量一直大于开采量，地下水动态历年来基本保持稳定。在严格控制地下水开采的情况下，密集高层建筑群等工程环境效应诱发的地面沉降已成为地面沉降的主要影响因素。

三、解决办法

对于地表面下沉，华北油田共有套管上窜井337口，占套损井总数的43.3%。主要分布在采油一厂和采油三厂。采油一厂有套管上窜井176口，占采油一厂套损井的84.2%，上窜最高达到1.20m。采油三厂共有套管上窜井161口，占采油三厂套损井总数的75.6%，上窜最高达到0.63m。

处置方法（1）、采用地锚式套管预应力完井方法，在完井时，下入预应力套管串，根据地表沉降速率以及套管承受的最大拉力，设计提拉套管伸长量，使之具有预应力，以缓解地表下沉对套管上窜的影响。（2）、设计专用的井口套管伸缩装置，伸缩量根据地表沉降速率确定，当地表下沉时，伸缩装置随之下行但不影响油井的正常生产。（3）使用高压软管连接生产阀门与回压阀门之间的连接，已避免井口不断上升拉抻地面管线。

总结

合理开采地下资源，及时补充地层能力，使地层能量守恒，及时调整维护地表面设备的正常运行，针对影响套管上窜的主要原因，根据原因具体进行经济合理的预防方法和治理措施。

参考文献：1、百度网知识文库

2、《采油生产现场故障诊断与处理》石油工业出版设

3、《采油工技能鉴定》中国石油华北油田公司 石油工业出版社2019