油田套管损坏预防措施探索

王鑫

（辽河石油勘探局总机械厂隔热管分厂，辽宁 盘锦 124209）

导致油田套管状况变差的原因是多方面的，但主要有套管设计不够合理、完井方法不适当、固井质量不好等，套损的主要类型有含盐、软泥岩岩层油田套管的损坏、出砂井套管的损坏、稠油油田热采等套管的损坏、注水油田注水并套管的损坏、硫化氢气体套管和起落井套管的损坏。这些内在因素一经外部因素(比如:注人的高压水窜人泥页岩层)引发，使局部地区应力产生巨大变化，区块间产生较大压差，进一步转移到套管上，使之受到严重损坏。

1 套管损坏概念简述

油、水井套管管材的机械性能不同，几何参数不同，在井下的腐蚀程度不同，它的承载能力也不同。在油田生产过程中，由于工程、地质、生产动态变化等因素对套管产生的载荷超过套管承载能力时，套管则产生变形、破裂、错断等破坏，即谓套管损坏。

2 套管损坏的原因

2.1 地质因素

地层（油层）的非均质性、油层倾角、岩石性质、地层断层活动、地下地震活动、地壳运动、地层腐蚀等情况是导致油水井套管技术状况变差的客观条件，这些内在因素一经引发，产生的应力变化是巨大的、不可抗拒的，将使油水井套管受到损害，甚至导致成片套管损坏，严重干扰开发方案的实施，影响油田的稳产。

2.1.1 地层的非均质性

沉积的砂岩、泥质粉砂岩油田，由于沉积环境不同，油藏渗透性在层与层、层内平面之间都有较大的差别。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，这是引发地层孔隙压力场不均匀分布的基本地质因素。

2.1.2 地层(油层)倾角

沉积的油田，储油构造多为背斜和向斜构造。由于这些构造是受地层侧压应力挤压而形成的，一般在相同条件下，受岩体重力水平分力的影响，地层倾角较大的构造轴部和陡翼部倾角较小的部位更容易出现套损。

2.1.3 岩石性质

在沉积构造的油气藏中，储存油气的多为砂岩、泥砂岩、泥质粉砂岩。注水开发时，当油层中的泥岩及油层以上的页岩被注人水侵蚀后，不仅使其抗剪强度和摩擦系数大幅度降低，而且使套管受岩石膨胀力的挤压。同时，当具有一定倾角的泥岩遇水呈塑性时，可将上覆岩层压力转移至套管，便套管受到损坏。

2.1.4 地震活动

地球是一个运动的天体，地下地质活动从未间断。根据微地震监测资料，每天地表、地壳的微震达万次，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。地震后，大量注入水通过断裂带或因固井胶结第二界面问题进人油顶泥页岩，泥页岩吸水后膨胀，又产生粘塑性，岩体产生缓慢的水平运动，使套管被剪切错断或严重弯曲变形。

2.1.5 地壳运动

地球在不停地运动，地壳也在不停地缓慢运动中，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。

2.2 工程因素

2.2.1 套管材质问题

套管本身存在着微孔、微缝、螺纹不符合要求，抗剪、抗拉强度低等质最问题。完并后，由于采油生产压差或注水压差的长期影响，导致管外气体、流体从不密封处渗流进人井内或进人套管与岩壁的环空，分离后聚集在环空上部，形成腐蚀性很强的硫化氢气塞，逐渐腐蚀套管。

2.2.2 固井质量问题

固井是钻井完井前十分重要的工序，它直接关系到井的寿命和以后的注采关系。固井施工由于受各方面因素影响较多，固井质量难以实现最优状况。如果井眼不规则、井斜、固井水泥不达标、顶替水泥浆的顶替液不符合要求、水泥浆的密度低或高、注水泥后套管拉伸载荷过小或过大等，都将影响固井质量。

2.2.3 完井质量

完井方式对套管影响是很大的，特别是射孔完井法。射孔工艺如果选择不当，一是会出现管外水泥环破裂，甚至出现套管破裂;二是射孔时，深度误差过大，或者误射.误将薄层中的隔层泥岩、页岩射穿，将会便泥页岩受注人水侵蚀膨胀，导致地应力变化，最终使套管损坏。此外射孔密度选择不当，也会影响套管强度。

2.2.4 井位部署的问题

断层附近部署注水井，容易引起断层滑移而导致套管严重损坏。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程度，最终导致成片套损井的出现。

2.2.5 开发单元内外地层压力大幅度下降问题

注水开发的油田，因为开采方式的转变;加密、调整井网的增多;对低渗透、特低渗透提高压力注水以及控制注水、停注、放滋流降压等措施，都会使地层孔隙压力大起大落，岩体出现大幅度升降。

3 防止套管损坏的措施

3.1 采用高强度套管

应用高强度的套管显然可以提高套管抵抗拐毁能力，因此可减少套管损坏。使用高强度套管优点不仅可以仗套管抗挤能力得到提高，而且施工作业与普通套管最为接近，医此，在设计抵抗较大外挤力时首先是被选用对象。但是，由于强度钢材韧性低，承受冲击能力差，抗腐蚀能力低，易于受氢脆破坏;高强度套管不适于现场焊接，加工比较困难:在维修和侧钻时要磨穿这种套管也很费劲，因此，高强度套管的应用范围受到了一定限制。

3.2 对下井套管要进行严格质量检验

管体丈量长度，目测外观;管体尺寸精度检验，如通内径、量外径、测壁厚和称单重、壁厚不均系数、内外不圆度、模拟射孔检查、力学性能检验、化学成份检验口。

3.3 改进套管柱设计方法

传统保守设计套管抗挤强度是采用覆层的压力来确定套管抗最大外挤力。事实证明，用这个方法确定最大外挤力是不合适的。应采用泥页盐岩蠕变形成不均匀"等效外挤应力"作为套管抗最大抗挤强度。因此，油田开发前要准确测定地应力值，以该值进行设计，选择适合的套管等级和壁厚口值得注意的是，在射孔部位设计套管承受最大抗挤力时应考虑射孔影响，对于螺旋布孔，射孔密度每平方米小于15发时，可认为套管强度减少10%。

3.4 加强套管下井前的检测和保护

由于缺乏严格的保护措施.套管常常由于在装、运、卸过程中的颠簸或碰撞，或到井场后由于保管不善、或作业时方法不当而造成管体本身损伤或螺纹损坏，出现严重缺陷，降低套管抗挤压强度，造成井下套管过早损坏，因此在套管运输、装卸、保存和作业过程必须采取严格的保护措施，防止套管出现损伤。

3.5 采用厚壁套管

所谓厚壁套管就是将一般套管的壁厚加大，以增大其抗挤压强度的套管，一个空管对点载荷的承受能力与钢的强度成正比，与壁厚平方成正比。显然，为提高承受点载荷能力，增加壁厚比增加强度更为有效

结束语

套管损坏主要是由于地质、工程和腐蚀等因素导致套管所受外挤压力超过其杭挤压强度而引起的，因此总的来说要预防套管损坏，我认为主要应考虑如何防止外挤力超过套管屈服强度，包括防止注人水进入非油层，以达到防止泥页岩蠕变、层间滑动、断层复活、盐岩浸蚀坍塌等方法;同是应提高套管强度来增加抗外挤力，主要包括提高套管抗挤等级、套管的壁厚，用双层套管和防止射孔严重伤害套管等方法。

[1]王仲茂.油田油水井套管损坏的机理及防治[M].北京：石油工业出版社.1994.

[2]练章华.地应力与套管损坏机理.北京：石油工业出版社.009.

[3]刘合.油田套管损坏防治技术北京：石油工业出版社.2003.