油田油水井套管损坏的预测分析李燕涛

尹磊

摘 要：随着我国经济发展水平的逐渐提高，社会生活水平的随着提高，人们生活与企业生产对于能源的需求量日渐增加，这就对能源行业的发展提出了更高的要求。石油是支撑我国社会生活与经济的发展的基本能源，有必要就其当前生产过程进行完善，严格把握各方面的细节，以此促进石油资源质量以及生产效率的进一步提高。

关键词：油田油水套管；损坏；预测

引言：石油是世界经济发展的主要动力来源，为了使其更好地服务于社会发展，有必要针对事业生产过程中的每一个细节进行严格把握，保证石油产品质量。

1.对油田油水套管的损害进行预测的必要性

油井是油田注水和采油的通道， 而油层套管的主要功能就在于井眼通畅性的保持。在油田进行正常生产的过程中，套管会受到不同方面的作用力，例如上覆地层的压力、静水柱压力以及具有腐蚀性介质的侵蚀作用，在这种情况下，管套会产生一定程度的损坏是必不可免的。为了进一步保证石油生产工作的效率以及石油资源的质量，那么就一定要对套管的损坏情况进行有效的预测。

2 套管损坏的预测方法

2.1解析法。在盐岩、砂岩、泥岩蠕变地层， 套管通常要承受非均匀挤压地应力， 而这以作用力的影响就是知识套管出现损坏的一大原因。以此，需要对在非均匀外力作用下的套管变形情况加以分析。基于套管受非均匀外载作用的弹性假设汇川，相关专家通过反复性的实验工作得出结论：套管在受到非均匀载荷作用的情况下，其挤压强度也随之降低，在这种情况下将套管的厚度逐渐增加即可。随即杜春常先生等以弯曲梁理论为验证基础， 推导出非均匀外挤压力作用下套管圆周受到的力和位移分布规律的解析解， 对前者的实验结果进行了再次验证。

窦益华等人以粘弹性相应理论为依据，通过遗传积分算法的应用得出蠕变层井下套管围压的计算方法。以上研究均明确提出套管的实际载荷情况具有很大的复杂性，因此想要通过这种解析过程准确的预测套管的受损情况具有很大的难度[1]。

2.2 数值分析法。分析套管变形情况的数值法具体可以分为以下几种：

有限元法。这种方法是当前应用较多的一种方法，它可以针对项目中部分工程的非均质和不连续性进行预测分析， 可以给出岩体的应力、变形大小和分布， 并近似地依据应力、应变规律去分析结构的变形破坏机制。在相关专家针对非均匀地应力作用下的地层流变对套管产生的外力作用时，邓金根研究出了一种岩压外载的非线性粘弹性有限元程序，在针对均匀地应力影响下的理论解和数值解进行全面验证之后，将某油田作为研究对象进行实例计算，最后得出结论：蠕变底层在受到非均匀地应力的影响下会对套管产生一个大于地应力的非均匀径向外挤力和一个非均匀切向外载力。后又有其他学者研究发现套管在经过一段时间后可以实现基本稳定状态，同时，套管在受到非均匀载荷例的影响下，其四周的应力一般都是以一种椭圆形的状态分布的，并且若是分均匀力增加，那么管套避还会产生一定的拉应力。如果是大型油田，那么套管面临的就并非只是平面应变问题， 而是受到弯曲、压缩、拉伸以及扭矩等不同作用力的综合影响下二产生的复杂性形变问题。练章华等人就套管在立体空间内所受到的多种作用力而构建起有限元仿甄力学模型及对应的套管变形的有限元仿真软件，针对套管受压缩、扭转、弯曲等组合载荷作用下的变形进行了仿真模拟。射孔对套管的损害具有很大的影响，因此对其影响强度的研究是一个重要方向。有专家通过有限元软件对各个规格的管套分别在外压下射孔孔径、密度、相位对套管射孔应力的影响进行了深入性的分析， 发现射孔密度孔径及相位增加，套管内应力也随着变大，这样一来套管的抗压能力就大大见小。如果射孔的密度、相位及孔径均不变，那么其产生的应变与最大应力均不可能超出允许范围。随后，刘建军及尹中民等有针对注水井泄压过程中的套损问题进行了深入性研究，最后通过将有限元与有限元差分进行结合，得出祸合数值计算方法，应用此方法可以准确的分析出不同渗透率、不同储层厚度、不同压差下套管受的挤压力情况。经反复试验研究后，发现一条规律，就是在相同底层条件的环境系，渗透率越小，压差越大， 套管承受的挤压力就越强。储层厚度越厚，套管承受的挤压力力就越弱。

边界元法。该方法以积分定理为基础，利用边界积分方程代替微分方程，在区域的边界上进行离散与单元的划分， 再把积分方程离散成代数方程组求解。这种方法的优势就在于可以使问题的维数降低，并且进一步促进了计算速度与精度的提升。但是此方法的缺点就在于边界元无法很好的适应变系数及非线性问题，因此其实际应用就收到了一定的限制。

拉格朗日元法。此法实际上就是应用动力松弛的方法分析非线性大变形问题的过程， 在这一分析过程中无需刚度矩阵及复杂性的联立方程组， 实用性高。有专家将软泥岩地层的井眼缩径变形看成一个整体的大变形问题， 以剪切破坏的莫尔一库仑强度准则为井壁变形破坏准则， 通过拉格朗日元法， 以南海油田乐东8井的相关实际情况为基础成功计算分析出对井眼收缩变形和围岩塑性区分布规律。杨春等人又通过相关有限差分计算软件的应用研究得出了在盐膏层的蠕变挤压应力作用下， 套管会产生较高的环向应力和竖向应力的结论[2]。

2.3实测法

很多专家与学者针对工程测井设备及相关检测技术进行了升级和完善，工程测井技术的应用基本上都是根据相关物理信号而对管内可能存在的问题进行间接性的评估。井径系列是油水井井身状况的一种常用方法，能够提供套管内径的变化信息。井壁超声成像的监测方法能够为我们提供直观而全面性的套管损坏信息。而噪声检测就是针对已经形成的管漏及窜槽问题进行检测。方位系列用于确定套管变形的方位角度。

结语：综上所述，造成油田有谁套管损坏的因素有很多，为了全面保证使用生产工作质量，相关人员还需在事件的过程中不断提高研究力度，进一步精确对套管损坏情况的预测与计算，从而保证我国石油行业的稳定发展。

参考文献：

[1]李进旺，吕秀梅，刘继生，蔡永恩，刘文剑，曾桂红. 大庆油田葡北X断块套管损坏预测方法及矿场试验[J]. 石油学报，2008，（04）：625-628.

[2]黄小兰，刘建军，杨春和，周辉. 油田油水井套管损坏预测方法综述[J]. 新疆石油学院學报，2004，（04）：50-54+7.