套管性能影响因素分析与套损井防治探讨

李智勇

（大庆油田装备制造集团油田专用产品制造分公司，黑龙江大庆 163000）

0 引言

油井套管由于使用频率高、使用强度大，很容易产生老化、损坏、腐蚀等问题。根据不完全信息统计，重点油田套水井高达几万口，国内外都存在油井套损问题，而且许多破损原因是由于非正常生产造成的，多数是自然腐蚀状态下的破损状态。例如长庆安塞油田，在初期的油田开发过程中，并未重视套管腐蚀问题，没有及时采取相关保护措施，造成了大量套管损坏的情况，严重影响油田的正常生产。因此，对油井套损展开调查研究，分析整理套管损坏因素，能够有效提高油田的稳定生产，解决油田亟待解决的重要技术问题。

1 套损现状及原因分析

（1）井身因素。地球引力、套管受到腐蚀、射孔等都会影响套管的强度，影响程度可以分为3 个：①射孔弹爆炸后会产生一定的爆破力和残余应力；②孔眼周围会产生不同程度的裂纹；③孔眼的位置影响套管的应力分布。其中，可以通过运用枪身的射孔弹来降低前两种因素对套管应力的扩散程度。

（2）地层因素。油田地层的特殊性所导致，会受到各种自然现象如盐岩的蠕变、地震等影响，产生一定的流体进入地层，因此会对地层内油层套管造成一定损害。黏土在发生水化过程中，随着压力增大，岩层面发生巨大改变，这种质变会产生不同的吸力，改变蠕变速度，从而加剧套管的损坏。

（3）腐蚀因素。井下套管收到腐蚀的因素较为复杂化，主要分为电化、化学、细菌和氢脆4 种现象，其中最为严重的一种腐蚀状态属于电化学腐蚀。

2 影响因素研究分析

（1）射孔参数对套管强度影响研究。研究射孔对套管强度影响需要从多方面角度进行分析研究，单一的研究方式会使数据产生一定的误差。根据油田区块特征组建三维力学分析模型，设立合理的拟合图版，来进行套管剩余强度的分析和研究，并能够研究非径向射孔对套管强度的影响。实施射孔技术的同时损坏对象在套管的生产层，所以能够通过数值模拟出套管内外压力相关数据。

（2）黏土层吸水膨胀后对套管损坏的仿真模拟。蠕变是由于黏土在入水产生体积膨胀时，会对油田地层产生一定的应力，从而导致套管损坏。黏土经过水浸后，在压力作用下体积会增大，同时向周围层面变形蠕动，其膨胀力与地球引力共同作用使蠕变速度加快，导致套管外载压力增强。另外，黏土经过注水体积发生膨胀，改变了地下的磁场，使地层发生变形移位，同时使套管受到挤压变形，由此组建了一种新型的计算模型。由于注水产生的黏土膨胀现象会对油层地层产生严重影响，只有通过选择合适的材料构建模型才能有效解决油管受腐蚀的问题。

（3）组合套管电化学腐蚀影响规律研究。在油田开采过程中，收到推广和普及的套管型号包括J55 等4 种材料，许多研究人士通过在实验室内对单一套管材料和多种套管材料重组实验进行高矿化度水环境的腐蚀实验，组合电化学腐蚀实验，获得了对套管腐蚀现象的影响数据，通过水离子融入腐蚀性溶液并对试件进行测试。

3 预防套损的主要措施

（1）确保固井质量，优化射孔方案。在实施固井方案时，需要选取质量优越的、抗压性能较强的水泥来完成，同时对于在封层中使用的添加剂类型以及各种流程参数和工艺进行严谨的操作，确保固井质量符合防护标准，并在封井完成后仔细检查有无漏气现象发生。补孔射孔时要重点关注射孔后产生的压力及对套管造成的影响程度，并对方案和实施措施进行有效调整，获得最优质的防护方案。

（2）优化井身结构。地层中会有各种含酸类的腐蚀介质，处于未知的特殊区域，所以在设计中应尽量在位置偏高的区域进行水泥返高。

（3）适当降低注水压力。在油田开采方案设计前期，可以通过采井网有效降低和防止裂缝方向的油井遭遇水流入侵导致的套管变形现象。为降低流体对于套损的腐蚀，可以将水压调整低于地层最小数值的应力值，并对高压水井进行定向清洁，采取措施缓解膨胀降低堵塞，有效降低对低层面的污染和侵入。另外，通过定期注水进行降压的有关测试，能够对水压力进行相应的调控。

（4）减小腐蚀发生的可能性。减少套管腐蚀还可以通过融入杀菌剂、防腐剂进行防腐处理，这是一种已经受到推广的防腐蚀方式，经济有效，能够有效缓解套管的腐蚀现象，常用的试剂有重铬酸盐等。还有一种保护方式是通过阴极保护技术减少对套管的腐蚀、破坏。

（5）完井水泥浆封固。安塞油田延安组地层岩性较为致密，孔隙间距小，渗水率低，没有水泥浆漏失现象，可以通过泥浆进行水层隔离。水泥比例较低，不仅会增加渗透率，同时抗压强度难以达到标准，不能有效隔离水中离子，所以要采用高比重水泥浆进行封层。

（6）远程监控套管阴极保护。对于已经投产的老井，电流阴极保护措施是最为有效的方式。在无人值守时通过远程控制阴极保护仪，运用特殊技术设计的电源开关监控系统进行联网，工作人员可以远程调控在线实时数据监测，方便远程管理的同时大大增强应急保护措施的管控力度。它具有保护能力强、施工简便且投资较小的特点，对于已建的旧井套管十分有效，能够延长使用寿命、降低更换次数。

4 结束语

油田的稳定发展会受到油管腐蚀现象的影响，油田注水井中的套管会受到溶解气体细菌、溶解盐等腐蚀，流体的冲刷磨蚀及油管连接处的缝隙腐蚀都与油套管的腐蚀形态有一定关联，同时和温度、流速等因素有关。根据不同油田油层的开采情况与井下受力状态，采取合理的方式降低对水井套管的腐蚀和损坏。石油套管是维持油井正常运行的生命线，根据油田的具体状况以及生产需求选择高质量、高强度的套管十分重要，能有效增强固井效果、防止套管损坏，减少套管腐蚀，使油田实现持续、稳定的发展。