油田套管損壞預防措施探索

王鑫

（遼河石油勘探局總機械廠隔熱管分廠，遼寧 盤錦 124209）

導致油田套管狀況變差的原因是多方面的，但主要有套管設計不夠合理、完井方法不適當、固井質量不好等，套損的主要類型有含鹽、軟泥巖巖層油田套管的損壞、出砂井套管的損壞、稠油油田熱采等套管的損壞、注水油田注水并套管的損壞、硫化氫氣體套管和起落井套管的損壞。這些內在因素一經外部因素(比如:注人的高壓水竄人泥頁巖層)引發，使局部地區應力產生巨大變化，區塊間產生較大壓差，進一步轉移到套管上，使之受到嚴重損壞。

1 套管損壞概念簡述

油、水井套管管材的機械性能不同，幾何參數不同，在井下的腐蝕程度不同，它的承載能力也不同。在油田生產過程中，由于工程、地質、生產動態變化等因素對套管產生的載荷超過套管承載能力時，套管則產生變形、破裂、錯斷等破壞，即謂套管損壞。

2 套管損壞的原因

2.1 地質因素

地層（油層）的非均質性、油層傾角、巖石性質、地層斷層活動、地下地震活動、地殼運動、地層腐蝕等情況是導致油水井套管技術狀況變差的客觀條件，這些內在因素一經引發，產生的應力變化是巨大的、不可抗拒的，將使油水井套管受到損害，甚至導致成片套管損壞，嚴重干擾開發方案的實施，影響油田的穩產。

2.1.1 地層的非均質性

沉積的砂巖、泥質粉砂巖油田，由于沉積環境不同，油藏滲透性在層與層、層內平面之間都有較大的差別。在注水開發過程中，油層的非均質性將直接導致注水開發的不均衡性，這是引發地層孔隙壓力場不均勻分布的基本地質因素。

2.1.2 地層(油層)傾角

沉積的油田，儲油構造多為背斜和向斜構造。由于這些構造是受地層側壓應力擠壓而形成的，一般在相同條件下，受巖體重力水平分力的影響，地層傾角較大的構造軸部和陡翼部傾角較小的部位更容易出現套損。

2.1.3 巖石性質

在沉積構造的油氣藏中，儲存油氣的多為砂巖、泥砂巖、泥質粉砂巖。注水開發時，當油層中的泥巖及油層以上的頁巖被注人水侵蝕后，不僅使其抗剪強度和摩擦系數大幅度降低，而且使套管受巖石膨脹力的擠壓。同時，當具有一定傾角的泥巖遇水呈塑性時，可將上覆巖層壓力轉移至套管，便套管受到損壞。

2.1.4 地震活動

地球是一個運動的天體，地下地質活動從未間斷。根據微地震監測資料，每天地表、地殼的微震達萬次，較嚴重的地震可以產生新的構造斷裂和裂縫.也可使原生構造斷裂和裂縫活化。地震后，大量注入水通過斷裂帶或因固井膠結第二界面問題進人油頂泥頁巖，泥頁巖吸水后膨脹，又產生粘塑性，巖體產生緩慢的水平運動，使套管被剪切錯斷或嚴重彎曲變形。

2.1.5 地殼運動

地球在不停地運動，地殼也在不停地緩慢運動中，其運動方向一般有兩個:一是水平運動（板塊運動）；二是升降運動。地殼緩慢的升降運動產生的應力可以導致套管被拉伸損壞，而損壞的程度和時間則取決于現代地殼運動升降速度和空間上分布的差異。

2.2 工程因素

2.2.1 套管材質問題

套管本身存在著微孔、微縫、螺紋不符合要求，抗剪、抗拉強度低等質最問題。完并后，由于采油生產壓差或注水壓差的長期影響，導致管外氣體、流體從不密封處滲流進人井內或進人套管與巖壁的環空，分離后聚集在環空上部，形成腐蝕性很強的硫化氫氣塞，逐漸腐蝕套管。

2.2.2 固井質量問題

固井是鉆井完井前十分重要的工序，它直接關系到井的壽命和以后的注采關系。固井施工由于受各方面因素影響較多，固井質量難以實現最優狀況。如果井眼不規則、井斜、固井水泥不達標、頂替水泥漿的頂替液不符合要求、水泥漿的密度低或高、注水泥后套管拉伸載荷過小或過大等，都將影響固井質量。

2.2.3 完井質量

完井方式對套管影響是很大的，特別是射孔完井法。射孔工藝如果選擇不當，一是會出現管外水泥環破裂，甚至出現套管破裂;二是射孔時，深度誤差過大，或者誤射.誤將薄層中的隔層泥巖、頁巖射穿，將會便泥頁巖受注人水侵蝕膨脹，導致地應力變化，最終使套管損壞。此外射孔密度選擇不當，也會影響套管強度。

2.2.4 井位部署的問題

斷層附近部署注水井，容易引起斷層滑移而導致套管嚴重損壞。注水井成排部署，容易加劇地層孔隙壓差的作用，增大水平方向的應力集中程度，最終導致成片套損井的出現。

2.2.5 開發單元內外地層壓力大幅度下降問題

注水開發的油田，因為開采方式的轉變;加密、調整井網的增多;對低滲透、特低滲透提高壓力注水以及控制注水、停注、放滋流降壓等措施，都會使地層孔隙壓力大起大落，巖體出現大幅度升降。

3 防止套管損壞的措施

3.1 采用高強度套管

應用高強度的套管顯然可以提高套管抵抗拐毀能力，因此可減少套管損壞。使用高強度套管優點不僅可以仗套管抗擠能力得到提高，而且施工作業與普通套管最為接近，醫此，在設計抵抗較大外擠力時首先是被選用對象。但是，由于強度鋼材韌性低，承受沖擊能力差，抗腐蝕能力低，易于受氫脆破壞;高強度套管不適于現場焊接，加工比較困難:在維修和側鉆時要磨穿這種套管也很費勁，因此，高強度套管的應用范圍受到了一定限制。

3.2 對下井套管要進行嚴格質量檢驗

管體丈量長度，目測外觀;管體尺寸精度檢驗，如通內徑、量外徑、測壁厚和稱單重、壁厚不均系數、內外不圓度、模擬射孔檢查、力學性能檢驗、化學成份檢驗口。

3.3 改進套管柱設計方法

傳統保守設計套管抗擠強度是采用覆層的壓力來確定套管抗最大外擠力。事實證明，用這個方法確定最大外擠力是不合適的。應采用泥頁鹽巖蠕變形成不均勻"等效外擠應力"作為套管抗最大抗擠強度。因此，油田開發前要準確測定地應力值，以該值進行設計，選擇適合的套管等級和壁厚口值得注意的是，在射孔部位設計套管承受最大抗擠力時應考慮射孔影響，對于螺旋布孔，射孔密度每平方米小于15發時，可認為套管強度減少10%。

3.4 加強套管下井前的檢測和保護

由于缺乏嚴格的保護措施.套管常常由于在裝、運、卸過程中的顛簸或碰撞，或到井場后由于保管不善、或作業時方法不當而造成管體本身損傷或螺紋損壞，出現嚴重缺陷，降低套管抗擠壓強度，造成井下套管過早損壞，因此在套管運輸、裝卸、保存和作業過程必須采取嚴格的保護措施，防止套管出現損傷。

3.5 采用厚壁套管

所謂厚壁套管就是將一般套管的壁厚加大，以增大其抗擠壓強度的套管，一個空管對點載荷的承受能力與鋼的強度成正比，與壁厚平方成正比。顯然，為提高承受點載荷能力，增加壁厚比增加強度更為有效

結束語

套管損壞主要是由于地質、工程和腐蝕等因素導致套管所受外擠壓力超過其杭擠壓強度而引起的，因此總的來說要預防套管損壞，我認為主要應考慮如何防止外擠力超過套管屈服強度，包括防止注人水進入非油層，以達到防止泥頁巖蠕變、層間滑動、斷層復活、鹽巖浸蝕坍塌等方法;同是應提高套管強度來增加抗外擠力，主要包括提高套管抗擠等級、套管的壁厚，用雙層套管和防止射孔嚴重傷害套管等方法。

[1]王仲茂.油田油水井套管損壞的機理及防治[M].北京：石油工業出版社.1994.

[2]練章華.地應力與套管損壞機理.北京：石油工業出版社.009.

[3]劉合.油田套管損壞防治技術北京：石油工業出版社.2003.