套管性能影響因素分析與套損井防治探討

李智勇

（大慶油田裝備制造集團油田專用產品制造分公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

油井套管由于使用頻率高、使用強度大，很容易產生老化、損壞、腐蝕等問題。根據不完全信息統計，重點油田套水井高達幾萬口，國內外都存在油井套損問題，而且許多破損原因是由于非正常生產造成的，多數是自然腐蝕狀態下的破損狀態。例如長慶安塞油田，在初期的油田開發過程中，并未重視套管腐蝕問題，沒有及時采取相關保護措施，造成了大量套管損壞的情況，嚴重影響油田的正常生產。因此，對油井套損展開調查研究，分析整理套管損壞因素，能夠有效提高油田的穩定生產，解決油田亟待解決的重要技術問題。

1 套損現狀及原因分析

（1）井身因素。地球引力、套管受到腐蝕、射孔等都會影響套管的強度，影響程度可以分為3 個：①射孔彈爆炸后會產生一定的爆破力和殘余應力；②孔眼周圍會產生不同程度的裂紋；③孔眼的位置影響套管的應力分布。其中，可以通過運用槍身的射孔彈來降低前兩種因素對套管應力的擴散程度。

（2）地層因素。油田地層的特殊性所導致，會受到各種自然現象如鹽巖的蠕變、地震等影響，產生一定的流體進入地層，因此會對地層內油層套管造成一定損害。黏土在發生水化過程中，隨著壓力增大，巖層面發生巨大改變，這種質變會產生不同的吸力，改變蠕變速度，從而加劇套管的損壞。

（3）腐蝕因素。井下套管收到腐蝕的因素較為復雜化，主要分為電化、化學、細菌和氫脆4 種現象，其中最為嚴重的一種腐蝕狀態屬于電化學腐蝕。

2 影響因素研究分析

（1）射孔參數對套管強度影響研究。研究射孔對套管強度影響需要從多方面角度進行分析研究，單一的研究方式會使數據產生一定的誤差。根據油田區塊特征組建三維力學分析模型，設立合理的擬合圖版，來進行套管剩余強度的分析和研究，并能夠研究非徑向射孔對套管強度的影響。實施射孔技術的同時損壞對象在套管的生產層，所以能夠通過數值模擬出套管內外壓力相關數據。

（2）黏土層吸水膨脹后對套管損壞的仿真模擬。蠕變是由于黏土在入水產生體積膨脹時，會對油田地層產生一定的應力，從而導致套管損壞。黏土經過水浸后，在壓力作用下體積會增大，同時向周圍層面變形蠕動，其膨脹力與地球引力共同作用使蠕變速度加快，導致套管外載壓力增強。另外，黏土經過注水體積發生膨脹，改變了地下的磁場，使地層發生變形移位，同時使套管受到擠壓變形，由此組建了一種新型的計算模型。由于注水產生的黏土膨脹現象會對油層地層產生嚴重影響，只有通過選擇合適的材料構建模型才能有效解決油管受腐蝕的問題。

（3）組合套管電化學腐蝕影響規律研究。在油田開采過程中，收到推廣和普及的套管型號包括J55 等4 種材料，許多研究人士通過在實驗室內對單一套管材料和多種套管材料重組實驗進行高礦化度水環境的腐蝕實驗，組合電化學腐蝕實驗，獲得了對套管腐蝕現象的影響數據，通過水離子融入腐蝕性溶液并對試件進行測試。

3 預防套損的主要措施

（1）確保固井質量，優化射孔方案。在實施固井方案時，需要選取質量優越的、抗壓性能較強的水泥來完成，同時對于在封層中使用的添加劑類型以及各種流程參數和工藝進行嚴謹的操作，確保固井質量符合防護標準，并在封井完成后仔細檢查有無漏氣現象發生。補孔射孔時要重點關注射孔后產生的壓力及對套管造成的影響程度，并對方案和實施措施進行有效調整，獲得最優質的防護方案。

（2）優化井身結構。地層中會有各種含酸類的腐蝕介質，處于未知的特殊區域，所以在設計中應盡量在位置偏高的區域進行水泥返高。

（3）適當降低注水壓力。在油田開采方案設計前期，可以通過采井網有效降低和防止裂縫方向的油井遭遇水流入侵導致的套管變形現象。為降低流體對于套損的腐蝕，可以將水壓調整低于地層最小數值的應力值，并對高壓水井進行定向清潔，采取措施緩解膨脹降低堵塞，有效降低對低層面的污染和侵入。另外，通過定期注水進行降壓的有關測試，能夠對水壓力進行相應的調控。

（4）減小腐蝕發生的可能性。減少套管腐蝕還可以通過融入殺菌劑、防腐劑進行防腐處理，這是一種已經受到推廣的防腐蝕方式，經濟有效，能夠有效緩解套管的腐蝕現象，常用的試劑有重鉻酸鹽等。還有一種保護方式是通過陰極保護技術減少對套管的腐蝕、破壞。

（5）完井水泥漿封固。安塞油田延安組地層巖性較為致密，孔隙間距小，滲水率低，沒有水泥漿漏失現象，可以通過泥漿進行水層隔離。水泥比例較低，不僅會增加滲透率，同時抗壓強度難以達到標準，不能有效隔離水中離子，所以要采用高比重水泥漿進行封層。

（6）遠程監控套管陰極保護。對于已經投產的老井，電流陰極保護措施是最為有效的方式。在無人值守時通過遠程控制陰極保護儀，運用特殊技術設計的電源開關監控系統進行聯網，工作人員可以遠程調控在線實時數據監測，方便遠程管理的同時大大增強應急保護措施的管控力度。它具有保護能力強、施工簡便且投資較小的特點，對于已建的舊井套管十分有效，能夠延長使用壽命、降低更換次數。

4 結束語

油田的穩定發展會受到油管腐蝕現象的影響，油田注水井中的套管會受到溶解氣體細菌、溶解鹽等腐蝕，流體的沖刷磨蝕及油管連接處的縫隙腐蝕都與油套管的腐蝕形態有一定關聯，同時和溫度、流速等因素有關。根據不同油田油層的開采情況與井下受力狀態，采取合理的方式降低對水井套管的腐蝕和損壞。石油套管是維持油井正常運行的生命線，根據油田的具體狀況以及生產需求選擇高質量、高強度的套管十分重要，能有效增強固井效果、防止套管損壞，減少套管腐蝕，使油田實現持續、穩定的發展。