套管的损坏原因分析及预防探讨

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[摘 要]油田开发过程中，套管损坏现象非常普遍，一般的油水井投产5年左右，大约20%的油井会出现套管损坏。由于套管的损坏给油田的生产造成很多不便，影响开发效果，增加生产成本，本文主要探讨套管损坏的原因及应对措施。

[关键词]套管 损坏 预防

中图分类号：TM725 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0038-01

套管损坏的形式有缩径、错断、弯曲变形和腐蚀破漏等。造成套管损坏的因素十分复杂，既包括构造应力、层间滑动、地层蠕变和塑性流变等地质因素，也包括固井、射孔、注水、作业和采油工艺等工程因素。本文从套管的损坏原因分析入手，总结预防套管损失的有效措施，从而推动油田稳定开发，提高采油企业的经济效益。

一、套管损坏的特征分析

当地层被钻开后，在井眼周围会出现应力集中的现象， 井壁周围应力受到原地应力、 地层孔隙压力、井内液柱压力、岩石特性和井眼几何形状等各种因素的影响。井壁表面受到径向、切向和垂向应力共同作用。在固井之后，套管、水泥环和地层就组合成一个弹性体或塑性体。对于新井来说，套管上无作用力，由于岩石的非弹性，在远场应力的长期作用下，套管壁上的作用力将从无到有，最后达到远场应力作用下的应力集中。地层经过射孔之后，套管的抗挤压强度和破裂压力都会受到影响，远场应力也会进一步向井眼集中，当套管所受的外载超过套管本身的抗外载强度时，套管就会发生损坏。

二、造成套管损坏的原因分析

造成套管损坏的原因复杂多变，通过对井况损坏机理的针对性研究，总结出套管损坏的主要影响因素包括地层岩性因素、注水压力、注水喷射流量、井身因素、地层温度、射孔等作业特性和其它因素等，常见的套管损坏是由多种因素共同作用造成的。

1、地层岩性因素

地层的蠕变和滑移对套管产生异常高的非对称性载荷，使套管承受非均匀挤压，导致套管变形损坏。只有在地层倾角大于地层滑移临界倾角时才能促使地层移动。当孔隙压力随注水压力升高达到一定程度后，岩石临界倾角明显变小，岩层间的胶结力减弱，倾斜地层将沿倾角下滑。在断层附近的破碎带，一般为脆性地层或泥质胶结的地层，胶结差，遇水易膨胀、 发生变形，也是容易发生套管损坏的区域。

2、注水因素

注水压力对套管损坏影响较大，尤其是当注入水进入泥岩段时，泥岩吸水软化，体积膨胀，产生体积力由岩石物理性质可知，随着注水压力的增加，油层孔隙压力增大，岩石抗剪切强度减小。当孔隙中的流体压力等于岩石承受的垂向应力时，岩石的抗剪切强度将变得很小，在外力作用下极易产生剪切破裂，导致套管被挤压而发生变形。

放喷流量越大，套管所受的挤压力越大，越容易变形；当放喷流量相同时，地层渗透率越大，套管所受的挤压力越小。

3、井身因素

井身因素主要包括套管设计强度不够、套管缺陷、井眼“狗腿度”超标，钻井过程中套管磨损、套管丝扣密封不严、水泥返高不够、固井质量差等。

4、地层温度的影响

地层温度对套管抗拉强度和屈服强度的影响是呈反比的，随着温度的升高，套管抗拉强度和屈服强度均逐渐降低。在超高压油层中开采油气，会导致油层和相邻泥岩中的流体压力大幅度降低，原来由孔隙流体承受的上覆岩层负荷将转加到岩石骨架上，使岩石颗粒间的压力明显增加，引起地层严重变形，导致油井套管发生严重变形而损坏。

5、作业因素

射孔、压裂、酸化等井下作业施工不当均会直接或间接对套管造成不同程度损坏，一般射孔段上方的套管损坏现象比射孔段更严重，这是因为该段为胶结疏松的泥岩地层，遇水后严重膨胀发生垮塌所致。水力压裂对套管的影响表现在其缝高过大所产生负作用。施工参数不当，缝高过大，人工裂缝延伸入储层附近的泥岩层，极易造成泥岩吸水膨胀，加大水平应力差值，间接造成套管损坏。

三、预防套管损坏的相关措施

1、地应力测试

在开发初期应用地应力理论设计油层段套管。即通过储层地应力和岩石力学参数的测试研究， 最终求取井筒最大周向应力和应力剖面，按套管抗外挤强度大于井筒最大周向应力的原则选择油层段套管，从而为套管柱结构优化设计提供了科学依据，为预防套管变形奠定技术基础。

2、合理提高套管的设计强度

合理选用套管材质。套管柱设计时，在容易引起套损的井段，如射孔段、泥岩层段、断层附近等处上、下50 m 以内，选用高强度的厚壁套管。开发初期根据地应力测试数据选择油层段套管钢级、 壁厚、射孔后套管抗外挤强度，保证油层套管具有足够的抗外挤强度，提高其抗挤毁能力。

针对引发套损的力基本是一次性的特点，在非油层易发生套变的井段采用双层组合套管，以提高固井质量和套管强度，并留有释放应力的空间，实践表明可达到防止套管损坏的目的。

3、防止注入水窜入泥岩隔层

提高固井质量，保证层间互不相窜为寻求提高固井质量的途径，套管是否居中是影响顶替效率及造成固井质量不良的主要因素。固井时在油层顶部配置套管外封隔器、油层段以上配置扶正器应用复合外加剂调整水泥浆性能，控制水泥浆上返速度和上返高度等。

注入压力应以满足注水量和防止套管变形为合理注入压力，如果两者发生矛盾，应以后者为主来确定。对于注入压力接近油层破裂压力的注水井，及时采取降压增注措施。确保了该地区开发初期无套管变形井发生

在压裂改造油层时采取施工排量控制、采用漂浮支撑剂（空心玻璃珠）控制裂缝高度上窜等相应措施，防止裂缝窜入泥岩隔层，能够起到防止泥岩吸水膨胀的同时，也是减小套管损坏发生几率的有效技术。

4、注水井早期注防膨剂

受地质因素和工程措施影响，裂缝型注水开发油田注入水将不同程度地侵入泥岩， 只是时间或早或迟。防止注水井套管变形，不注或者晚注防膨剂均起不到作用，必须早期注入。

5、合理设计注采井网

选择合理注采井网、延迟油井水淹是防止套管损坏的一种方法，有两种注采井网有利于防止套管损坏：行列注采井网，油水井排方向与油层主裂缝方向平行，利用注入水沿裂缝突进特点，使相邻水井之间很快拉成水线，均衡地渗透到油井排去，这可防止因裂缝水过早串到软弱层；菱形注采井网，在采用面积注水方式时，油水井排的方向与油层主裂缝错开一个角度，这可延迟处于裂缝方向上油井过早水淹。

为减少和延缓油田套损现象的进一步发生，应加强综合预防技术的应用。在钻完井方面采取选用优质下井套管、根据地应力测试数据优化套管设计、合理增加套管的抗挤强度、提高固井质量等措施；在开发生产方面采用根据地层裂缝方向合理设计注采井网、严格控制注水压力在地层破裂压力以下、注水井早期注防膨剂、优化压裂设计方案等措施来预防和减缓套管损坏。

参考文献

[1]吴伟 李小龙 王冰 郭家东 刘敏宁 实体膨胀管套管补贴技术在多井段套损井中的应用[J] 断块油气田 2007.6

[2]牟家春 李希东 于攀 韩晓慧 浅谈小套管固井技术在张天渠套损治理中的应用[J] 内蒙古石油化工 2014.15