油水井套管的损坏机理和防治对策探微

田志刚

摘要：由于长时间的注水开发以及频繁的作业导致各油田套管的损坏十分严重，需要相关部门加强重视。基于此，本文首先针对油水井套管的损坏机理进行了详细的探究，其次分析了套管的修复工艺；最后重点说明了油水井套管损坏预防对策，以期为相关工作人员提供一定的资料参考。

关键词：油水井；套管；损坏机理；防治对策

引言

我国大部分的油田已经进入到了注水开发的阶段，由于现阶段生产作业频繁，生产周期不断增加，以及注水、底层下沉引起的应力变化，导致油水井套管损坏变形的情况越来越多。套管损坏不仅仅会影响油田的产量和开采效率，还会增加井下施工的风险、难度。因此，需要对套管损坏机理进行细致的分析，使用有针对性的方法进行防治。

1套管损坏机理研究

导致套管损坏的主要原因有三个，分别是地质因素、工程因素以及腐蚀因素。

1.1地质因素

1.1.1泥岩膨胀和蠕变，盐岩蠕变

岩石具有应力松弛以及蠕变的特性，不同的岩石种类具有不同的蠕变特性和蠕变程度，在自然的地质条件下，岩石也会发生概率蠕变。泥土中的黏土矿物，尤其是蒙脱石、伊利石、高岭石，这些岩石一旦遇水就会膨胀并且发生蠕动，而套管会组织这种蠕变和膨胀，套管因此受到剪切应力。随着时间的推移，套管外部负荷越来越大，当外部的负荷大于套管的抵抗强度时，套管就会被急变甚至错段。

1.1.2围岩压力

钻井完成后，在井眼的周围岩石中会出现临空面，过去的平衡状态会受到破坏，当应力集中的地方应力达到围岩的屈服极限后，就会产生塑形变形，而这种变形会受到套管以及套管外水泥壳的限制。与此同时，套管也受到围岩的反作用而产生套管变形的损坏。

1.1.3断层活动

在油田中，各地区地壳沉降速度不尽相同，在地层沉降速度高的地区，油层本身所处的构造位置会促使断层活动加剧，从而对套管造成严重损害。特别是地层被注入水浸蚀后，断层活动对套管的破坏作用更加严重。

1.2工程因素

1.2.1注入水侵入泥页岩

在注入水压力较高的情况下，注入水可能会从泥页岩的原生微裂缝和纹理浸入，还可能会沿泥砂岩界面处浸入，形成一定范围的浸水域，导致岩体膨胀、变形、滑移，最终导致套管损坏。

1.2.2固井质量

固井质量存在的问题首先是套管外水泥返高不够，我国各油田多数井固井时水泥浆返不到地面，卸下顶联接后，套管下沉而变形；其次是封固段质量差，引起注入水窜入泥岩层，使得泥岩膨胀，挤压套管导致套损。

1.2.3完井质量

完井的方式对套管也有很大的影响，尤其是射孔完井法。如果选择的射孔工艺不当，会导致管外的水泥环破裂，甚至导致套管破裂；射孔时如果深度过大或者出现误射，会导致套管损坏；射孔的密度选择不当，也会影响套管的强度，进而损坏套管。

1.3腐蚀因素

套管腐蚀是指原油天然气中含有的S、CO2、H2S及地层水中和注入水中含有的各种腐蚀性物质与套管中铁或亚铁离子发生反应而腐蚀管体。套管腐蚀的条件包括一定的温度、压力、亚铁离子的浓度及地层水中存在的还原菌等，大多与硫酸还原菌的作用有关。大多数套管腐蚀的套管处在高矿化度溶液和低的pH值下。腐蚀对套损的影响对套管而言，其损坏形式主要有以下两种：第一，腐蚀造成上部套管破损。从力学原则上来说，由于外力造成的套管破损不会表现为套管破漏，而腐蚀的结果是使套管破漏；第二，腐蚀削弱套管壁厚，逐渐降低套管的强度，最终造成套损。在腐蚀的作用下，套管壁整体或局部逐渐变薄，套管强度随之降低，在外力作用下更容易发生损坏。

2修复工艺技术应用

2.1套损井找漏验套工艺

目前，主要应用以下几种方法查套找漏：声波成相测井找漏、井温测井法找漏以及封隔器找漏，与此同时，针对套管变形通常情况下借助于铅模打印来检验。

2.2套损修复工艺

套损包括套管变形和套管破损漏失两种，在前期的修复措施主要有以下几种：水泥浆封堵工艺，其又包括特殊管柱封堵工艺、封堵工艺、大剂量水泥灰浆封堵工艺、化学药剂封堵工艺、超细水泥灰浆工艺以及普通水泥灰漿封堵工艺等；套管整形技术，通常情况下借助于变径整形器以及下入梨形铣锥进行相应的机械修复就可以轻松应对套管的轻微变形，如果油水井套管损坏的特别严重，且处于斜井段时，必须使用爆炸整形工艺技术。

3套损井防治建议

3.1选择质好质优的套管

油田在选择各类型号的套管时首先应根据油田所处的地理位置、地层以下的岩石、水层分布选择合适的管材以及合理的压裂设计方案；其次根据油田开采过程中井身结构、管材结构、水泥返高、地层异变压力等进行综合分析，对整个工程结构进行全面调整，预防由这些因素导致套管断裂、变形。对特殊地层结构要重点考虑，选择高强度套管、如：P110钢级套管。

3.2适当降低注水压力

套管在外部受到底层应力、内部受到注水压力的共同影响，为了保护套管，注水压力不得高于底层给予管材的压力。为了防止底层受到污染，需要定期清洗高压注水开发井，防止堵塞。

3.3确保固井质量，优化射孔方案

设计套管管柱时，充分考虑采油、注水、地应力变化等动态因素，结合地层特性、开采方案和出砂规律进行套管受力分析，按照套管实际变形规律与可能的破坏方式进行结构设计；在固井时，选用高强度优质水泥固井，优选添加剂类型，改善水泥凝固质量，设计合理的注水泥参数，采用可靠的注水泥设备及工艺，同时对固井质量进行严格检查，保证高质量固井；在射孔时，射孔孔眼的微裂纹疲劳扩展及疲劳腐蚀都会造成套管早期破裂，因此，在套管设计时充分考虑射孔影响，进一步优化射孔参数、如枪、弹类型、孔眼密度、分布等。

3.4加强深部取套技术，套管补贴技术的应用

对于井下出现套管局部腐蚀、穿孔、兹扣漏失等事故可以采用波纹管补贴技术。重点在于将低碳钢波纹管放置到套管穿孔、漏失部位，通过使用粘合剂把孔洞封堵，在局部区域形成一段密封层，再进行补贴。深部取套技术能够有效解决错段和破裂等事故，同时对套管进行系统、全面修复。

3.5建立套损井治理经济评价分析系统

根据油田开采年限、套管使用年限、修复次数、经济开采时间以及油田剩余储量进行全面评估，建立完善的制度和修井方案，对套管以及相应的部件进行维修，从而使油田能够科学的向前发展，实现经济最大化。

结语

综上所述，通过对油水井套管损坏机理以及预防措施进行深入研究，明确了油水井套管损坏预防工作的重点，从而有针对性地建立健全套管修缮机制，加强相关业务人员的综合素质，提高技术水平，定期对套管及其相应设备进行科学、全面且系统的检查，执行切实有效的实施防治措施，从而保证油田走向可持续发展道路，促进我国经济平稳、健康地向前发展。

参考文献：

[1]杜兴龙.油水井套管损坏机理与防治[J].石化技术，2016，11：298.

[2]吴栋，何樱，张海龙.油水井套管损坏机理与防治措施研究[J].科技创新与应用，2012，26：138.endprint