套损原因分析方法--国内外主要套损成因机理研究理论(上)
套管损坏讲座
甚至同一根套管不同成分
电解质：高矿化度水
电化学腐蚀主要因素
• 主要是溶解氧、CO2、H2S • 溶解氧：是最突出的套管腐蚀因素，
Fe的腐蚀大部分是由氧和水共同作 用的结果。Fe的腐蚀速度随溶解氧 含量的上升而成直线上升，而且对 铁细菌、 CO2和其它腐蚀因素的腐 蚀有加速作用。
电化学腐蚀造成套管损坏
密封挂片水中的细菌腐蚀分析结果
序号 1 2 3 4 5 6 7
试验天数 0 7 15 21 29 36 42
铁细菌(个/ml) 8.3×10 1.81×04 9.2×105 9.5×106 4.4×106 1.8×107 8.4×106
硫酸还原菌(个/ml) 1.2 5.8 7.5 3.3 2.3 2.4 7.0
890
888
1961 年
1
东北翼
1961 年
849～ 858
841
－
1963 年
2
2793
顶部
1964 年
1160～ 1177
1110
1112
1965 年
1
2042
近顶部
1956 年
930～ 935
1000
1050
1959 年
3
2816
西南翼
1961 年
1154～ 1178
1102
1103
1963 年
• 断层复活原因：地层升降、地震、高
压注水
高压注水：一方面使地层孔隙压力提 高，改变了原始地应力场，引起地应力 不平衡；另一方面注入水进入断层接触 面，造成接触面泥化，致使层面胶结力 和内摩擦力趋于零，大大降低抗剪切力， 在上下盘压差或重力作用下，断层滑动， 剪挤套管。
套损井的形成原因及防范措施
套损井的形成原因及防范措施摘要：随着开发时间的延长，套损井所占比例越来越高，成为制约油田稳产和高效开发的不利因素。
因此我们在对套管损坏机理原因分析以及研究的基础上，结合井筒现状、剩余地质储量和井网完善程度，合理优化和配套套损井治理和维护技术，树立了治理和维护相结合的操作办法，采取调整维护方式、合理设计泵挂深度、合适井下工具选择等方式多元化的维护治理套损井，使得套损井的免修期有了不同程度的提高。
关键词：套损井；维护方式调整；泵挂深度；免修期1.前言油水井投产后随着井的生产时间的不断延长，开发方案的不断调整和实施，特别是实施注水开发的油藏，由于不同的地质、工程和管理条件，油、气、水井套管技术状况将逐渐变差，甚至损坏，使油井不能正常生产，以致影响油田稳产。
截止2018年12月份，我厂累计发现套管损坏井1237口，占投产总井数的19.7%，其中油井套损627口，占油井总数的14.4%；水井套损610口，占水井总数的31.7%。
通过对近些年油田开发资料统计、分析、研究表明：导致油水井套管损坏的因素概括为地质因素和工程因素两类，其中地质因素有以下七种：泥岩吸水蠕变和膨胀、油层出砂、岩层滑动、断层活动、盐岩坍塌和塑性流动、地震活动、油层压实；工程因素有五种：套管材质问题、固井质量问题、射孔对套管损坏的影响、井位部署的问题、高压注水。
其中地质因素是导致油水井套管技术状况变差的客观条件，这些内在因素一经外部因素（比如：注入的高压水窜入泥页岩层）引发，使局部地区应力产生巨大变化，区块间产生较大压差，转移到套管上，使之受到严重损坏，导致成片套管损坏区的出现及局部小区块套管损坏区的出现，严重干扰油田开发方案的实施，威胁油田生产，给作业、修井、修井施工增加极大的难度。
当今，越来越多的的强化采油措施应用于油田生产，如高压注水、压裂、大型酸化、注蒸气等工程技术措施。
这些强化采油措施一方面提高油田产量，取得了明显的经济效益，另一方面也使油水井套管的工作环境不断恶化，诱发各种地质因素对套管的破坏作用。
套损原因分析及措施-于建玮
套损原因分析及措施于建玮测试十大队摘要：随着油田开发的不断深入，套损已经成为影响油田开发的重要因素。
造成套管变形的原因是多种多样的，搞清造成套损的原因，对于预防套损有十分重要的意义。
前言朝阳沟油田经过多年的开采，油水井普遍存在套管损坏的情况。
在以往工程井测试工作中，发现有些井已经是严重的变形与破损，严重影响油田的正常生产。
本文重点分析套管损坏的原因，并提出几点解决措施。
一、套损检查方法我们在平时测井过程可以通过电磁探伤测井，同位素全井找漏，井径仪测井等测井方法对井下管柱进行检测，检查是否存在套管损坏变形等情况。
图1 电磁探伤测井套管变形实例1、电磁探伤测井可在油水井正常生产情况下，在油管内测量套管的壁厚变化及损坏情况，节省了检查套管情况时起、下油管的作业费用，这一特点使得对油、水井井身结构损坏进行普查成为可能。
如图1中，左图存在厚壁与薄壁之间的转变，而右图中显示的是套管变形或者结垢。
2、同位素五参数组合测井可同时录取五条曲线，该方法同位素示踪曲线、油管内流量和井温资料以及压力异常点可以相互印证，查找有套管外漏情况。
3、多臂井径仪测井是套管检验测井过程中应用最为广泛的。
该仪器是一种接触式测量仪器，即通过仪器的测量臂与套管内壁接触，将套管内壁的变化转为井径测量臂的径向位移，通过井径仪内部的机械设计及传递，变为推杆的垂直位移；差动位移传感器将推杆的垂直位移变化转换成电信号。
如图2中992-995米之间存在套管漏损显示。
图2 多臂井径仪套管漏损成果图二、套损原因造成套管损坏的原因很多,也很复杂,归纳起来主要有地质因素、井身因素、生产因素、腐蚀等,但绝大多数套管损坏是多种因素共同作用的结果。
1、地质原因地壳运动（包括断层、沉降）及各种开采活动造成油藏体积发生变化,使得地应力发生变化,从而在地层中形变性质有明显差异的层面产生应力集中,使地层的构造分层,并产生剪切滑移,导致邻井套管遭受非均匀外挤力而发生挠屈变形,甚至错断。
套损机理与防治措施研究
套损机理与防治措施研究摘要：随着油田不断开发套损情况日趋严重，深化套损机理研究并有针对性的采取相应的预防和治理措施对油水井的生产有着重大的意义，同时也将产生巨大的经济效益。
关键词：套管损坏影响因素失效形式预防修复中图分类号：te 文献标识码：a 文章编号：1007-0745(2011)01-0173-011、套管失效的影响因素1.1纯地质因素：纯地质因素主要指大地应力场及其自然变化。
1.2钻井工程因素：钻井工程因素主要指钻井、固井和完井等施工对套管强度的影响因素。
1.3采油工程因素：采油工程因素是指由于开采、增产和增注等措施导致地层局部岩石的碎裂和大变形，进而诱发地应力变化和重新分布，甚至激活断层等导致套管损坏。
1.4使用环境因素：使用环境因素主要指套管内外壁工作时所接触到的介质方面。
2、套管失效的基本形式2.1套管的径向变形失效：套管的径向变形失效是指套管的径向变形超过了其规定值，使套管无法正常工作。
该类失效从表现的形式来看，有挤毁、椭圆变形、缩径、单面挤扁和扩径共五种主要形态。
2.2套管的错断失效：套管的错断失效是指套管柱被剪断成了两截或者上下两截套管错开相当大的距离。
2.3套管的弯曲失效：套管的弯曲失效是指套管柱轴线偏离l其理想轴线位置太远，导致套管无法正常工作。
2.4套管的破裂失效：套管破裂失效是指套管沿纵向或周向出现裂纹和开裂。
2.5套管的穿孔失效：套管的穿孔失效主要是指套管壁出现孔洞而不能正常工作。
2.6套管的密封失效：套管的密封失效是指套管的螺纹连接部位出现套外返油气水的现象。
3、套损井的分布规律研究3.1套损的平面分布规律：第一，套损井集中在主力油藏或主力油层开发区域：第二，套管损坏井在构造顶部区域及地层倾角较大的翼部区域发生较多：第三，套管损坏井主要集中在断层两侧或邻近部位的比例较高。
3.2套损在井深剖面上的分布规律：第一，套管损坏发生在油藏构造顶部附近的多：第二，套管损坏点位于软弱岩层交界处附近的较多；第三，套管损坏点大多在泥岩层、盐岩层和煤层等软弱岩层段；第四，套管损坏位置在射孔部位附近相对比例较高。
套管损坏机理及对策研究
钢管学会六届四次年会·论文集一交流与探讨
管；二是选择耐蚀套管，含ＨｚＳ腐蚀环境选材时，可选用抗硫热轧无缝钢管或高频直缝焊管；含Ｃ０２ 腐蚀环境宜选择Ｃｒ系列不锈钢；当井况同时含有Ｈ２Ｓ、Ｃ０２和Ｃｌ一等介质时，可选用ＦｅＮｉ基或Ｎｉ 基合金。除正确选材外，还应利用实物评价设备，模拟套管的上／卸扣、拉伸、压缩、弯曲、内压爆 破、外压挤毁、水或气体的密封能力等，从而保证套管实际使用的安全。模拟油田井下工况环境， 进行高温高压腐蚀试验，为套管寿命预测提供可靠数据。
关键词：套管损坏；蠕变；腐蚀：对策
套管损坏严重影响了油田的安全生产和经济效益，全国每年因套管损坏引起的油井破坏或报废 造成的经济损失就达几十亿元。目前，套管损坏具有情况严重、危害巨大、机理复杂、预防困难四 大特点［１－４］。多年以来，各油田、高等院校和科研机构在套损防治方面做了大量工作，也取得了～些 成绩。但是，～方面随勘探开发难度的加大，深井、超深井、水平井、大位移井等苛刻井数量日益 增多，油、套管的服役条件更加恶劣【５］；另一方面由于缺乏系统的措施，尤其缺少套管下井前和下 井过程中对套管的保护措施，套管防损工作没有取得明显效果，套管损坏呈进一步加剧趋势。因此， 只有把防治套损工作上升到系统工程的高度，通过技术措施和组织措施，加强套损机理及对策研究， 以防为主，防治结合，才能有效防治套管损坏，提高油气井的经济寿命。
油田套管损坏原因及防治措施研究
油田套管损坏原因及防治措施研究【摘要】随着我国工业化进程的不断加快，对于能源的需求量也逐年增加，而作为我国经济战略的重要一环，石油开采也已步入了成熟稳定的阶段。
随着油田勘探开发的进一步深入，地质层物理性质发生了一系列的变化，以及一些工程因素的影响，造成了大量的油田套井损坏，严重影响了油田的开采进程。
本文概述了目前国内油田套井损坏的主要原因，并就这些原因提出了相应的预防措施和治理办法，对套管的治理工作具有一定的指导意义。
【关键词】套管损坏油田防治措施随着改革开放的不断深入成熟，我国在经济、政治、文化、科技方面均取得了显著的成绩。
改革开放初期，国家提出“依靠科技进步，加快油田发展”的号召。
通过引进国外的先进技术，并依靠我们自身的不断创新，科技运用已经被广泛的应用于石油行业的各个环节，成绩逐年上升，取得了显著的成果。
但近年来，随着油田生产进入中后期，由于长时间的注水、注气开发，频繁的井下作业施工以及套管材质与腐蚀、地质储油层的不断变化等等诸多因素，使得各油田中套管损坏十分严重。
据资料统计，目前我国陆上各油田套管损坏数量在一万二千口以上。
油田套管的好坏直接关系着油田能否正常开采运营，是影响油田采出率的重要因素，其直接与国家的经济利益挂钩，是油田开采中需要重点维护的对象。
因此，新环境下，如何有效解决油田套管的损坏问题已成为当今油田开采的一大重点科研难题。
1 油田套管损坏的原因分析油田套管损坏形式可分为：套管弯曲、套管缩径、套管破裂与错断、套管穿孔、套管渗漏等。
其中，套管弯曲指在套管的某一段发生弯曲变形，使整条套管不成一条直线。
通常情况下，这主要是由于油田高压注水和地层应力造成的；套管缩径主要指套管中的某一横截面内径缩小，其主要原因是油田所注入的水进入到了泥岩层，地层应力发生变化，高压力挤压致使套管内径缩小；套管破裂和错断，其主要原因是地层高压力、综合高压力作用于套管所致；套管穿孔通常是由于周围土壤环境对套管的腐蚀作用造成的；套管渗漏通常是由于套管管材自身材质问题所持造成。
套管损坏原因分析及防治技术的研究
套管损坏原因分析及防治技术的研究摘要：随着钻井技术的发展，深井、超深井、复杂地层井、含腐蚀介质油气井的开采不断增加，随之而来的是套管的损坏率不断提高，影响了油气井的开采寿命，经分析研究认为套管的损坏原因主要由地质因素、工程技术因素、油气井开发方式等构成，针对不同的套损原因和机理，当前各国钻井界已采用了多种防治措施，通过综合利用这些技术，对延长套管寿命、进行套损修复、增加油气井的开采，均有很大的帮助。
关键词：套管损坏损坏原因机理防治技术一、套管损坏原因1.1变形和挤毁套管的变形和挤毁这两种损坏方式主要是由地质因素造成，油气井随着油气的开采，地层压力迅速释放，特别是油井出砂，使得储集层砂岩疏松，形成空洞，当上部覆盖地层和下部支撑地层的应力向储集层释放时，储集层就可能发生弹性变形和塑性变形，整个地层的应力变化，导致套管受挤压破坏，这种破坏形式在各大油田均有存在。
巨厚盐膏层的蠕变同样会产生套管的变形和挤毁破坏，这种现象在新疆塔河油田、江汉油田等地区普遍存在[2]。
在钻井和开采过程中，随着水分子对盐膏层的侵蚀，盐膏层的压力体系会产生变化，盐膏层发生蠕动变形，这在钻井过程中非常明显，其蠕变速度之快可导致下套管和固井作业的时间不够，在套管下入后，进行固井作业准备期间，盐膏层的蠕动就可能使套管变形。
并且，经验显示盐膏层厚度越大，蠕变速度越快。
1.2 错断套管的错断大多数由地层的断层滑移变形等造成，也可由盐膏层的蠕变造成，其对油气井的危害程度大于套管的变形和挤毁破坏，一旦形成错断，油气井就会报废，无法进行修复。
错断的产生往往在地层倾角较大的地区，由于对油气储层的开采，破环了原始地层的应力平衡，打破了原始地层结构力的相对静止状态，造成地层的蠕动，使地层的上下层面发生相对位移，对穿过地层的套管形成剪切，造成套管错断。
1.3 磨损套管的磨损大多由工程技术因素造成的，磨损方式可以分为纵向磨损和横向磨损。
纵向磨损主要由起下钻具、起下采油管具等施工引起，套管内管柱与套管之间的纵向相对运动造成这种磨损现象；横向磨损主要是由钻柱旋转，与套管之间形成相对转动引起，这些磨损方式在定向井、水平井等斜度较大的井或者是狗腿度严重的井，存在较为严重。
套管损坏机理及预防措施研究
套管损坏机理及预防措施研究【摘要】套损相关理论研究对油气田开采有重要作用，通过调研国内外相关文献，总结出了套损的机理，并在套损成因的基础上提出了多种预防措施，指明了套损井研究的不足与今后发展方向。
【关键词】套管损坏预防措施发展方向多年来国内外很多学者都开展了套管损坏的机理研究，而国内外油田开发实践表明，套损现象非常普遍。
由于油藏自身地质情况不同，不同井的钻井情况及后期开采工艺不同，导致套管损坏的形式及机理具有复杂性和多样性。
国内外套管损坏严重，如美国贝尔利吉油田1000多口套损井，大庆油田累计发现万余口套损井，套管损坏带来巨大经济损失，影响油气开发后续工程，套损问题已成为国内外油田开采过程中急需解决的问题。
1 套管损坏的原因导致套损现象有多方面的原因，比如岩石自身的化学、物理变化，层间滑动或沿结合面滑动，套管材料或套管固井质量，施工质量以及开发管理的规范与否等。
主要包地质因素、工程因素、腐蚀因素等。
（1）泥页岩中浸水区域：若当注水压力较高时，注入水一方面从泥岩或者页岩的裂缝（原生和次生）浸入，另一方面从砂泥岩交界面浸入。
如果泥页岩浸水，抗剪强度、摩擦系数都会大幅度降低，并且泥页岩本身富含吸水矿物如蒙脱石等，这样会导致岩体体积发生膨胀，泥岩处于塑性变形状态，若此时具备一定倾角，岩体会发生蠕动或者塑性流动，最终挤压套管，导致套损现象发生。
（2）流固-耦合作用：指渗透性岩石中自身的流体和岩石本身骨架之间发生的相互作用。
岩石中孔隙压力和流体的改变会引起储层所处应力场的改变，进一步使流场特征发生变化。
若流体在岩体流动，岩石骨架应力变化会随着孔隙压力的变化而变化，从而引起地层的变化（压实或膨胀），此时储层的物性（孔隙性和渗透性）将发生变化。
套损现象的发生是岩石中流体，地应力以及岩石特性相互作用导致的。
（3）不同区块间孔隙压差：造成区块间孔隙压差的原因主要包括平面上的不均衡注水和钻井的调整。
处于高孔隙压力的区域有效应力减小，反之增大，从而产生差异应力场。
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第二章 国内外主要套损成 因机理研究理论
2.4 “高压注水时 高压注水时砂岩垂向形变导致 导致油层部位套损”机理学说 套损” 高压注水时 导致 套损 基于对高压注水时砂岩的垂向形变特征和拉应力作用 下套管强度、性能的理论研究和计算，得出了高压注水时 砂岩层套管损坏的作用机理。在砂岩层段，由于高压注水 引起砂岩垂向膨胀，使套管承受附加拉应力，而附加应力 的增加使得套管抗挤毁强度降低，在平面差异应力作用下 使得套管受到剪切损坏。
孔隙压力变化 流体流动 流体存储空间变化 岩石变形
第二章 国内外主要套损成 因机理研究理论
区块间孔隙压力差异引发成片套损” 2.3 “区块间孔隙压力差异引发成片套损”机理学说 区块间孔隙压力差异引发成片套损 平面上不均衡注水及钻井调整往往造成有的区块处 于高孔隙压力状态、有的区块处于低孔隙压力状态，造 成区域间平面压力差异。高孔隙压力区有效地应力趋于 减小，低孔隙压力区有效地应力趋于减少，从而形成了 较大范围的差异应力场。在水平差异主应力的作用下， 标准层油页岩将发生较大规模滑动而引发套损。大庆萨 中地区共有6个成片套损区，都与区域间地层压力差异过 大有关。
套损原因分析方法
（之国内外主要套损成因机理研究理论） 之国内外主要套损成因机理研究理论）
第二章 国内外主要套损成 因机理研究理论
多年来关于套损方面的机理学说和研 究成果可谓是层出不穷、百家争鸣。国内 外许多油田经过一段时期开发，均出现过 大批油水井套管损坏现象。这里将对有关 国内外有关套损机理或学说进行一番概述。
式中，σ′为有效应力；σ为总应力；p为孔隙压力；c为抗张强度；)tgϕ 为内摩擦系数。
根据莫尔-库仑准则，考虑到孔隙压力的作用，饱和多孔岩石的抗剪强度可用下 式表示：
τ f = c + (σ − P )tgϕ
②
可见由于岩石中孔隙流体的存在而使岩石本身抗剪强度降低。对于砂岩油层而 言，注水、注聚会使孔隙压力增加，而流体孔隙压力越大，作用在岩石骨架上的有 效应力越小，岩石抗剪切强度就越低，油层发生局部滑动的可能性就越大，套管损 坏的危险性就越大。如果注入水沿裂缝浸入到泥岩或泥岩严重吸水造成憋压，则不 仅会使泥岩骨架的有效应力减少，而且会使泥岩内摩擦系数和内聚力大幅减小，使 得泥岩层抗剪切强度下降幅度更大，更容易发生剪切滑动导致套损。
第二章 国内外主要套损成 因机理研究理论
2.2“流固--耦合作用引发套损” 2.2 流固--耦合作用引发套损”机理学说 流固--耦合作用引发套损
顾名思义，流固耦合作用是指渗透性岩石中的流体与岩石骨架之间的相互 作用。岩石中流场或孔隙压力的改变，必然引起储层力学性质和应力场的改变， 而应力场的改变又会使流场特征发生进一步变化。当流体在岩石中流动时，孔 隙压力的改变即孔隙压力的增加或减小，将导致岩石骨架应力减小或增加，引 起地层的压实或膨胀，进而导致岩石的孔隙性和渗透性改变，使表征岩石孔隙 性和渗透性的参数--孔隙度和渗透率等参数增大或降低。石油套管的损坏变形 正是地下流体、地应力、岩体性质三个因素综合作研究理论
2.1“泥页岩‘浸水域’引发套损” 2.1 泥页岩‘浸水域’引发套损”机理学 泥页岩 说 该学说可表述为：在注水压力较高条件下，注入水可从 泥岩的原生微裂缝和节理浸入，也可沿砂泥岩界面处浸入。 对页岩而言，注入水通过管外窜槽沿其层理面浸入。当泥页 岩含水后，其抗剪强度和摩擦系数大幅度降低，而且由于泥 页岩中富含蒙脱石等吸水矿物，会使泥岩发生体积膨胀，此 时泥岩往往处于塑性状态，当具备一定倾角时便会发生塑性 流动或蠕动，从而对套管产生挤压，导致套管损坏。
第二章 国内外主要套损成 因机理研究理论
2.5 “注水条件下有效地应力减少导致套损”机理学说 注水条件下有效地应力减少导致套损” 注水条件下有效地应力减少导致套损
根据许多岩石力学研究者的研究，只要岩石中有连通的孔隙系统，对土力学中 已经证明的太沙基有效应力定律，岩石中也是适用的。太沙基有效应力定律的基本 公式为： σ′=σ − p ①