套管损坏机理及研究PPT
1. 套管损坏原因
套管损坏的原因主要包括两方面的因素：地质因素和工程因素。
（1）地层的非均质性沉积的环境不同，油藏渗透性在层与层之间、层内平面都有较大的差别。
即使划分了层系，但同一层系内各小层渗透率仍相差很大，有的相差10倍，有的相差几十倍。
在注水开发过程中，油层的非均质性将直接导致注水开发的不均衡性，这是引发地层孔隙压力场不均匀分布的基本地质因素。
(a)(b)（2）地层（油层）倾角 陆相沉积的油田，一般储油构造多为背斜构造和向斜构造，由于背斜构造是受地层侧压应力为主的褶皱作用，一般在相同条件下，受岩体重力的水平分力的影响，地层倾角较大的构造轴部和陡翼部，比倾角较小的部位更容易出现套损。
图8-2 地层倾角影响图（3）岩石性质注水开发的泥砂岩油田，当油层中的泥岩及油层以上的页岩被注入水侵蚀后，不仅使其抗剪强度和摩擦系数大幅度降低，而且使套管受岩石膨胀力的挤压，同时当具有一定倾角的泥岩遇水呈塑性时，可将上覆岩层压力转移至套管，使套管受到损坏。
图8-3 岩性变化对套损的影响示意图（4）断层活动在沉积构造的油田中，地层沉降速度高的地区和油层断层本身所处的构造位置，均会促使断层活动，特别是注入水侵蚀后，更加剧对套管的破坏作用，造成成片套损区的发生。
套损深度与断层通过该井区的深度相同、断层活跃程度高的地区也恰好是现代地壳运动沉降速度较高的地区，而且是在油层构造的顶部和陡翼部。
图8-4 断层活动对套损的影响示意图（5）地震活动地震后，大量注入水通过断裂带或因固井胶结第二界面问题进入油顶泥岩、页岩，泥、页岩吸水后膨胀，又产生粘塑性，使岩体产生缓慢的水平运动，这种缓慢的蠕变速度超过10mm/a时，油水井套管将遭到破坏。
（6）地壳运动地球在不断地运转，地壳也在不停的缓慢运动中，其运动方向一般有两个：①水平运动（板块运动）②升降运动（地壳缓慢的升降运动产生的应力可以导致套管被拉伸损坏）（7）地面腐蚀地表地面腐蚀是不可忽视的套损原因之一。
套管防治技术讲座
6 、研究了采油作业的钻杆接头与套管内壁之间的接触压力对 套管磨损速度的影响，通过试验研究发现，磨损速度与接触压 力之间呈抛物线关系。指出，在钻杆接头上加焊碳化钨钢质保 护箍，可以减轻钻杆接头对套管内壁的磨损速度。另外的途径 就是避免在钻井过程中产生“狗腿”，以避免以后工具通过时 与套管内壁的接触压力。
目前所发现的套损井 的平均正常生产年限为11 年。
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方法
常规方法：
•铅模打印
新的方法：
•超声波彩色井壁成像
•封隔器验串
•薄皮管验弯
• “鹰眼” 摄像
•多臂井径测量
•井温找漏
•速率陀螺测量
•磁法—测壁厚
……
套管破裂 错断的铅模照片
测井车
地面仪器
井下 仪器
套管射孔情况
套管破漏情况
三、套管损坏的原因分析及对策
综合原因:
•大部分井“老龄” •地层理化性能发生变化 •套管周边环境日趋恶劣 •增产作业更加频繁
吉林油田针对本油田套管损坏的实际情况进行了调查 分析工作，认为注水开发后引起的地应力在井眼周围集中 和两种岩层间的胶结被削弱后上下岩层间的相对滑动剪切 是他们油田套管损坏的主要原因。长庆油田套管腐蚀严重， 在调查后认为，其主要原因是某段地层露头与洛河相接， 而洛河水被酸污染严重，造成了井下套管的电化学腐蚀。 中原油田钻井研究所就其套管损坏井进行了抽样调查分析， 认为盐膏层的蠕变是中原油田套管损坏的主要原因。
油水井套管损坏机理研究及对策
胜 利油 Ⅲ经过 四 ｆ ‘ 多年 的勘探 丌发， 目前已处 于高含 水丌 发阶段 ， 随着高 』 注水 ， 盘 强采 强注 及～些增 产增注 ｌ ｌ 施的 实施， 管损坏 的速度加 快， 艺措 套 给油 的 生产发展 和经济 建设造 成 巨大 的损 失， 迫切 需要认 真分析套 管损坏 的 原 这 因， 套损井 治理 成 为油 迫切 需要 解决 的难 题 。 １套 管损坏 情况 分析 １ 套管损 坏类 型 １ 据 统讨 ， 在损坏 的 ３ ０口油水 井 中， ０ 套管变 形井 １ ３ 占 ６ ％， 漏井 （ ８ 口， １ 破 错 断 、腐蚀 等） Ｏ门， ３ ％： ９ 占 ０ 管外 串槽井 ２ １ 占 ９ 。从 套损 类型 分类看 ， 胜 ７厂， ％ 坨油 田套 管损坏 以变形 为主 ， 占剑 套损井 的 半数 以上 。 １ ２ 发生 套损 井的深 度 ． 在套 管损坏 的３ ０ ０ ¨油水井 中， 按损坏 的井 段深 度进行 分类可 分 叫类水 泥 返高 以 ｌ： 水泥 返 高 以下到 射孔 段 以 ｝： 射孔 段 内 ： 孔 段 以 。 射 按 套管损 坏 井段深 度进 行分 类
（） 于变形段 长同时变 形程度 大， ２对 必需生产 的井， 用机械整 形一是成 功 采 率低， 是极 易造成 修井 Ｉ 二 ＿ 钻杆 卡存 变形段 而成 为工程 事故 。 时就可 以 具和 这 综合考 虑， 采用 不 同的修 复办法 ： ①对 于变 形段 长、变形严 重但 最小通 径不 小 ７ ｍ 而 又较 深 的井， 以采用 套 管爆 炸整 形工 艺技术 进行 整形 ， ， ０ｍ 可 但该 工艺实 施后 对套 管的损 伤较 大， 时， 同 爆炸 的力度 很难 掌握 。 ②对 于变 形段长 、
（） 管管体 尺寸 的精度 ， ３套 如套 管的 圆度 、 厚不均 匀度 对套 管 的抗 挤压 壁
套管的损坏与修复
个竖直的通道； （5）套管缩径，套管椭圆变形，使井眼缩小。
五、套损井的判断方法
当套管损坏后，一般会有下述现象： (1) 起下钻困难，有遇阻现象； (2) 洗井中洗井液大量漏失； (3) 生产中突然发现大量淡水和泥浆； (4) 生产中井口压力下降，产量猛减； (5) 井口附近地面冒油。
(5) 采油强度过高会使套管受到的外载增大，采油过程中的频繁 开关井，会使套管发生疲劳破坏。
三、套管损坏的预防措施
(1)对盐膏层和高地应力区域段采用双层套管或高强度套管. API标准的钢级通常为P110。国外已开发出比API5CT标准更严格、强度
级别更高的油井管。超高强度套管都是特殊螺纹管。日本住友金属工业公 司的SM系列及G组、日本钢管(NKK)公司的NK系列等均为超高强特殊螺纹套 管。5000m以上的超深井，已使用NK-V150钢级。 (2)对腐蚀性环境，在完井液中加入抑菌剂或杀菌剂；对含H2S或CO2的
二、套管损坏的主要原因
2.工程因素 (1) 套管强度设计和选型不合理。盐膏层段、酸化压裂井的套管
强度偏低，腐蚀性地层流体环境下的套管类型不抗腐蚀，没有 采取合理的防腐措施。 (2) 射孔引起套管损坏。高强度射孔弹射孔后孔眼附近形成微裂纹 和应力集中，在长期应力状态下形成应力腐蚀开裂及疲劳裂纹 扩展，导致了套管的破裂和错断。 (3) 套管在钻井或修井过程中发生严重磨损。 (4) 套管本身质量存在缺陷，下套管过程中上扣扭矩过大或过小引 起套管丝扣处应力过大或密封不严，造成套管丝扣处早期破裂 或腐蚀性损坏。 (5) 固井质量不合格。
套管的损坏与修复
2.印模检测方法
印模法检测是利用专用管柱或钢丝绳下接印模类打印工具，对套 管损坏程度、几何形状等进行打印，然后对印痕进行分析判断，得 出套损点的几何形状、尺寸、深度位置。此方法可以于套管变形、 错断、破裂等套损程度的验证，并可以确定初始点的深度。 印模按制造材料可分为铅模、胶模、蜡模和泥模；按印模结构可分 为平底、锥形、环形、凹形和筒形印模。
当发现上述现象之后，需要利用相应的方法进一步判断套管的 损坏情况，如套管法损坏的位置、破裂的大小、形状等。
六、套管损坏部位检测
套管损坏后，在对损坏部位进行修复前，首先要搞清套管损 坏的部位以及损坏的程度。目前对损坏部位的检测手段，主 要用通井验套法、封隔器验漏法、打铅印检测法、井径仪测 井法、井下电视检测法等技术。 1. 通井验证套变技术
近几年，国内开展了可对接胀管式套管补贴、波纹管补贴、 爆炸补贴、自动力套管补贴、Metal SkinTM膨胀套管补贴工艺 技术研究。
（2）化学封堵
封堵技术对于套管破裂井采取在破裂位置挤注水泥 或化学堵剂后对破裂井段进行再处理的方法。目前主 要应用水泥和YT-1堵剂对破裂部位进行封堵，再采取 钻塞套洗或下人铣锥等整形工具对破裂井段进行套管 整形。
二、套管损坏的主要原因
1．地质因素 (1) 盐膏等蠕变性地层对套管产生很大的挤压应力，当应力超过
套管的抗外挤强度时发生破坏。 (2) 构造应力作用。在长期的生产过程中，由于地层断层活动、
高冲次导致套管破损分析 (1)
高冲次导致套管破损分析在有杆泵抽油井，活塞上行程时自由悬挂油管下部弯曲，并存在应力中和点。
油管蠕动原因是接泵管子内部压力对管产生弯曲效应，油管内压力值是柱塞两端压差乘以柱塞面积。
上冲程时，作用在油管上的液柱载荷逐渐加在柱塞上，油管卸载。
在冲次大的时候，与泵筒联接的油管柱下部受到一个向上的虚拟力（柱状载荷）作用而发生螺旋弯曲变形，此时抽油杆柱因受到较大的张力而基本保持直线状态，这样就使杆与螺旋弯曲的管每隔一定距离就相互接触而磨损，并使油管在横向上有个摆动。
造成与套管碰触摩擦。
冲次越大，摆幅越大。
油管与套管间的摩擦越严重。
油管自由悬挂产生油管、套管、抽油杆之间的多重磨损, 缩短其使用寿命在油管自由悬挂的抽油井中, 随着作用在油管上的液柱载荷和振动载荷的交替变化, 油管除产生纵向伸缩外, 整个管串还会发生横向摆动, 受井眼轨迹的限制, 伸缩和摆动的结果直接导致油管和套管之间的磨。
最易受磨损的部位是油管接箍, 油管和套管内壁受到同样的磨损。
同时, 在油管内部, 抽油杆与油管内壁也产生磨损。
更为严重的是, 在油管自由悬挂的油井中, 常常发生油管扭曲现象。
对有杆泵抽油系统, 在柱塞的上行程, 柱塞下部的泵筒形成相对真空, 在液柱沉没压力下, 油流经固定凡尔流向泵筒, 筒内压力低于管外压力。
而在柱塞上部, 密封严密的柱塞以强力抽汲液体, 使管内压力又远远高于管外压力。
柱塞上下这种周而复始的压差作用,不断地使油管壁产生微弱的鼓胀和回缩。
虽然油管处于自重下的拉伸状态, 但泵到中和点之间的油管由于管内外压差、温升等综合因素导致的弯曲效应, 仍避免不了油管扭曲现象的发生。
直到柱塞的下行程, 游动凡尔打开, 使管内压力得到平衡, 扭曲的油管才在自重和液柱载荷下，拉直。
在油管扭曲的油井中, 抽油杆柱就象从麻花状的油管中反复抽拉一样, 加剧抽油杆在油管中的磨损和油管在套管中的磨损；同时，加大了抽油杆的拉伸应力，增大了光杆的负荷；加大了变速箱的输出扭矩；增加了动力消耗。
套损机理
管胶结变差。 2、泥岩吸水体积和膨胀：
泥岩吸水膨胀倍数最大8.5倍、最小2.5倍，一般为5倍。围压不 同膨胀倍数不同，射孔段的膨胀体积力会通过炮眼释放，非射孔段 的膨胀体积力会施加到套管上挤压套管使套管缩径变形。但从工程 测井上看缩径变形很少。 3、负有效应力：
在油田注水开发过程中，原始地层压力发生变化，将引起岩 体软科学性质和地应力改变，使原有平衡的断层被诱发复活，引 发套管损坏。而且造成的损坏程度比较严重，多数为错断损坏。 从国内外断层复活的统计结果看,造成断层复活有三个原因,一是地 壳升降,二是地震,三是注压注水(主要讲)
四、盐岩对套管损坏的影响
我国的江汉、中原、青海等油田地下岩层中均有大段的盐层，套 管的损坏大多集中在盐层段，损坏的时间从下套管到损坏从几天到几 年不等，这种损坏程度一般都不得较严重。盐岩层套损的引起原因如 下：
一、套管损坏的现状
截止2002年底，河南油田稀油油田和西部宝浪油田已 发现132口套管损坏井，其中稀油油田123口，宝浪油田9 口。
总结稀油田近几年已修复的142口大修井，其类型可分为 以下几种：
1、套管漏失
1）26口取换套中有20口属于受浅层水腐蚀，如5-7、5-71及浅2、浅11等。 2）套管钢材质量差， 在双江地区发现了2口井：12-10井和安18井。 3）丝扣漏失（ 4182井、456井）或套管破裂（J2204和423井） 。
3、技术套管：用来隔离坍塌地层及高压水层，防止井径扩大，减少 阻卡及键槽的发生，以便继续钻井。技术套管还用来分隔不同压力层系， 以便建立正常的钻井液循环。
4、生产套管（采油或采气套管）：用来将储集层中的油气从套管中 采出来，并用来保护井壁，隔开各层的流体，达到油气井分层测试、分 层采油、分层注水和分层改造的目的。通常水泥返至油层顶部以上200m。
国内外油田套管损坏机理分析
国内外油田套管损坏机理分析摘要：目前国内外很多油田都不同程度的存在套管损坏，随着油水井服役时间的延长，套管损坏率也不断增加，影响了油田的生产和效益。
分析认为套损机理主要分为地质因素和工程技术因素两类。
本文全面分析介绍了目前国内外油田影响套损的机理。
关键词：油田套管损坏套损机理地质因素工程技术因素地层的非均质性、地层断层活动、岩石性质、油层倾角、地震活动等地质因素是导致油水井套管损坏的客观条件，严重威胁油田的稳产。
注水、酸化压裂、固井质量、套管材质、套管伸缩等是引发地质因素产生破坏性地应力的主要原因，因此，这些因素综合作用便出现了套损井或套损区块。
套损不仅对油田的开采造成困难，增加开采成本，甚至可以导致油井报废。
为此本文全面介绍分析了目前国内外油田影响套损的机理研究，有助于指导预防和延缓套损发生，延长油、水井寿命。
1、国内外影响套损井的地质因素分析1.1 地面下沉及油层压实由于地面下沉及油层压实造成的套损主要发生在产层、超压负荷或超压层附近的层内。
在垂直应力作用下使套管周围岩石压实，导致应力发生变化，从而使套管发生弯曲或错断。
1.2 断层复活造成套损油田开发过程中原始地层压力发生变化，断层被诱发复活引起岩体力学性质和地应力改变，注入水侵蚀后发生成片套损区。
当注入水进入断层接触面后，造成接触面泥化使其内摩擦系数减小，从而导致套损发生。
一个区块被多条断层切割，且标准层和断层面都形成大范围的浸水域时，在区块压差的作用下，将导致成片套损的出现。
1.3 地震活动造成套管损坏较严重的地震可产生新的构造断裂和裂缝，使原生构造断裂和裂缝活化，因此地震引起地应力变化导致套管损坏的现象在国内外大量出现。
如美国威名顿油田在1951年的地震造成17口油井套管损坏，其直接原因是岩层产生水平位移，使套管严重弯曲变形，甚至剪切错断。
1.4 泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏泥岩的不稳定，会给吸水蠕变和膨胀造成套管等造成一定的影响，尤其是温度全面升高的时候，由于注入了一定的水质造成泥岩层改变泥岩的力学原理，发生不同程度的改变，从而影响到套管会被挤压变形乃至错断。