稠油熱采井套管損壞機理分析及預防對策研究

吳迪

摘 要：由于地質因素和工程因素的影響，隨著生產時間的延長，油水井不可避免的會出現(xiàn)套管損壞。套損后直接影響油水井產能，更嚴重的后果是直接導致油水井停產、報廢，制約了油田的開發(fā)效果。為此本文主要對稠油熱采井套管損壞的機理進行分析，并針對性地提出相應的預防對策，最大限度減少對套管損害的不利因素，從而延長套管的使用壽命。

關鍵詞：熱采井;套管損壞;機理分析;預防對策

0 引言

稠油熱采套管損壞井的日益增多嚴重影響了油田的開發(fā)效果，本著預防為主的方針，研究套管損壞的機理，確定引起套管損壞的原因及損壞類型，制定配套的防護措施，盡可能地減緩套管損壞速度，延長油水井使用壽命，提高油田后期開發(fā)的經濟效益;進而研究套損修復技術，采取針對性的工藝技術進行綜合治理，逐步提高套損井治理率和修復成功率，使停產和帶病生產的套損井達到正常生產的目的。

1 套管損害機理分析

對于稠油熱采井，熱應力作用應該是造成其套管損壞的主要原因。超稠油熱采井注蒸汽的平均溫度在340℃左右，有的超過350℃。當熱采井在首次注入300℃的高溫蒸汽后，封隔器附近的套管將產生700MPa以上的壓應力，該值高于一般套管材料的許用值，這是造成套管損壞的最直接因素。

高溫高壓和冷熱交替是造成蒸汽吞吐井套管損壞的主要原因。油井進行蒸汽吞吐作業(yè)比蒸汽驅連續(xù)注汽套管損壞更嚴重，蒸汽吞吐區(qū)塊注汽溫度高，注入壓力大，高壓沖蝕、高溫熱應力以及多輪次導致的溫度場劇烈變化，熱應力造成套管受壓縮、受拉伸，再壓縮、再拉伸反復疲勞損傷，對熱采井的套管及水泥環(huán)的完整性均影響較大。

材質越差損壞就嚴重，早期的熱采井部分采用J55套管，其損壞率比較高;后來采用壁厚8.05mm的N80鋼級套管，其允許最大溫度變化只有204℃，仍難以滿足熱采工藝技術要求，超過一定時間和輪次以后，套管將因疲勞而損壞。后來經過研究的深入，不斷提高完井套管鋼級和壁厚，加厚套管的抗擠毀能力明顯提高，具有更好的承載能力，套損率也逐年下降，套損得到較好的控制。

固井水泥耐溫級別低，即使水泥封固很好也難以承受300℃以上的高溫，溫度升高后水泥石強度降低，滲透率增加。滲入水受熱汽化膨脹造成了套管與水泥環(huán)之間松動滑移而受到壓縮應力，當超過其壓縮極限時，使水泥石開裂與破碎，從而使套管失去保護而損壞。

射孔完井是套管損壞的一個因素。在射孔段和射孔段上下部，由于應力集中，造成套管抗擠壓強度降低，加劇套管損壞的程度。

未合理實施提拉預應力完井。稠油熱采過程中套管受熱伸長，容易引起套管損壞，提拉預應力可以減少部分熱應力對套管的損壞，部分油田近年開始推廣提拉預應力完井。但是由于地錨失效、提拉力不夠等原因，導致該完井方式未能有效發(fā)揮預防套損的作用。

2 預防對策

套損最根本的原因就是高溫和出砂。稠油熱采井管柱強度和結構的設計，應主要致力于解決過高的熱應力和地層出砂兩大難題，所以應該提高管柱強度并優(yōu)化管柱的結構設計。

提高完井套管鋼級和壁厚。加厚套管的有效應力小于普通壁厚套管，抗擠毀能力明顯提高，使得套管具有更好的承載能力。

采用更高耐溫級別的固井水泥。G級加砂水泥耐溫性能達不到熱采井高溫注汽要求，應開展耐高溫（320℃以上）固井水泥漿體系研究（鋁酸鹽）。質量要求高標準，要求注蒸汽固井水泥具有良好的熱物理性，即高溫下有較高的壓縮強度、抗拉強度及導熱系數(shù)。

開展新型完井地錨研究、提高完井提拉預應力以及加強鉆井監(jiān)督力度，同時進行早期防砂，并對水泥環(huán)本身進行措施保護。理論上研究提拉預應力可以減少部分熱應力對熱采井完井套管的損壞，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明與區(qū)塊總體水平相比該完井方式套損率有所降低，但是效果并不明顯。

選擇密封緊實的熱注封隔器并嚴格控制注汽參數(shù)，定期檢查封隔器是否密封有效，以免因為封隔器失效使得熱量損失，從而對其上的套管部分造成熱損害，通過對井筒進行一些隔熱措施以減少對套管的損害

通過對套損井進行普查結果匯總分析，之前被應用于現(xiàn)場的熱力補償器完井對預防熱采井套損作用不大，可以適當取消熱補完井方式。同時在調查中發(fā)現(xiàn)少數(shù)未投產的新井即發(fā)生了套損，所以在投產前加強完井管材檢驗力度也顯得尤為重要。

3 結語

綜上所述，隨著部分油田套損井數(shù)的日益增加，作者認為減少套損井的最好方法不是治理而是預防，進而對于套管損壞的機理進行了系統(tǒng)全面的分析，并針對性的提出相應的預防對策，盡可能減輕熱采對油層套管的損壞程度，延長稠油井的壽命，對提高稠油熱采的經濟效益及如何預防熱采井的套管損壞具有一定的指導意義。

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