油田套管损坏原因及防治措施研究 吴存银

油田套管损坏原因及防治措施研究吴存银

摘要：国内外许多油田随着开发时间的不断延长，开发方案的不断调整和实施，特别是注水开发的油藏，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。不

仅造成巨大的经济损失，而且已经严重影响了油田的开发调整与最终的开发效果。本文对油田套管损坏原因进行了简单介绍并提出一些防治措施。

关键词：油田；套管损坏；原因及措施；

1套管损坏原因分析

1.1地层原因

由于套管是一个变形段，而不是一个点（最大变形范围可达15米）。在整个变形区间内，套管最终会在一个应力最大薄弱面（主变形面）上破坏。岩石力学

与地应力分析表明，应力薄弱面通常为断层面、层理面、砂泥岩界面、砂岩间泥

质夹层面等。由于研究区缺乏多臂井径成像资料，很难准确判断变形范围，而铅

模位置一般只是变形的顶部位置，对于实际的变形情况很难准确提供，故确定的

离砂泥岩界面1.5米内，很可能其套损主变形面在砂泥岩界面。砂岩层中存在泥

岩夹层（应力薄弱面），决定了沉积体的砂泥岩互层性质，正是这种岩石薄弱面

的存在，为套损创造了静态地质条件。

1.2高压注水引起的套管损坏

高压注水引起套管损坏，统计结果可以说明高压注水后，如果注水压力超过

地层的破裂压力，注入水会上窜至泥岩层，造成两个结果①套管变形如果浸入的水没有大面积扩散，只在套管周围相对小的范围内浸水，可能使地层滑动，但泥

岩的蠕变会使套管变形。这与上面提到的油井套管损坏机理相同。②套管错断，大量水浸入上部或下部泥岩层后，岩石的内聚强度和内摩擦角急剧降低。因此，

在泥岩层和砂岩层面处形成了弱结构面，当注水压力大到一定程度时，在外力重

力或注采不平衡作用力下，地层发生相对滑动，从而使套管发生错断。

1.3套管腐蚀和储层出砂对套管造成的损坏

套管的腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，由于地层中的矿物质、二氧化

碳以及原油中腐蚀性物质会对套管造成腐蚀。如果地层水中矿物质含量高，会对

套管造成严重的腐蚀。长时间的套管腐蚀会影响套管的强度，腐蚀严重时会出现

套管的穿孔甚至断裂。同时如果油层的出砂很多，也会造成套管的损坏。在出砂

井中，随着原油的开采，会伴随大量的砂子从地层中排除，长时间砂子的排除，

会在地层和套管之间形成空洞，空洞的出现使得套管失去了支撑，油层处套管受

力发生了较大的变化，容易造成套管的失稳，从而导致套管的损坏。而且大量的

砂子在套管内流动时，摩擦冲蚀套管，由于砂子形状的不规则，对套管造成严重

的损坏。因此在出砂井要控制和防止油层的出砂现象。

1.4套管受断层影响，发生破漏、变形

原因主要有两点：一是由于污水回注，使得断层上盘的压力增加，而下盘在

生产过程中不能保持注采平衡，使上下盘之间产生压差；由于地层具有一定的倾角，地层在重力及岩石结构遭受破坏的共同作用下，在沿地层倾角下滑的趋势，

当地层倾角大于岩石内摩擦角时，倾斜地层沿着地层倾斜面下滑，给阻挡地层下

滑的套管施加剪切力，损坏套管。二是在断层附近发育大段泥岩段，泥岩蠕变、

遇水膨胀，在井眼周围产生非均匀应力分布，使套管发生形变。同时，因为地层

水腐蚀套管，进入泥岩段产生膨胀，使得套管变形。所以，部分井同时在同一井

段发生破漏、变形的情况。

2套损井防治措施

2.1在钻完井时防止套管的损坏

首先在固井套管的选择上，要选择质量可靠、强度高、性能好的套管，尤其

是在套管易损的部位，如在油层段和特殊地层段都应当采用高等级的套管。而且

针对不同油水井矿物质的类型和含量等因素，选择合适防腐套管，例如采用含有

铬锰元素的不锈钢或者无缝钢管。以上是从套管材料型号的选择来防止套管的损坏，还可以通过优化钻井的井眼轨迹来防止套管的损坏，在井眼轨迹设计时，在

能够实现钻达目的层的前提下，尽量减小井眼的曲率和保证井眼的规则，这样就

可以减少套管在井下受力，同时可以保证固井的质量。

2.2套管修复技术

（1）加强套损井机理和套管修复技术的研究，加大套损井的修复力度。（2）完善油水井的套损检测手段，采取多种工艺手段综合判断分析油水井套损的部位

及套损程度。（3）小直径封隔器的应用，目前小直径封隔器已应用11口井，可

以满足部分套管变形井的配注要求。（4）变形不厉害的套损井，可采用整形的

方法修复，常用的几种整形工具有机械整形器，长锥面胀管器，梨形胀管器，旋

转震击式套管整形器，W型套管滚子整形器，爆炸整形器，滚球套管整形器等。

通过整形，一般可使变形部位通径恢复到原套管通径的95%以上。且修复费用低，成功率高。（5）对于套损变形较严重的套损井，可以采取套管打通道修复补贴

工艺技术，但该工艺补贴长度、内径受限，作业难度加大。目前正研究波纹管补

贴工艺技术，其强度、内径都可满足要求。（6）对坍塌型和小通径套损井直接

侧钻提高油层的动用程度。（7）研究钻、磨、铣、捞等系列的大修工艺技术，

提高大修工艺水平，最大程度的保护套管。

2.3提高套管钢级和壁厚

提高套管钢级和壁厚是比较直接且有效的解决方法。建议下二门油田常采井

套管选用N80139.7×7.72mm及以上钢级和壁厚的长圆螺纹套管；热采井套管选用

N80φ177.8×9.19mm及以上钢级和壁厚的偏梯螺纹套管。

2.4提高套管外水泥返高

针对严重的腐蚀情况，优质水泥环可对套管形成最好的保护，可防止各种外

力和电化学腐蚀破坏，建议在确保固井质量合格的同时，将水泥返至地面，并提

高水泥质量，以尽量隔绝浅层水对套管产生的电化学腐蚀。

2.5加强套管防腐处理

针对油水井套管腐蚀渗漏逐年加剧的状况，建议在对漏失井大修取换套后，

应对新下套管进行必要防腐处理，结合油田的腐蚀原因和具体环境，选择合理的

防腐措施。

2.6控制泥岩层浸水和水化

泥岩浸水改变了岩石的力学性质和地层间的力学关系，使地层系统由原来的

平衡状态达到新的平衡状态。注入水浸入泥岩后，岩石的抗剪强度大幅度下降，

在泥页岩与砂页岩的界面处，将逐步形成具有张性裂缝特征的次生软化结构面，

从而破坏了地下岩体的连续性，使浸水域进一步漫延，然后在浸水域前沿又形成

新的岩石抗剪强度降低带，使软化结构面继续发展，当泥页岩浸水域达到一定程

度后，就为泥岩蠕变和地层滑移提供了条件，再加上地层倾角和区块压差，使地

层发生滑动，因此在防止泥岩浸水方面应采取以下措施固井质量要好，这是防止

泥岩层浸水的先决条件严禁超破裂压力和超上覆压力注水，这是防止泥岩浸水的