油田油水井套管損壞的預測分析李燕濤

尹磊

摘 要：隨著我國經濟發(fā)展水平的逐漸提高，社會生活水平的隨著提高，人們生活與企業(yè)生產對于能源的需求量日漸增加，這就對能源行業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求。石油是支撐我國社會生活與經濟的發(fā)展的基本能源，有必要就其當前生產過程進行完善，嚴格把握各方面的細節(jié)，以此促進石油資源質量以及生產效率的進一步提高。

關鍵詞：油田油水套管；損壞；預測

引言：石油是世界經濟發(fā)展的主要動力來源，為了使其更好地服務于社會發(fā)展，有必要針對事業(yè)生產過程中的每一個細節(jié)進行嚴格把握，保證石油產品質量。

1.對油田油水套管的損害進行預測的必要性

油井是油田注水和采油的通道， 而油層套管的主要功能就在于井眼通暢性的保持。在油田進行正常生產的過程中，套管會受到不同方面的作用力，例如上覆地層的壓力、靜水柱壓力以及具有腐蝕性介質的侵蝕作用，在這種情況下，管套會產生一定程度的損壞是必不可免的。為了進一步保證石油生產工作的效率以及石油資源的質量，那么就一定要對套管的損壞情況進行有效的預測。

2 套管損壞的預測方法

2.1解析法。在鹽巖、砂巖、泥巖蠕變地層， 套管通常要承受非均勻擠壓地應力， 而這以作用力的影響就是知識套管出現(xiàn)損壞的一大原因。以此，需要對在非均勻外力作用下的套管變形情況加以分析。基于套管受非均勻外載作用的彈性假設匯川，相關專家通過反復性的實驗工作得出結論：套管在受到非均勻載荷作用的情況下，其擠壓強度也隨之降低，在這種情況下將套管的厚度逐漸增加即可。隨即杜春常先生等以彎曲梁理論為驗證基礎， 推導出非均勻外擠壓力作用下套管圓周受到的力和位移分布規(guī)律的解析解， 對前者的實驗結果進行了再次驗證。

竇益華等人以粘彈性相應理論為依據(jù)，通過遺傳積分算法的應用得出蠕變層井下套管圍壓的計算方法。以上研究均明確提出套管的實際載荷情況具有很大的復雜性，因此想要通過這種解析過程準確的預測套管的受損情況具有很大的難度[1]。

2.2 數(shù)值分析法。分析套管變形情況的數(shù)值法具體可以分為以下幾種：

有限元法。這種方法是當前應用較多的一種方法，它可以針對項目中部分工程的非均質和不連續(xù)性進行預測分析， 可以給出巖體的應力、變形大小和分布， 并近似地依據(jù)應力、應變規(guī)律去分析結構的變形破壞機制。在相關專家針對非均勻地應力作用下的地層流變對套管產生的外力作用時，鄧金根研究出了一種巖壓外載的非線性粘彈性有限元程序，在針對均勻地應力影響下的理論解和數(shù)值解進行全面驗證之后，將某油田作為研究對象進行實例計算，最后得出結論：蠕變底層在受到非均勻地應力的影響下會對套管產生一個大于地應力的非均勻徑向外擠力和一個非均勻切向外載力。后又有其他學者研究發(fā)現(xiàn)套管在經過一段時間后可以實現(xiàn)基本穩(wěn)定狀態(tài)，同時，套管在受到非均勻載荷例的影響下，其四周的應力一般都是以一種橢圓形的狀態(tài)分布的，并且若是分均勻力增加，那么管套避還會產生一定的拉應力。如果是大型油田，那么套管面臨的就并非只是平面應變問題， 而是受到彎曲、壓縮、拉伸以及扭矩等不同作用力的綜合影響下二產生的復雜性形變問題。練章華等人就套管在立體空間內所受到的多種作用力而構建起有限元仿甄力學模型及對應的套管變形的有限元仿真軟件，針對套管受壓縮、扭轉、彎曲等組合載荷作用下的變形進行了仿真模擬。射孔對套管的損害具有很大的影響，因此對其影響強度的研究是一個重要方向。有專家通過有限元軟件對各個規(guī)格的管套分別在外壓下射孔孔徑、密度、相位對套管射孔應力的影響進行了深入性的分析， 發(fā)現(xiàn)射孔密度孔徑及相位增加，套管內應力也隨著變大，這樣一來套管的抗壓能力就大大見小。如果射孔的密度、相位及孔徑均不變，那么其產生的應變與最大應力均不可能超出允許范圍。隨后，劉建軍及尹中民等有針對注水井泄壓過程中的套損問題進行了深入性研究，最后通過將有限元與有限元差分進行結合，得出禍合數(shù)值計算方法，應用此方法可以準確的分析出不同滲透率、不同儲層厚度、不同壓差下套管受的擠壓力情況。經反復試驗研究后，發(fā)現(xiàn)一條規(guī)律，就是在相同底層條件的環(huán)境系，滲透率越小，壓差越大， 套管承受的擠壓力就越強。儲層厚度越厚，套管承受的擠壓力力就越弱。

邊界元法。該方法以積分定理為基礎，利用邊界積分方程代替微分方程，在區(qū)域的邊界上進行離散與單元的劃分， 再把積分方程離散成代數(shù)方程組求解。這種方法的優(yōu)勢就在于可以使問題的維數(shù)降低，并且進一步促進了計算速度與精度的提升。但是此方法的缺點就在于邊界元無法很好的適應變系數(shù)及非線性問題，因此其實際應用就收到了一定的限制。

拉格朗日元法。此法實際上就是應用動力松弛的方法分析非線性大變形問題的過程， 在這一分析過程中無需剛度矩陣及復雜性的聯(lián)立方程組， 實用性高。有專家將軟泥巖地層的井眼縮徑變形看成一個整體的大變形問題， 以剪切破壞的莫爾一庫侖強度準則為井壁變形破壞準則， 通過拉格朗日元法， 以南海油田樂東8井的相關實際情況為基礎成功計算分析出對井眼收縮變形和圍巖塑性區(qū)分布規(guī)律。楊春等人又通過相關有限差分計算軟件的應用研究得出了在鹽膏層的蠕變擠壓應力作用下， 套管會產生較高的環(huán)向應力和豎向應力的結論[2]。

2.3實測法

很多專家與學者針對工程測井設備及相關檢測技術進行了升級和完善，工程測井技術的應用基本上都是根據(jù)相關物理信號而對管內可能存在的問題進行間接性的評估。井徑系列是油水井井身狀況的一種常用方法，能夠提供套管內徑的變化信息。井壁超聲成像的監(jiān)測方法能夠為我們提供直觀而全面性的套管損壞信息。而噪聲檢測就是針對已經形成的管漏及竄槽問題進行檢測。方位系列用于確定套管變形的方位角度。

結語：綜上所述，造成油田有誰套管損壞的因素有很多，為了全面保證使用生產工作質量，相關人員還需在事件的過程中不斷提高研究力度，進一步精確對套管損壞情況的預測與計算，從而保證我國石油行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻：

[1]李進旺，呂秀梅，劉繼生，蔡永恩，劉文劍，曾桂紅. 大慶油田葡北X斷塊套管損壞預測方法及礦場試驗[J]. 石油學報，2008，（04）：625-628.

[2]黃小蘭，劉建軍，楊春和，周輝. 油田油水井套管損壞預測方法綜述[J]. 新疆石油學院學報，2004，（04）：50-54+7.