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【摘要】油水井套损是石油开发生产过程中常要面临的问题，油水井的套损与所在地质有着密切联系，笔者拟对油水井套损的地质因素进行分析，提出防治油水井套损的相关措施。
【关键词】地质因素 套管损害 油水井
1 前言
油水井套损一直是影响油田开发和生产的因素，近些年来由于高压注采等增产措施的使用，我国各大油田均出现了各种原因造成的油水井套损，破坏了正常的注采网井层系，影响了油田的开发。不仅我国，国外也存在着类似的问题，而且随着油田的开发时间增长，油水井套管损坏问题也会日益凸显。套管是油田的生产层与地面的通道，所以套管的好坏决定了生产水平，套管的损坏也能导致油井的报废，给石油企业造成了严重的经济损失。因此，对油水井的套管损坏原因的分析和预测，对我国油田的开发生产有着重要的意义。
油水井套损的判断标准主要是套管的形变程度。在实际生产中，油水井套管的损坏类型有三种，套管变形，套管破裂，套管密闭性破坏。造成套管损坏的因素总的来说有工程因素和地质因素。地质因素有很多，比如有泥岩雨水膨胀，岩层滑动蠕变，断层活动，围岩压力，油层出砂和层间滑动等，国内很多学者都进行了深入的研究，发表了自己的研究成果，这其中的意见各有不同。我国的油水井套损主要发生在泥岩和盐岩地层，在断层两侧也容易发生油水井套管损坏。笔者结合实践，分析比较了影响油水井套损的地质因素，提出了一些自己的看法。
2.1 泥岩的蠕变与膨胀
泥岩是一种不稳定的岩类，在升温或者注水后都能引起其力学性质和应力状态的改变。泥岩中的粘土矿物膨润土吸水后膨胀，膨胀倍数一般是5倍，增加了对套管的挤压，足以让其变形。泥岩的吸水膨胀导致地应力状态变化，泥岩产生变形和位移，对套管产生了挤压，由于地应力是不均匀的，泥岩对套管的挤压力也是不均匀的，这使得套管发生不均匀的形变，比如弯曲，径缩，拉伸。在套管受到最大水平应力的位置会产生收缩变形，在受到的水平地应力最小的地方管径变大。随着套管能够适应岩石蠕变的不均匀外力，套管的管径也趋于固定。但是如果套管不能承受泥岩蠕变增加的外载，套管最终会被破坏。
套管受到泥岩的蠕变挤压，但是地应力的大小会影响套管所受的岩石蠕变外载的终值。有的专家认为，由于泥岩吸水膨胀，产生的体积应力会对周围岩石进行压缩，体积应力随之减小，最终与岩石压力达到平衡，在有射孔的套管处可以通过射孔释放体积应力，在没有射孔的套管位置则会对其产生挤压。通过国内外学者对泥岩变形蠕变的数学模型分析，认为泥岩蠕变在非均匀的地质应力作用下对套管的挤压力也是非均匀的，而且大小渐渐变大，增速先快后慢，套管受到的蠕变外载会趋于稳定。
在现实生产中，完井但是未注水时，套管和地层在水泥环的作用下紧密结合，套管不会发生变形，但是在油田注水后，在泥岩层，由于泥岩吸水软化膨胀，成岩部分塑性增强，蠕变增大，对于未射孔套管段，套管受到的地应力无法释放，当套管受到的外荷载大于套管屈服强度时，套管会发生形变或者破坏。
2.2 盐岩的蠕变滑移
盐岩层一般是比较软弱的地层，在各种外力因素的作用下容易发生蠕动和滑移。一般来说，井眼越深，岩层的蠕变会越明显。有德国的相关研究表明，埋藏在 2100米以下的岩层蠕变更加明显，而在2750米以下的盐岩甚至会发生连续流动。钻井资料也说明了这一点，油田盐岩层钻成后，盐岩的蠕动会让井眼缩径或者完全闭合，影响施工的进行。差应力，温度压强都会影响盐岩的蠕变。盐岩蠕变后产生非均匀的地应力，套管受到挤压变形。
盐岩层还有一个问题就是盐层坍塌，比如中原油田的油水井套损，有些管壁强度大于蠕动压力，仍发生了损坏，原因就是盐岩层坍塌的不均匀压力与塑性岩的流动。由于盐层的井壁可能出现坍塌现象，井眼变得不规则，这进一步使得固井时不能封固盐岩井段，在地下水或者注水长期的浸泡溶解后盐岩层形成空洞，上覆岩此时就容易发生坍塌，坍塌岩块撞击套管。另外由于盐岩在高温高压下可以塑性流动，因此如果封固不好，再加上地层倾角等因素，盐岩发生单向流动，盐岩层倾角越大，盐层越厚，套管的形变越大。
因此，在盐岩层较发育的地质条件下，技术套管应该下到盐岩段之下，减少盐岩段对套管的挤压，提高套管的抗挤压程度。盐岩层井段的套管抗挤外载的计算应该按照实际测量的上覆地层压力为依据。
2.3 油层出砂
油层出砂通常发生在弱胶结构的疏松砂岩的地质条件下。发生出砂的原因是油流的机械力将局部油层的结构破坏，局部油层变成没有胶结的散砂，随着油流被带走，导致油井出砂。通常情况下，油层的流速越小，对油层结构的破坏也就越小，一般产液的速度固定，所以油层结构的破坏也是在一定范围内。在高压注水机械采油操作后，有水驱动油的流动，砂岩层中的胶结物吸水膨胀或者发生水解，产生比较大的压强差，这样就破坏了套管附近的地质结构，令套管受力不均。油层出砂后，会在炮眼附近形成空洞，空洞的形成进一步导致了局部应力集中，油层结构继续被破坏。由于深层油层承受了比较大的垂向应力，如果油层出砂严重，对上覆岩的支撑就会相应的减弱，上覆岩可能失去支撑，这种状况打破了井筒附近的地应力平衡，当上覆地层压力远大于岩石骨架的结构应力和油层空隙压力时，会把一部分的应力转嫁管套，产生轴向的拉力，造成管套弯曲变形，甚至错断。
2.4 断层
油田在未开发的状态下，如果没有地震和地壳活动的影响，地应力是平衡的，地层是相对稳定的，但是由于在开发过程中高压注水等手段的使用，使得断层活动增加，造成断层附近的套管出现损坏，多为错断型损坏，而且套管损坏的位置正是断层的深度。随着注水时间的增加，套管附近地应力的平衡被打破，区块空间的压差增加，水流入断层接触面，使得接触面泥化，减小了摩擦系数，尤其遇到不密封的断层时，由于水的润滑作用，层面间的抗剪应力降低，出现断层上下盘沿断层面滑动现象，挤压套管，从而造成损坏。除了断层的滑动，断层附近常有微裂缝和一定厚度的破碎带。破碎带通常是些塑性岩层，强度低。在断层的作用下，砂岩错开与塑性岩接触封闭了断层。断层封闭后，塑性岩遇到水膨胀，与其他地质因素的共同作用下在断层附近容易形成高压区，地应力局部集中，损坏套管。
3 结语
影响油水井套损的地质因素有很多，还有地震，地层倾角等。笔者认为其中泥岩和盐岩地质是比较重要的影响因素，另外高压注水机械采油方法的使用也改变了原有的地质结构，诱发了断层活动和油层出砂等地质问题，成为了油水井套损的原因之一。不同的油区由于所在的地质环境不同，造成套损的原因也不同，工程人员需要理论结合实际，认真做好套管的保护工作。
参考文献
[1] 关松.油水井套损检测技术分析与评价[J].石油仪器，2010，（04）： 64
[2] 刘伟，李红南，安天下.中原油田高压注水诱发的油水井套管损坏原因分析[J].中国地质灾害与防治学报，2010，（06）：94-95
[3] 裴桂红，纪佑军.油水井套损的地质因素分析[J].武汉工业学院学报，2009，（09）：105
【关键词】地质因素 套管损害 油水井
1 前言
油水井套损一直是影响油田开发和生产的因素，近些年来由于高压注采等增产措施的使用，我国各大油田均出现了各种原因造成的油水井套损，破坏了正常的注采网井层系，影响了油田的开发。不仅我国，国外也存在着类似的问题，而且随着油田的开发时间增长，油水井套管损坏问题也会日益凸显。套管是油田的生产层与地面的通道，所以套管的好坏决定了生产水平，套管的损坏也能导致油井的报废，给石油企业造成了严重的经济损失。因此，对油水井的套管损坏原因的分析和预测，对我国油田的开发生产有着重要的意义。
油水井套损的判断标准主要是套管的形变程度。在实际生产中，油水井套管的损坏类型有三种，套管变形，套管破裂，套管密闭性破坏。造成套管损坏的因素总的来说有工程因素和地质因素。地质因素有很多，比如有泥岩雨水膨胀，岩层滑动蠕变，断层活动，围岩压力，油层出砂和层间滑动等，国内很多学者都进行了深入的研究，发表了自己的研究成果，这其中的意见各有不同。我国的油水井套损主要发生在泥岩和盐岩地层，在断层两侧也容易发生油水井套管损坏。笔者结合实践，分析比较了影响油水井套损的地质因素，提出了一些自己的看法。
2.1 泥岩的蠕变与膨胀
泥岩是一种不稳定的岩类，在升温或者注水后都能引起其力学性质和应力状态的改变。泥岩中的粘土矿物膨润土吸水后膨胀，膨胀倍数一般是5倍，增加了对套管的挤压，足以让其变形。泥岩的吸水膨胀导致地应力状态变化，泥岩产生变形和位移，对套管产生了挤压，由于地应力是不均匀的，泥岩对套管的挤压力也是不均匀的，这使得套管发生不均匀的形变，比如弯曲，径缩，拉伸。在套管受到最大水平应力的位置会产生收缩变形，在受到的水平地应力最小的地方管径变大。随着套管能够适应岩石蠕变的不均匀外力，套管的管径也趋于固定。但是如果套管不能承受泥岩蠕变增加的外载，套管最终会被破坏。
套管受到泥岩的蠕变挤压，但是地应力的大小会影响套管所受的岩石蠕变外载的终值。有的专家认为，由于泥岩吸水膨胀，产生的体积应力会对周围岩石进行压缩，体积应力随之减小，最终与岩石压力达到平衡，在有射孔的套管处可以通过射孔释放体积应力，在没有射孔的套管位置则会对其产生挤压。通过国内外学者对泥岩变形蠕变的数学模型分析，认为泥岩蠕变在非均匀的地质应力作用下对套管的挤压力也是非均匀的，而且大小渐渐变大，增速先快后慢，套管受到的蠕变外载会趋于稳定。
在现实生产中，完井但是未注水时，套管和地层在水泥环的作用下紧密结合，套管不会发生变形，但是在油田注水后，在泥岩层，由于泥岩吸水软化膨胀，成岩部分塑性增强，蠕变增大，对于未射孔套管段，套管受到的地应力无法释放，当套管受到的外荷载大于套管屈服强度时，套管会发生形变或者破坏。
2.2 盐岩的蠕变滑移
盐岩层一般是比较软弱的地层，在各种外力因素的作用下容易发生蠕动和滑移。一般来说，井眼越深，岩层的蠕变会越明显。有德国的相关研究表明，埋藏在 2100米以下的岩层蠕变更加明显，而在2750米以下的盐岩甚至会发生连续流动。钻井资料也说明了这一点，油田盐岩层钻成后，盐岩的蠕动会让井眼缩径或者完全闭合，影响施工的进行。差应力，温度压强都会影响盐岩的蠕变。盐岩蠕变后产生非均匀的地应力，套管受到挤压变形。
盐岩层还有一个问题就是盐层坍塌，比如中原油田的油水井套损，有些管壁强度大于蠕动压力，仍发生了损坏，原因就是盐岩层坍塌的不均匀压力与塑性岩的流动。由于盐层的井壁可能出现坍塌现象，井眼变得不规则，这进一步使得固井时不能封固盐岩井段，在地下水或者注水长期的浸泡溶解后盐岩层形成空洞，上覆岩此时就容易发生坍塌，坍塌岩块撞击套管。另外由于盐岩在高温高压下可以塑性流动，因此如果封固不好，再加上地层倾角等因素，盐岩发生单向流动，盐岩层倾角越大，盐层越厚，套管的形变越大。
因此，在盐岩层较发育的地质条件下，技术套管应该下到盐岩段之下，减少盐岩段对套管的挤压，提高套管的抗挤压程度。盐岩层井段的套管抗挤外载的计算应该按照实际测量的上覆地层压力为依据。
2.3 油层出砂
油层出砂通常发生在弱胶结构的疏松砂岩的地质条件下。发生出砂的原因是油流的机械力将局部油层的结构破坏，局部油层变成没有胶结的散砂，随着油流被带走，导致油井出砂。通常情况下，油层的流速越小，对油层结构的破坏也就越小，一般产液的速度固定，所以油层结构的破坏也是在一定范围内。在高压注水机械采油操作后，有水驱动油的流动，砂岩层中的胶结物吸水膨胀或者发生水解，产生比较大的压强差，这样就破坏了套管附近的地质结构，令套管受力不均。油层出砂后，会在炮眼附近形成空洞，空洞的形成进一步导致了局部应力集中，油层结构继续被破坏。由于深层油层承受了比较大的垂向应力，如果油层出砂严重，对上覆岩的支撑就会相应的减弱，上覆岩可能失去支撑，这种状况打破了井筒附近的地应力平衡，当上覆地层压力远大于岩石骨架的结构应力和油层空隙压力时，会把一部分的应力转嫁管套，产生轴向的拉力，造成管套弯曲变形，甚至错断。
2.4 断层
油田在未开发的状态下，如果没有地震和地壳活动的影响，地应力是平衡的，地层是相对稳定的，但是由于在开发过程中高压注水等手段的使用，使得断层活动增加，造成断层附近的套管出现损坏，多为错断型损坏，而且套管损坏的位置正是断层的深度。随着注水时间的增加，套管附近地应力的平衡被打破，区块空间的压差增加，水流入断层接触面，使得接触面泥化，减小了摩擦系数，尤其遇到不密封的断层时，由于水的润滑作用，层面间的抗剪应力降低，出现断层上下盘沿断层面滑动现象，挤压套管，从而造成损坏。除了断层的滑动，断层附近常有微裂缝和一定厚度的破碎带。破碎带通常是些塑性岩层，强度低。在断层的作用下，砂岩错开与塑性岩接触封闭了断层。断层封闭后，塑性岩遇到水膨胀，与其他地质因素的共同作用下在断层附近容易形成高压区，地应力局部集中，损坏套管。
3 结语
影响油水井套损的地质因素有很多，还有地震，地层倾角等。笔者认为其中泥岩和盐岩地质是比较重要的影响因素，另外高压注水机械采油方法的使用也改变了原有的地质结构，诱发了断层活动和油层出砂等地质问题，成为了油水井套损的原因之一。不同的油区由于所在的地质环境不同，造成套损的原因也不同，工程人员需要理论结合实际，认真做好套管的保护工作。
参考文献
[1] 关松.油水井套损检测技术分析与评价[J].石油仪器，2010，（04）： 64
[2] 刘伟，李红南，安天下.中原油田高压注水诱发的油水井套管损坏原因分析[J].中国地质灾害与防治学报，2010，（06）：94-95
[3] 裴桂红，纪佑军.油水井套损的地质因素分析[J].武汉工业学院学报，2009，（09）：105