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摘要：在套损机理新认识的基础上，套管保护坚持“预防为主，防修结合”的工作方针，在套管防护和套损治理的实践中，不断总结经验、摸索规律，形成了一套从钻井完井、开发调整、生产管理、作业管理到套损井的报废更新等全过程的套管防護措施，使套损得到了有效的控制。
关键词：套损原因；预防措施
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、产生套损原因分析
（1）油层出砂是造成油层段套损的原因
（2）断层活动是引起套损的主要因素
（3）高压注水及井筒漏失造成泥岩膨胀，引起套损；频繁修井作业和施工不当也是导致套损的因素。
（4）套管的质量问题，固井质量的不合格、腐蚀和射孔等也是导致套损的因素之一。
二、地应力平衡原理
（1）整个地壳处于地应力平衡状态，当Smx-Smin大到一定数值时，地壳通过滑动的方式释放应力，使得应力重新平衡，油田构造整体上也处于应力平衡。
（2）地层中存在许多断层等不连续面，应力调整就是通过不同尺度的不连续面滑动进行调整。油田套损就是地应力失衡调整的结果。油田地应力失衡的尺度：单区块（单井）应力失衡导致区块成片套损或（单井损坏）；在油田开发过程中，由于注水使得应力失衡导致套管损坏。套损研究就是找到地应力失衡的原因。
正断层：
逆断层：
式中：SV-垂向应力；Smx-水平最大应力；Smin-水平最小应力；PP空隙压力；u-摩擦系数。
（3）套损研究技术流程和方法。见图1。
图1总体技术流程及方法
三、流程中的关键技术
主要有套损形态分析技术、套损特征统计分析方法、套损地质模型建立技术、地应力控制套损分布模拟技术、开发控制因素分析方法、工程控制因素分析方法、套损力学模型建立技术、套损综合预防技术。研究认为，出砂不是A油田套损的主控因素，泥岩水化是主控因素，在新认识的基础上，制定不同类型套损的预防措施。
3.1套损形态分析技术
套损形态力学性质分类方法。以前的套损分类比较混乱，没有以套损的力学性质为基础分类。提出了套损力学分类，可以直观的反应套损的力学性质。
（1）套损形态的力学分类。挤毁缩径、轴向弯曲、剪切错断、腐蚀破漏。
（2）套损形态特征测量手段。取套，多臂井径成像，铅模，井下电视。还有鹰眼、多臂井径、电磁探伤等技术。
（3）套损形态特征测量方法选择。套管力学损坏首选多臂井径测井，同时也打铅模。如果发现一口井损坏，要对周围的水井进行普查可以选择电磁探伤，虽然此方法不能确定套损形态，但可以在不动管柱的情况下对水井进行测量。但对于油井一般不用此方法（油井同样要动管柱）。对于腐蚀首选电磁探伤和井下电视。
3.2套损特征统计分析方法
采用套管名义寿命、套损程度的统计方法研究套损的分布规律。
（1）油水井套损名义寿命。将发现套损时间（T1）与完钻时间（或投产时间）（T0）之差定义为油水井套损名义寿命（T）。某区套损为非正常套损，有近一半的套损井服役小于10年，并非套管到了真正的寿命。
（2）套损程度分析。定义套管内径的相对变化率(R)，R=（Ri--Rs）/ Ri，Rs为变形后的最小井径；Ri为套管原始内径。
（3）套损在空间上的分析。统计某区套损点高度集中，740～1250m占66%，水泥返高以上套损点约占15%.
（4）套损在空间上分布分析。统计表明，套管总是在特定层位损坏，充分说明地质因素对套管损坏有控制作用。套管损坏地质因素分析主要研究某区沉积背景；套损部位对应的地质层位；套损部位对应的岩性；断层与套损的关系；构造与套损的关系。
3.3套损地质因素分析技术
（1）套损综合图套损位置，套损类型为缩径，套损位置处于两个已经射孔的油层之间，套损岩性为泥岩，上层地质层位为N2，下层地质层位为N3。可以确定该井是在泥岩段发生套损，且套损类型为缩径，确定此井套损机理为泥岩水化所致。
（2）套损地质层位。某区套损以油层部位为主，其中油层部位以N2为主。
（3）套损对应的岩性。泥岩为主，砂岩次之，砂泥岩界面最低。
（4）断层与套损。从平面或垂向上分布看，套损井是否在断层面上，建立套损地质模型。
3.4地应力控制套损分布模拟技术
根据老油田开发后期井网密度的特点，建立了开发后期地应力分布研究技术，将地应力分布与套损分布叠合在一张图上，确定地应力对套损的控制区域。以地应力测量为基础，建立了三维地应力分布模型，分析了套损与地应力分布的关系。首次发现地应力场控制套损分布，套损点不分布在地应力最高和地应力最低的区域，而是分布在高应力向低应力区过渡的区域，即地应力变化最快的区域，这为圈定套损易发区域提供了理论基础，并使得套损预防更有针对性。地应力控制套损分布，套损点分布在地应力变化最快的区域。从立体图看，套损点分布在“应力斜坡”上。找到地应力分布与套损分布的关系，这为圈定套损易发区域提供了理论基础，并使得套损预防更有针对性。
3.5开发控制因素分析方法
地质因素是套损的内因，开发因素是套损的外因。开发因素包括油田开发方式、注水压力以及含水等因素。
（1）套损与含水。含水上升速度加快，套损数量剧增，高含水导致高套损率，综合含水和套损明显相关。
（2）套损与压力。许多油田套损和注水压力关系明显，注水压力提高后，很快套损数量增加。以A油田为例。高压注水会导致地应力的变化，必须是建立在一定的地质条件之上的，只有在同时满足了地质条件、生产条件（高压注水）和地应力条件的情况下，剪切套损才会发生。套损率随着高压注水期具有明显增高的特点。
3.6工程控制因素分析方法
套损地质因素和套损地质模式分析表明，无论泥岩段进水套损，还是射孔砂岩段出砂套损，都和工程因素有着密切的关系。本研究首次发现钻井“狗腿”对套损的影响方式。同时，固井质量、套管钢级等几个方面具体也是影响套损的重要工程因素。
（1）钻井“狗腿”与套损。油田共统计了67口井90个套损点，其中33.3％套损点损坏于“狗腿”处，其中坏在“狗腿”处的套损点87.3％位于水泥返高之上。套损地质模型没有包含的那部分套损规律由此找到。
（2）固井质量与套损。油田开发后期，固井二界面质量普遍差，给水进入泥岩层提供了通道。
（3）套管钢级与套损。调查表明，P110 套管20.3％套损；N80套管35.4％套损；J55套管77.9％套损。说明高强度套管在某区有效。
3.7套损力学模型建立技术
套损地质因素是引起套管损坏的内因，开发因素是引起套管损坏的外因，但这两种因素都是通过力学因素直接作用到套管之上，从而使得套管在应力的作用下发生损坏，因此分析套管损坏的力学机理，建立套损力学模型，从而分析套损发生的条件，为套损预防打下理论基础。泥岩水化套损机理是泥岩水化后，泥岩强度降低，使得套管产生附加载荷，当套管上Von mise应力超过套管的屈服强度后，套管缩径损坏。
四、套损综合预防技术
4.1套管优化设计，防止泥岩水化套管挤毁
（1）泥岩水化套管损坏方式分析。当地应力全面超过套管强度时，发生均匀缩径挤压损坏；当地应力作用部分超过套管的屈服强度时（即沿着最大主应力方向），则导致套管椭圆缩径挤压损坏；当地应力作用在套管某点上或多点上超过了套管的屈服强度时，就会产生非均匀挤压损坏，其中非均匀挤压损坏与套管本身强度以及固井质量有重要关系。
（2）某区套管设计结果，钢级为P110，壁厚为7.72和9.17的套管均滿足泥岩水化对套管的要求，但综合考虑出砂套损条件，钢级为P110，壁厚为9.17的套管安全系数为1.22，因此推荐使用钢级为P110，壁厚为9.17的套管。
（3）钻井过程中避免”狗腿。“狗腿”套损力学模型分析表明，随着狗腿度的下降（180度为无狗腿度），套管临界屈曲载荷下降。当狗腿度为160度时，临界载荷下降15.38％，狗腿度小于等于2度时，套管临界屈曲载荷不下降，故钻井狗腿度不要大于2度为宜（从套损角度）。见图2和图3。
图2套管临界屈曲载荷与狗腿度关系图3套管临界屈曲载荷下降百分数与狗腿度关系
（4）有利的造斜方位，利于保护套管。钻井井眼轨迹某区域井壁稳定性好，钻井井眼轨迹应尽可能位于某个方向区间。
（5）提高固井质量，防止管外窜。固井二机面质量差，给水窜提供通道，提高固井质量，防治管外窜。
（6）水泥返高到井口。水泥返高到井口，可以同时解决上覆层套管弯曲损坏和套管外腐蚀问题；易套损部位要加强套损保护。
（7）采用合适的防砂技术。优化射孔参数，降低套管强度损失。研究表明，射孔密度为13-26孔/m时，射孔对套管强度的影响很小。密度为38-51孔/m和116孔/m时，套管抗轴向载荷的能力将下降20%以上。射孔相位采用60度相位螺旋射孔最好。
4.2套损预防措施
（1）优化套管设计，防止泥岩水化套管挤毁。一旦发现不整合面位置套管错断或套漏，马上关井并修复。
（2）不同层位选择适宜的井口注水压力，不允许超过破裂压力。
五、结论及认识
（1）研究套损机理与预防措施。应用力学理论结合地质与地应力基础资料，建立套损力学模型；分析套损力学条件。深入分析了套损统计特征、套损类型、套损数据库。套损井综合预防措施和方法形成了比较完善的预防机制体系，掌握套损分布规律，为套损研究指明方向。
（2）套损地质与开发因素。结合套损对应的岩性、套损层位测井曲线特征、建立套损地质模型。利用测井曲线与多臂井径对比确定地质层位；岩心分析确定套损对应的岩性特征；对比套损历程与开发历程找出二者关系，找出压力变化与套损井数趋势的关系；分析固井质量，综合所有资料给出造成套损主控因素。掌握套损基本特征，结合分析发生套损的条件，确定不同类型套损预防措施、提出不同类型套损预防。套损治理的关键在于预防。
参考文献：
[1] 王仲茂.油田油水井套管损坏的机理及防治[M].北京：石油工业出版社，1997.
关键词：套损原因；预防措施
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、产生套损原因分析
（1）油层出砂是造成油层段套损的原因
（2）断层活动是引起套损的主要因素
（3）高压注水及井筒漏失造成泥岩膨胀，引起套损；频繁修井作业和施工不当也是导致套损的因素。
（4）套管的质量问题，固井质量的不合格、腐蚀和射孔等也是导致套损的因素之一。
二、地应力平衡原理
（1）整个地壳处于地应力平衡状态，当Smx-Smin大到一定数值时，地壳通过滑动的方式释放应力，使得应力重新平衡，油田构造整体上也处于应力平衡。
（2）地层中存在许多断层等不连续面，应力调整就是通过不同尺度的不连续面滑动进行调整。油田套损就是地应力失衡调整的结果。油田地应力失衡的尺度：单区块（单井）应力失衡导致区块成片套损或（单井损坏）；在油田开发过程中，由于注水使得应力失衡导致套管损坏。套损研究就是找到地应力失衡的原因。
正断层：
逆断层：
式中：SV-垂向应力；Smx-水平最大应力；Smin-水平最小应力；PP空隙压力；u-摩擦系数。
（3）套损研究技术流程和方法。见图1。
图1总体技术流程及方法
三、流程中的关键技术
主要有套损形态分析技术、套损特征统计分析方法、套损地质模型建立技术、地应力控制套损分布模拟技术、开发控制因素分析方法、工程控制因素分析方法、套损力学模型建立技术、套损综合预防技术。研究认为，出砂不是A油田套损的主控因素，泥岩水化是主控因素，在新认识的基础上，制定不同类型套损的预防措施。
3.1套损形态分析技术
套损形态力学性质分类方法。以前的套损分类比较混乱，没有以套损的力学性质为基础分类。提出了套损力学分类，可以直观的反应套损的力学性质。
（1）套损形态的力学分类。挤毁缩径、轴向弯曲、剪切错断、腐蚀破漏。
（2）套损形态特征测量手段。取套，多臂井径成像，铅模，井下电视。还有鹰眼、多臂井径、电磁探伤等技术。
（3）套损形态特征测量方法选择。套管力学损坏首选多臂井径测井，同时也打铅模。如果发现一口井损坏，要对周围的水井进行普查可以选择电磁探伤，虽然此方法不能确定套损形态，但可以在不动管柱的情况下对水井进行测量。但对于油井一般不用此方法（油井同样要动管柱）。对于腐蚀首选电磁探伤和井下电视。
3.2套损特征统计分析方法
采用套管名义寿命、套损程度的统计方法研究套损的分布规律。
（1）油水井套损名义寿命。将发现套损时间（T1）与完钻时间（或投产时间）（T0）之差定义为油水井套损名义寿命（T）。某区套损为非正常套损，有近一半的套损井服役小于10年，并非套管到了真正的寿命。
（2）套损程度分析。定义套管内径的相对变化率(R)，R=（Ri--Rs）/ Ri，Rs为变形后的最小井径；Ri为套管原始内径。
（3）套损在空间上的分析。统计某区套损点高度集中，740～1250m占66%，水泥返高以上套损点约占15%.
（4）套损在空间上分布分析。统计表明，套管总是在特定层位损坏，充分说明地质因素对套管损坏有控制作用。套管损坏地质因素分析主要研究某区沉积背景；套损部位对应的地质层位；套损部位对应的岩性；断层与套损的关系；构造与套损的关系。
3.3套损地质因素分析技术
（1）套损综合图套损位置，套损类型为缩径，套损位置处于两个已经射孔的油层之间，套损岩性为泥岩，上层地质层位为N2，下层地质层位为N3。可以确定该井是在泥岩段发生套损，且套损类型为缩径，确定此井套损机理为泥岩水化所致。
（2）套损地质层位。某区套损以油层部位为主，其中油层部位以N2为主。
（3）套损对应的岩性。泥岩为主，砂岩次之，砂泥岩界面最低。
（4）断层与套损。从平面或垂向上分布看，套损井是否在断层面上，建立套损地质模型。
3.4地应力控制套损分布模拟技术
根据老油田开发后期井网密度的特点，建立了开发后期地应力分布研究技术，将地应力分布与套损分布叠合在一张图上，确定地应力对套损的控制区域。以地应力测量为基础，建立了三维地应力分布模型，分析了套损与地应力分布的关系。首次发现地应力场控制套损分布，套损点不分布在地应力最高和地应力最低的区域，而是分布在高应力向低应力区过渡的区域，即地应力变化最快的区域，这为圈定套损易发区域提供了理论基础，并使得套损预防更有针对性。地应力控制套损分布，套损点分布在地应力变化最快的区域。从立体图看，套损点分布在“应力斜坡”上。找到地应力分布与套损分布的关系，这为圈定套损易发区域提供了理论基础，并使得套损预防更有针对性。
3.5开发控制因素分析方法
地质因素是套损的内因，开发因素是套损的外因。开发因素包括油田开发方式、注水压力以及含水等因素。
（1）套损与含水。含水上升速度加快，套损数量剧增，高含水导致高套损率，综合含水和套损明显相关。
（2）套损与压力。许多油田套损和注水压力关系明显，注水压力提高后，很快套损数量增加。以A油田为例。高压注水会导致地应力的变化，必须是建立在一定的地质条件之上的，只有在同时满足了地质条件、生产条件（高压注水）和地应力条件的情况下，剪切套损才会发生。套损率随着高压注水期具有明显增高的特点。
3.6工程控制因素分析方法
套损地质因素和套损地质模式分析表明，无论泥岩段进水套损，还是射孔砂岩段出砂套损，都和工程因素有着密切的关系。本研究首次发现钻井“狗腿”对套损的影响方式。同时，固井质量、套管钢级等几个方面具体也是影响套损的重要工程因素。
（1）钻井“狗腿”与套损。油田共统计了67口井90个套损点，其中33.3％套损点损坏于“狗腿”处，其中坏在“狗腿”处的套损点87.3％位于水泥返高之上。套损地质模型没有包含的那部分套损规律由此找到。
（2）固井质量与套损。油田开发后期，固井二界面质量普遍差，给水进入泥岩层提供了通道。
（3）套管钢级与套损。调查表明，P110 套管20.3％套损；N80套管35.4％套损；J55套管77.9％套损。说明高强度套管在某区有效。
3.7套损力学模型建立技术
套损地质因素是引起套管损坏的内因，开发因素是引起套管损坏的外因，但这两种因素都是通过力学因素直接作用到套管之上，从而使得套管在应力的作用下发生损坏，因此分析套管损坏的力学机理，建立套损力学模型，从而分析套损发生的条件，为套损预防打下理论基础。泥岩水化套损机理是泥岩水化后，泥岩强度降低，使得套管产生附加载荷，当套管上Von mise应力超过套管的屈服强度后，套管缩径损坏。
四、套损综合预防技术
4.1套管优化设计，防止泥岩水化套管挤毁
（1）泥岩水化套管损坏方式分析。当地应力全面超过套管强度时，发生均匀缩径挤压损坏；当地应力作用部分超过套管的屈服强度时（即沿着最大主应力方向），则导致套管椭圆缩径挤压损坏；当地应力作用在套管某点上或多点上超过了套管的屈服强度时，就会产生非均匀挤压损坏，其中非均匀挤压损坏与套管本身强度以及固井质量有重要关系。
（2）某区套管设计结果，钢级为P110，壁厚为7.72和9.17的套管均滿足泥岩水化对套管的要求，但综合考虑出砂套损条件，钢级为P110，壁厚为9.17的套管安全系数为1.22，因此推荐使用钢级为P110，壁厚为9.17的套管。
（3）钻井过程中避免”狗腿。“狗腿”套损力学模型分析表明，随着狗腿度的下降（180度为无狗腿度），套管临界屈曲载荷下降。当狗腿度为160度时，临界载荷下降15.38％，狗腿度小于等于2度时，套管临界屈曲载荷不下降，故钻井狗腿度不要大于2度为宜（从套损角度）。见图2和图3。
图2套管临界屈曲载荷与狗腿度关系图3套管临界屈曲载荷下降百分数与狗腿度关系
（4）有利的造斜方位，利于保护套管。钻井井眼轨迹某区域井壁稳定性好，钻井井眼轨迹应尽可能位于某个方向区间。
（5）提高固井质量，防止管外窜。固井二机面质量差，给水窜提供通道，提高固井质量，防治管外窜。
（6）水泥返高到井口。水泥返高到井口，可以同时解决上覆层套管弯曲损坏和套管外腐蚀问题；易套损部位要加强套损保护。
（7）采用合适的防砂技术。优化射孔参数，降低套管强度损失。研究表明，射孔密度为13-26孔/m时，射孔对套管强度的影响很小。密度为38-51孔/m和116孔/m时，套管抗轴向载荷的能力将下降20%以上。射孔相位采用60度相位螺旋射孔最好。
4.2套损预防措施
（1）优化套管设计，防止泥岩水化套管挤毁。一旦发现不整合面位置套管错断或套漏，马上关井并修复。
（2）不同层位选择适宜的井口注水压力，不允许超过破裂压力。
五、结论及认识
（1）研究套损机理与预防措施。应用力学理论结合地质与地应力基础资料，建立套损力学模型；分析套损力学条件。深入分析了套损统计特征、套损类型、套损数据库。套损井综合预防措施和方法形成了比较完善的预防机制体系，掌握套损分布规律，为套损研究指明方向。
（2）套损地质与开发因素。结合套损对应的岩性、套损层位测井曲线特征、建立套损地质模型。利用测井曲线与多臂井径对比确定地质层位；岩心分析确定套损对应的岩性特征；对比套损历程与开发历程找出二者关系，找出压力变化与套损井数趋势的关系；分析固井质量，综合所有资料给出造成套损主控因素。掌握套损基本特征，结合分析发生套损的条件，确定不同类型套损预防措施、提出不同类型套损预防。套损治理的关键在于预防。
参考文献：
[1] 王仲茂.油田油水井套管损坏的机理及防治[M].北京：石油工业出版社，1997.