尹磊

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的逐漸提高，社會(huì)生活水平的隨著提高，人們生活與企業(yè)生產(chǎn)對(duì)于能源的需求量日漸增加，這就對(duì)能源行業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求。石油是支撐我國(guó)社會(huì)生活與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的基本能源，有必要就其當(dāng)前生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行完善，嚴(yán)格把握各方面的細(xì)節(jié)，以此促進(jìn)石油資源質(zhì)量以及生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提高。

關(guān)鍵詞：油田油水套管；損壞；預(yù)測(cè)

引言：石油是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?lái)源，為了使其更好地服務(wù)于社會(huì)發(fā)展，有必要針對(duì)事業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把握，保證石油產(chǎn)品質(zhì)量。

1.對(duì)油田油水套管的損害進(jìn)行預(yù)測(cè)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(jìn)行正常生產(chǎn)的過(guò)程中，套管會(huì)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(zhì)的侵蝕作用，在這種情況下，管套會(huì)產(chǎn)生一定程度的損壞是必不可免的。為了進(jìn)一步保證石油生產(chǎn)工作的效率以及石油資源的質(zhì)量，那么就一定要對(duì)套管的損壞情況進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)。

2 套管損壞的預(yù)測(cè)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(yīng)力， 而這以作用力的影響就是知識(shí)套管出現(xiàn)損壞的一大原因。以此，需要對(duì)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(shè)匯川，相關(guān)專家通過(guò)反復(fù)性的實(shí)驗(yàn)工作得出結(jié)論：套管在受到非均勻載荷作用的情況下，其擠壓強(qiáng)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(yàn)證基礎(chǔ)， 推導(dǎo)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(duì)前者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了再次驗(yàn)證。

竇益華等人以粘彈性相應(yīng)理論為依據(jù)，通過(guò)遺傳積分算法的應(yīng)用得出蠕變層井下套管圍壓的計(jì)算方法。以上研究均明確提出套管的實(shí)際載荷情況具有很大的復(fù)雜性，因此想要通過(guò)這種解析過(guò)程準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)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(dāng)前應(yīng)用較多的一種方法，它可以針對(duì)項(xiàng)目中部分工程的非均質(zhì)和不連續(xù)性進(jìn)行預(yù)測(cè)分析， 可以給出巖體的應(yīng)力、變形大小和分布， 并近似地依據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變規(guī)律去分析結(jié)構(gòu)的變形破壞機(jī)制。在相關(guān)專家針對(duì)非均勻地應(yīng)力作用下的地層流變對(duì)套管產(chǎn)生的外力作用時(shí)，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(duì)均勻地應(yīng)力影響下的理論解和數(shù)值解進(jìn)行全面驗(yàn)證之后，將某油田作為研究對(duì)象進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，最后得出結(jié)論：蠕變底層在受到非均勻地應(yīng)力的影響下會(huì)對(duì)套管產(chǎn)生一個(gè)大于地應(yīng)力的非均勻徑向外擠力和一個(gè)非均勻切向外載力。后又有其他學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)套管在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后可以實(shí)現(xiàn)基本穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)，套管在受到非均勻載荷例的影響下，其四周的應(yīng)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(huì)產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。如果是大型油田，那么套管面臨的就并非只是平面應(yīng)變問(wèn)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(chǎn)生的復(fù)雜性形變問(wèn)題。練章華等人就套管在立體空間內(nèi)所受到的多種作用力而構(gòu)建起有限元仿甄力學(xué)模型及對(duì)應(yīng)的套管變形的有限元仿真軟件，針對(duì)套管受壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲等組合載荷作用下的變形進(jìn)行了仿真模擬。射孔對(duì)套管的損害具有很大的影響，因此對(duì)其影響強(qiáng)度的研究是一個(gè)重要方向。有專家通過(guò)有限元軟件對(duì)各個(gè)規(guī)格的管套分別在外壓下射孔孔徑、密度、相位對(duì)套管射孔應(yīng)力的影響進(jìn)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(nèi)應(yīng)力也隨著變大，這樣一來(lái)套管的抗壓能力就大大見(jiàn)小。如果射孔的密度、相位及孔徑均不變，那么其產(chǎn)生的應(yīng)變與最大應(yīng)力均不可能超出允許范圍。隨后，劉建軍及尹中民等有針對(duì)注水井泄壓過(guò)程中的套損問(wèn)題進(jìn)行了深入性研究，最后通過(guò)將有限元與有限元差分進(jìn)行結(jié)合，得出禍合數(shù)值計(jì)算方法，應(yīng)用此方法可以準(zhǔn)確的分析出不同滲透率、不同儲(chǔ)層厚度、不同壓差下套管受的擠壓力情況。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)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(qiáng)。儲(chǔ)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(chǔ)，利用邊界積分方程代替微分方程，在區(qū)域的邊界上進(jìn)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(shì)就在于可以使問(wèn)題的維數(shù)降低，并且進(jìn)一步促進(jìn)了計(jì)算速度與精度的提升。但是此方法的缺點(diǎn)就在于邊界元無(wú)法很好的適應(yīng)變系數(shù)及非線性問(wèn)題，因此其實(shí)際應(yīng)用就收到了一定的限制。

拉格朗日元法。此法實(shí)際上就是應(yīng)用動(dòng)力松弛的方法分析非線性大變形問(wèn)題的過(guò)程， 在這一分析過(guò)程中無(wú)需剛度矩陣及復(fù)雜性的聯(lián)立方程組， 實(shí)用性高。有專家將軟泥巖地層的井眼縮徑變形看成一個(gè)整體的大變形問(wèn)題， 以剪切破壞的莫爾一庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則為井壁變形破壞準(zhǔn)則， 通過(guò)拉格朗日元法， 以南海油田樂(lè)東8井的相關(guān)實(shí)際情況為基礎(chǔ)成功計(jì)算分析出對(duì)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(guò)相關(guān)有限差分計(jì)算軟件的應(yīng)用研究得出了在鹽膏層的蠕變擠壓應(yīng)力作用下， 套管會(huì)產(chǎn)生較高的環(huán)向應(yīng)力和豎向應(yīng)力的結(jié)論[2]。

2.3實(shí)測(cè)法

很多專家與學(xué)者針對(duì)工程測(cè)井設(shè)備及相關(guān)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了升級(jí)和完善，工程測(cè)井技術(shù)的應(yīng)用基本上都是根據(jù)相關(guān)物理信號(hào)而對(duì)管內(nèi)可能存在的問(wèn)題進(jìn)行間接性的評(píng)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(nèi)徑的變化信息。井壁超聲成像的監(jiān)測(cè)方法能夠?yàn)槲覀兲峁┲庇^而全面性的套管損壞信息。而噪聲檢測(cè)就是針對(duì)已經(jīng)形成的管漏及竄槽問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)。方位系列用于確定套管變形的方位角度。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，造成油田有誰(shuí)套管損壞的因素有很多，為了全面保證使用生產(chǎn)工作質(zhì)量，相關(guān)人員還需在事件的過(guò)程中不斷提高研究力度，進(jìn)一步精確對(duì)套管損壞情況的預(yù)測(cè)與計(jì)算，從而保證我國(guó)石油行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李進(jìn)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(yù)測(cè)方法及礦場(chǎng)試驗(yàn)[J]. 石油學(xué)報(bào)，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(yù)測(cè)方法綜述[J]. 新疆石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，（04）：50-54+7.