温度 在稠油热采过程中,井筒温度可达到350℃。在高温条件下,套管的性能将发生一定的变化;同时,套管将产生热应力。试验表明,至少有3个套管性能参数与热采井温度有关,即金属线膨胀系数、钢材弹性模量和套管规定最小屈服强度。这些性能的变化将直接影响到套管的强度。
理论及实践证明:热采井高温及温度剧烈变化是套管损坏的主要原因。
在持续高温和轴向拉应力作用下,套管产生疲劳裂纹和压缩变形,造成套管损坏。松弛现象使套管接箍的密封性能受到影响。此外,随着注汽周期增加,残余应力越来越大,而井况和套管性能越来越差。从调查可知,在前7轮注汽中,套管损坏占81.7%,前三轮注汽过程中套管损坏约占35.4%;当第三周期之后,N80套管残余应力将会达到屈服极限。
油井出砂 热采井出砂是稠油油藏岩石结构和性质的特征所决定的。同时,在蒸汽吞吐过程油井回采水率低,地下大量存水,不仅直接影响吞吐效果,还会造成泥岩膨胀流动和油井大量出砂。油层压力也很低,上覆地层压力增加,会使套管受挤压错位。
圆螺纹接头不适合热采井要求 经多臂井径仪测井证实,套管损坏多发生在螺纹连接部位,多数是圆螺纹连接的J-55套管。圆螺纹接头抗高温、密封极限都低。这种螺纹接头的环向装配应力较大,有可能导致筒体屈服。
水泥封固质量不好 在持续高温下,水泥强度降低或有微环空隙,在油层部位水泥环强度因射孔更低,甚至将套管射裂,加上油井出砂地层亏空等,这些都是套管在外压力作用下失稳造成丝扣泄漏和套管损坏。失稳破坏的临界长度经计算在温度200~250℃时约10m左右。当温度急剧变化时,内压力和轴向力也急剧变化,尤其在上部水泥空段更容易造成套管变形。