胡 超，付星辉，程文波，何 卉，任必锐

(1.江苏苏盐井神股份有限公司，江苏 淮安 223200；2.江苏省制盐工业研究所有限公司，江苏 淮安 223200)

1 前言

井矿盐盐井生产过程中，生产套管因各种原因在井下发生变形，不仅影响盐井生产能力，而且套管变形导致频繁修井作业，使生产运营成本提高，此外，严重变形将引起堵井而无法生产，影响盐井生命周期[1]。文章对淮安盐盆某盐矿开采盐井进行研究，统计了该矿区53口盐井生产套管情况(其中包含26对连通井、1口单井)，发现约1/4盐井套管存在不同程度变形，根据生产、修井及测井情况，总结盐井套管变形主要原因，并提出预防套管变形建议。

2 生产套管变形特征分析

该盐矿开采深度范围在1 100 m～2 400 m，斜井造斜段套管发生变形比例远高于直井段，变形点集中在套管与腔顶岩盐接触位置，埋深相对较浅盐井套管变形相对较少，埋深较大盐井变形较多，定向斜井套管相对于直井套管更容易发生变形。常见的变形方式有：套管内凹变形、套管口不规则椭圆、弯曲变形，严重的发生套管变形断落。图1为变形典型图片。

图1 淮安某盐矿盐井套管变形典型图片

3 生产套管变形原因及预防措施

3.1 变形原因分析

套管磨损的根本原因是套管所受负荷大于本身强度，导致套管破损。外在因素是由于采矿过程中的地应力变化、有效负荷增大而使外部受力增大；内在原因则是由于受到各种腐蚀和侧钻而引起的套管本身抗压强度降低[2]。据淮安盐盆盐井修、测井资料分析，造成盐井套管变形的因素主要有以下几个方面：

(1)盐穴顶部围岩压力应力集中+岩盐塑性变形。

钻井前各地层原始应力场是处于平衡状态的，而钻井施工打破了这种状态。钻井使井眼附近的岩层产生了临空面，井眼中的内应力就被释放，井壁以及附近岩层中的内应力在井眼周围聚集，使得孔壁的内应力比其他处的岩石地层内应力大的多，当集中处的内应力超过了围岩的屈服强度时，就会产生变形，而这些形变应力作用到套管上就容易引起套管的变形[3]。因此，在钻井施工过程中固井质量的好坏决定了套管的安全性。

我国岩盐矿床一般埋深在1 000 m～3 000 m，在该深度下地层温度将达到50 ℃～80 ℃，此时岩盐呈塑性状态，在钻井施工完成后，由于钻孔形成了地层的应力集中点，因此塑性变形的盐层对套管柱形成了连续的外挤压力，其大小相当于上覆岩层压力和本区域构造应力之和。当套管所受的挤压外力大于其抗压强度时，套管就会被挤压形变(图2左)。而当这种外部挤压力不均匀时，会使套管发生横向错断[4]。

(2)井眼造斜段形变(垂向悬空自重变形)。

斜井相对直井在套管与腔顶岩盐接点更容易变形，首先由于在造斜段井眼轨迹本身存在一定角度斜率，导致匹配井眼轨迹的套管也会发生变形弯曲，其次，由于开采后斜井造斜段套管处于悬空状态，在腔内受到向下重力作用加大，导致套管与岩盐接点变形，受到腔顶岩盐接触垮塌崩落可能性相比直井更大；水平向腔内剪切应力，和腔内悬空套管自重共同作用，导致斜井套管更易发生变形(图2右)。

斜井套管弯曲，导致套管抗挤压强度明显降低；斜井套管在溶腔内悬空较长，造成套管与盐腔接触位置二次反向扭曲受力，套管抗挤压强度缩减，套管发生形变。

(3)夹层垮塌+顶板垮塌。

我国井矿盐矿床大体是盐岩和泥岩夹层互层的特征。在开采过程中，泥岩夹层浸泡在盐卤中，其物理强度会有一定的弱化，难溶的泥岩夹层随着盐岩的溶解垮塌或者悬空，而悬空的泥岩夹层后期生产运营过程中也存在着垮塌的可能。泥岩发生垮塌的同时不仅会引起一定强度的冲击波，而且也会改变围岩的应力场平衡，这都会使得生产套管发生变形。另外，在开采过程中，盐井注水过程，当注水流量过大，注水关停、突然加大时，腔内悬空套管发生前后左右摆动，套管与腔顶岩盐接点摆动扭力，容易导致腔顶岩盐接触垮塌崩落，撞击套管变形。

(4)泥岩夹层缩颈

泥岩是一种强固结的岩石，但其物理特性却极不稳定，具有可塑性，吸水饱和后会发生膨胀，在井下高温、高压的环境下其蠕变和膨胀都会引发泥岩夹层缩颈。而泥岩蠕变和膨胀会产生强大的应力作用在套管上，当套管所受负荷大于自身抗压强度时，套管就会被挤压变形而遭到破坏[5]。

(5)套管腐蚀损耗。

套管内部处于高温、高压、高矿化度的卤水中会极易发生金属套管的电化学腐蚀；而在水泥未返至的地方，套管外部长期暴露在高温、高压、高盐环境中，对套管腐蚀也比较严重。此外，有些矿区在开采过程中，地层中含有的H2S等酸性气体也会对套管进行腐蚀。套管长期腐蚀损耗，强度会大大降低，从而发生变形甚至断裂。

(6)地层应力不均剪切。

采卤过程中因夹层和盐层接触面受力后，岩盐蠕变系数强于泥岩夹层，而发生不均匀蠕动形变收缩，或者地层本身可能存在应力不均匀，从而发生顺层剪切错动，导致套管变形。如果地质条件复杂，钻井钻遇断层区间，在后期地质变化中断层滑移会产生巨大的非均质剪切力，这种力作用在套管上也会使套管破坏。

(7)套管脱落。

当腔内生产套管悬空过长，注水过程，当注水流量过大时，会导致下部套管发生摆动、震荡。注水不稳定时，特别是急停或突然加大时，导致套管剧烈震动[6]。长时间摆动、震荡导致套管节箍丝扣松动，引起套管脱落。

3.2 预防盐井套管变形的建议

(1)生产过程中不易频繁割管，在不影响生产情况下减少割管频率，长时间开采套管底部被沉渣封埋，但一般不影响生产，有利于稳定悬空套管，有效减少摆动幅度。

(2)修井过程割管位置选取，在腔顶附近腔内节箍位置向下3 m～5 m位置割管，节箍加厚，抗变形能力加强，可以有效避免套管变形；腔顶向下割管预留一定长度，避免紧靠腔顶位置割管，破坏套管完整性，易发生变形。预留腔内套管不易过长，防止过长注水时腔内套管摆动幅度过大。

(3)生产过程稳定注水流量，打开或关闭阀门过程应稳定缓慢，防止管内流量剧烈变化导致腔内悬空套管发生前后左右摆动，适当控制最大流量；生产长时间停井时，应适当憋压，定期稳定压力，防止腔内压力剧烈变化。避免完全泄压后，腔内降低，易发生垮塌导致套管变形。

(4)根据盐岩开采深度，埋深越大，地层压力与腔内压力差越大，盐井越深需要选用耐压强度更高管材，优化组合选配套管，建议开采段可以选配耐压强度更高套管，特别是造斜段位置，可以有效预防套管变形，减少修井作业频次，节约成本。

(5)套管防腐主要通过防腐材料和防腐涂层来解决，但防腐材料非常昂贵，所以在实际生产过程中主要做好套管防腐涂层的工作。套管防腐涂层一般采用的手段有：金属涂层、化学涂层和有机材料涂层，而在选择涂层时，涂层不能与套管材料发生任何化学反应。

4 结论

1)井矿盐盐井生产套管常见的变形方式有：套管内凹变形、套管口不规则椭圆、弯曲变形，严重的发生套管变形断落。

2)造成生产套管变形甚至断裂脱落的原因有：一是盐穴顶部围岩压力、岩盐塑性变形、井眼造斜段形变、夹层及顶板垮塌、泥岩夹层缩颈、地层应力不均剪切、水流作用等产生的各种应力作用在套管上使套管发生形变破坏；二是套管自身因环境影响发生化学腐蚀和电化学腐蚀等产生损耗，从而降低了套管的抗压强度，使套管发生形变。

3)在实际生产过程中，要从多方面来预防套管变形。如减少割管频率、选择合适的割管位置、控制注水流量大小、使用更高强度的套管材质、做好套管内外的防腐蚀处理等措施。