溫度 在稠油熱采過程中,井筒溫度可達到350℃。在高溫條件下,套管的性能將發生一定的變化;同時,套管將產生熱應力。試驗表明,至少有3個套管性能參數與熱采井溫度有關,即金屬線膨脹系數、鋼材彈性模量和套管規定最小屈服強度。這些性能的變化將直接影響到套管的強度。
理論及實踐證明:熱采井高溫及溫度劇烈變化是套管損壞的主要原因。
在持續高溫和軸向拉應力作用下,套管產生疲勞裂紋和壓縮變形,造成套管損壞。松弛現象使套管接箍的密封性能受到影響。此外,隨著注汽周期增加,殘余應力越來越大,而井況和套管性能越來越差。從調查可知,在前7輪注汽中,套管損壞占81.7%,前三輪注汽過程中套管損壞約占35.4%;當第三周期之后,N80套管殘余應力將會達到屈服極限。
油井出砂 熱采井出砂是稠油油藏巖石結構和性質的特征所決定的。同時,在蒸汽吞吐過程油井回采水率低,地下大量存水,不僅直接影響吞吐效果,還會造成泥巖膨脹流動和油井大量出砂。油層壓力也很低,上覆地層壓力增加,會使套管受擠壓錯位。
圓螺紋接頭不適合熱采井要求 經多臂井徑儀測井證實,套管損壞多發生在螺紋連接部位,多數是圓螺紋連接的J-55套管。圓螺紋接頭抗高溫、密封極限都低。這種螺紋接頭的環向裝配應力較大,有可能導致筒體屈服。
水泥封固質量不好 在持續高溫下,水泥強度降低或有微環空隙,在油層部位水泥環強度因射孔更低,甚至將套管射裂,加上油井出砂地層虧空等,這些都是套管在外壓力作用下失穩造成絲扣泄漏和套管損壞。失穩破壞的臨界長度經計算在溫度200~250℃時約10m左右。當溫度急劇變化時,內壓力和軸向力也急劇變化,尤其在上部水泥空段更容易造成套管變形。