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韓禮紅，博士，正高級工程師，博士生導(dǎo)師。工程材料研究院油氣鉆采輸送全國重點實驗室副主任，陜西省“三秦學(xué)者”創(chuàng)新團隊負(fù)責(zé)人。韓禮紅長期從事油氣井筒完整性控制技術(shù)研究，承擔(dān)國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家油氣專項及省部級項目20余項；獲省部級科技獎勵30余項；授權(quán)專利60余件，發(fā)表論文120余篇，其中SCI/EI收錄50余篇；制修訂國際ISO、國家及石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)10余項。

油氣開發(fā)離不開井筒，套管是井筒完整性的關(guān)鍵屏障之一。我國每年消耗套管約160萬噸，價值逾200億元，套損防治對國民經(jīng)濟影響較大。

套管損壞包括變形、腐蝕、泄漏、磨損等，這些都會給井筒服役壽命帶來不利影響。因此，研究適用的套管設(shè)計方法，開發(fā)高性能產(chǎn)品，開展管材適用性評價及下井后監(jiān)測檢測和評估技術(shù)，形成規(guī)范的應(yīng)用技術(shù)，確保套管服役安全，一直是油氣井工程建設(shè)的重點環(huán)節(jié)之一。

近百年來，國內(nèi)外油氣井工程中，套管設(shè)計基本遵循美國石油學(xué)會的強度設(shè)計方法，針對井下溫度、地層載荷、流體壓力、腐蝕性介質(zhì)等變化持續(xù)完善，基本可以滿足常規(guī)油氣井需求，但針對復(fù)雜環(huán)境尚需結(jié)合井下復(fù)雜載荷進一步完善。

近年來，油氣井工程有兩類套管損壞比較突出。

第一類套管損壞主要發(fā)生在稠油蒸汽吞吐熱采井，生產(chǎn)中的大溫差變化會誘發(fā)材料熱塑性變形。這一現(xiàn)象在國內(nèi)外普遍存在，數(shù)十年無法根治，其根源就在于上述強度設(shè)計方法不允許套管發(fā)生塑性變形，所以它并不適合此類井。預(yù)防此類套管變形，必須為材料的熱塑性變形尋找容身之處。對此，工程材料研究院和新疆油田聯(lián)合啟動攻關(guān)，提出一個新思路，通過套管的拉壓循環(huán)均勻變形來消耗熱效應(yīng)，從而建立了基于應(yīng)變的熱采井套管設(shè)計新方法，并提出詳細(xì)的材料參數(shù)體系。該項技術(shù)在新疆油田完成了現(xiàn)場試驗，歷經(jīng)12年服役，注汽吞吐35輪次，迄今服役安全。該成果已形成我國首項擁有完全自主產(chǎn)權(quán)的國家標(biāo)準(zhǔn)，為此類套損預(yù)防提供了寶貴經(jīng)驗，有大力推廣價值。

第二類套管損壞是頁巖氣井套管大量變形，這在國內(nèi)普遍存在。它會造成油田無法順利壓裂、工時拖延、頻繁測井等工程損耗。這類損傷與地層運移活動有直接關(guān)系，包括裂縫與斷層活動、頁巖層滑移、地層膨脹等，而當(dāng)前的套管設(shè)計仍然局限于強度設(shè)計范疇，沒有考慮地層位移影響。從現(xiàn)場多次測井?dāng)?shù)據(jù)看，在多級壓裂中套管變形是持續(xù)加大的，和地層緩慢運動是一致的，這屬于位移控制，傳統(tǒng)的強度設(shè)計方法是無解的，必須為地層運移提供合適的容身之處。據(jù)此，我們團隊提出全井筒協(xié)調(diào)變形新思路，對水泥環(huán)進行改性增塑，讓它空心化。當(dāng)?shù)貙舆\移發(fā)生時，其直接接觸的水泥環(huán)會局部破碎，從而容納地層位移，保護套管。該項技術(shù)在西南頁巖氣開發(fā)中已經(jīng)實施了14口井，目前已完成壓裂10口井，只有1口井因為地層位移過大而發(fā)生丟段，整體應(yīng)用效果良好，在復(fù)雜壓裂工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

近年，中國石油曾開展了一次系統(tǒng)的套損普查。結(jié)果表明，約90%套損都是套管變形所致，其來源除蒸汽吞吐外，更多的因素包括泥巖吸水膨脹、巖層界面滑移、鹽膏層蠕變、地層出砂掏空、儲層下陷等。對此，可以借鑒頁巖氣井套管變形預(yù)防技術(shù)來預(yù)防。

在相關(guān)的研究平臺建設(shè)方面，工程材料研究院建立了較為完善的套管模擬試驗平臺，可進行復(fù)雜加載、介質(zhì)腐蝕、流體沖刷等模擬試驗，開發(fā)了全井筒模擬試驗裝備。但在井筒與地層交互作用模擬方面仍然欠缺，需要建設(shè)大型工程試驗井模擬平臺，實現(xiàn)全井筒全工況全壽命模擬評價，為工程建設(shè)提供支撐數(shù)據(jù)。此外，套損井修復(fù)方面，包括整形、貼補、取換套、側(cè)鉆等技術(shù)與工藝尚需持續(xù)提升，包括對高鋼級套管及水平井的適用性，耐高溫密封材料、深井取換套技術(shù)、高耐磨筆尖工具材料等都是該領(lǐng)域的熱點問題。

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