華北油田套損現(xiàn)狀和油層套管上竄機理深入探討

1、華北油田套損現(xiàn)狀和油層套管上竄機理深入探討 目 錄概況套變、套損分析套管上竄分析結(jié)論 截止到2002年底，據(jù)不完全統(tǒng)計，華北油田共發(fā)現(xiàn)套變、套損和上竄井779口，占油田總井?dāng)?shù)的%。套損形式包括套管上竄、變形、錯斷、縮徑、破裂及漏失等。其中套變、套損井442口，占總套損井的56.7%；套管上竄井337口，占總套損井的43.3%。同時，華北油田油井套管損壞程度要比水井套管損壞程度嚴(yán)重，油井套損643口，占總套損井的82.5%，水井套損136口，占總套損井的17.5%。 1. 概況華北油田各采油廠套損井比例 從已發(fā)現(xiàn)的套變套損井的情況來看，除近幾年新投入開發(fā)的斷塊外，各油田都有一定數(shù)量的套變套損井，

2、前期開發(fā)的老油田情況更為嚴(yán)重，套變、套損井主要集中在采油四廠的京11斷塊，采油五廠的晉45斷塊，二連阿南油田的阿3、阿11、阿31斷塊和哈南油田的哈301、哈24斷塊。 2. 套變、套損分析油田分布特點華北油田部分?jǐn)鄩K套損狀況圖 由此可見，華北油田套管損壞井段大多發(fā)生在泥巖地層和砂巖地層，部分發(fā)生在膏鹽地層。 2. 套變、套損分析套損井巖性分布 通過對華北油田440口套損井統(tǒng)計，套損形式主要有套管變形、彎曲、錯斷及破裂漏失等四種。 2.套變、套損分析變形彎曲錯斷破裂漏失合計統(tǒng)計井?dāng)?shù)，口338362244440比例，%76.88.25.010.0/套變套損形式二連：95年36口，01年25口五廠

3、：93年16口，94年15口四廠：97-98年10口/年，01年16口2.套變、套損分析套損發(fā)現(xiàn)時間 由于套變套損井都是在作業(yè)中發(fā)現(xiàn)的，所以套變套損井井?dāng)?shù)與每年的作業(yè)次數(shù)也有直接的關(guān)系。以二連油田為例，9496年發(fā)現(xiàn)套變井?dāng)?shù)占作業(yè)井?dāng)?shù)的比例分別為12.8%、15.2%和12.6%，0102年發(fā)現(xiàn)套變井?dāng)?shù)占作業(yè)井?dāng)?shù)的比例分別為8.0%和8.9%，均高出其他年份，即出現(xiàn)了兩個相對高峰值。 2.套變、套損分析套損發(fā)現(xiàn)時間2.套變、套損分析套損完好時間 根據(jù)對采油三廠、采油四廠、采油五廠和二連公司的351口井統(tǒng)計，從油水井投產(chǎn)、投注到發(fā)現(xiàn)套變、套損時間最長的是采油三廠，套管平均完好時間為，時間最短的為

4、采油五廠，平均完好時間為，總平均。 采油三廠采油四廠采油五廠二連公司合計統(tǒng)計井?dāng)?shù)，口478761156351平均壽命，a12.19.93.65.57.8原因1：膏鹽層的“塑性”流動造成套管損壞 采油五廠荊丘油田的晉45斷塊膏鹽地層主要成份為膏巖、鹽巖和頁泥巖。在鉆井過程中，膏鹽層井徑擴大率過大，井眼曲率過大，造成井徑不規(guī)則使固井形不成均勻水泥環(huán)，這樣地層“塑性”流動就會對套管柱施加非均勻“點載荷”，從而對套管局部的擠壓力超出套管的抗擠壓力，造成鋼級為P110、壁厚為的高強度套管發(fā)生變形，甚至擠毀。 2.套變、套損分析套損原因分析原因2：油田“雙高”注水導(dǎo)致套管損壞 1)泥巖蠕變造成套管損壞 注

5、水開發(fā)后，注入水通過斷層、巖層界面、竄槽等侵入非注入泥巖層。泥巖屬于不穩(wěn)定巖體，被水潤濕后膠結(jié)強度大大降低。隨著水的繼續(xù)入侵，膠結(jié)力逐漸消失，其內(nèi)聚力隨泥巖含水增多而下降，改變了泥巖的力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力狀況，使泥巖層產(chǎn)生位移和變形從而擠壓套管，造成套管的錯斷或變形。 2.套變、套損分析套損原因分析2)斷層的存在導(dǎo)致套管損壞 位于斷層附近的注水井在高注水壓力的作用下，部分注入水通過斷層面導(dǎo)流到其它中、高滲透層，或滲透到泥巖層，致使部分?jǐn)鄬颖憩F(xiàn)出明顯的“導(dǎo)水”現(xiàn)象，注入水沿斷層面竄流，而侵入到上下泥巖層中，引起泥巖的膨脹蠕變，產(chǎn)生非均勻載荷擠壓套管；另一方面，斷層導(dǎo)水使斷層側(cè)面被“潤滑”，磨擦角變小，

6、容易發(fā)生側(cè)移，對套管產(chǎn)生剪切作用，而使套管遭到破壞，破壞特征為彎曲變形。因此，斷層導(dǎo)水造成斷層附近油水井套變、套損。 2.套變、套損分析套損原因分析原因3：射孔削弱套管強度導(dǎo)致套管損壞 射孔完井是油田重要的完井工藝，但射孔對套管強度有很大影響。由于射孔后套管強度降低，導(dǎo)致油井套管損壞。一是由于射孔后，套管孔眼周圍將產(chǎn)生不同長度的縱向裂紋，裂紋將產(chǎn)生應(yīng)力集中，又加快裂紋的發(fā)展，同時，裂紋區(qū)易加快套管腐蝕，也嚴(yán)重降低了套管強度。二是設(shè)計套管柱時，忽略了生產(chǎn)層射孔的問題。因此，在套管柱強度設(shè)計本來就不富余的情況下，因射孔對套管帶來一定的傷害，加速了套管的損壞。 2.套變、套損分析套損原因分析1、采油

7、五廠荊丘油田的膏鹽地層，采用雙層組合套管工藝緩解非均勻載荷對套管產(chǎn)生的外擠作用力，預(yù)防套管損壞見到了明顯效果。2、針對高注采比、高壓注水引起的構(gòu)造斷層復(fù)活、移動及泥巖層的蠕變、滑移造成的油水井套管損壞現(xiàn)象，進(jìn)一步調(diào)整開發(fā)方案，降低注采比，使注采趨于平衡，逐步降低地層壓力，將注水壓力控制在原始地層壓力水平附近，以減緩套管損壞速度。 2.套變、套損分析套損防治與治理3、采用小直徑工具應(yīng)用于套變井分注 由于套變套損井的存在，許多水井的常規(guī)分注工作無法開展，嚴(yán)重影響了區(qū)塊整體開發(fā)效果。為此，在套變井段（大于100mm ）應(yīng)用小直徑分注工具進(jìn)行分注，改善了分層治理效果。 在對套變、套損的治理上，針對套管

8、損壞形態(tài)，研究應(yīng)用了成熟的修復(fù)工藝技術(shù)。這些技術(shù)主要包括套管整形技術(shù)、加固技術(shù)、貼補技術(shù)、取套換套技術(shù)和側(cè)鉆技術(shù)等。 2.套變、套損分析套損防治與治理華北油田共有套管上竄井337口，占套損井總數(shù)的43.3%。主要分布在采油一廠和采油三廠。采油一廠有套管上竄井176口，占采油一廠套損井的84.2%，上竄最高達(dá)到。采油三廠共有套管上竄井161口，占采油三廠套損井總數(shù)的75.6%，上竄最高達(dá)到。3.套管上竄分析套管上竄分布采油一廠和三廠部分?jǐn)鄩K上竄井柱狀圖部分?jǐn)鄩K套管上竄高度對比油層套管將與表層套管焊接的環(huán)形鋼板頂開后上竄，導(dǎo)致井口抬升，造成抽油機懸繩器碰井口盤根盒或采油樹拉偏地面管線，影響油田生產(chǎn)

9、。少部分井由于環(huán)型鐵板未開焊或油套環(huán)行空間有水泥帽，套管上竄所產(chǎn)生的彈力無法釋放，導(dǎo)致油層套管在水泥返高以上某部位發(fā)生彎曲變形，甚至由于彎曲變形嚴(yán)重把油管擠斷，造成油井的大修。 同一斷塊不是所有的油水井都存在油層套管上竄現(xiàn)象，上竄井分布不均，沒有規(guī)律性，并且上竄高度也存在一定的差異。 3.套管上竄分析套管上竄表象任39井套管上竄井口圖片任39井懸繩器與盤根盒相對位置圖片任49井油層套管頂出地面 環(huán)形板裂開現(xiàn)場圖片路27-8井套管上竄引起的地面管線彎曲根據(jù)套管上竄井調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)及上竄的表象特征，認(rèn)為套管上竄與水文地質(zhì)、油田開發(fā)和現(xiàn)今地應(yīng)力的變化有一定的關(guān)系，特別是水文地質(zhì)的變化有可能是引起套管上

10、竄的主要原因。 3.套管上竄分析套管上竄原因分析 自新生代以來，由于華北平原長期處于下降趨勢，致使本區(qū)堆積了厚約30004000m的新生界地層。其中第四系厚度達(dá)400450m，自下而上分為下更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)。 3.套管上竄分析水文地質(zhì)條件第四系含水組淺層含水層組深層含水層組第四系含水層的第一含水組全部和第二含水組上部，底板埋深6070m，屬微承壓水類型，含水砂層巖性以粉細(xì)砂為主 深層含水層組分為上下兩段，上段相當(dāng)于第二含水組的下部和第三含水組，底界埋深300320m；下段相當(dāng)于第四含水組，底界埋深400450m。深層含水組上段含水砂層巖性以細(xì)砂，粉細(xì)砂為主。地下水位下降形成降

11、落漏斗導(dǎo)致地面沉降 由于滄州地區(qū)廣泛分布著巨厚的第四紀(jì)和晚第三紀(jì)松散巖類地層，近年來由于過量超采深層承壓水和地?zé)崮茉吹拈_發(fā)利用，地下水位持續(xù)大幅度下降，形成地下水位降落漏斗。華北地區(qū)普遍發(fā)生了地面沉降現(xiàn)象，使其成為沉降速度最快、沉降面積最大的重災(zāi)區(qū)。初步調(diào)查結(jié)果顯示，滄州地區(qū)地面沉降已相當(dāng)嚴(yán)重，城市、縣城乃至一些集中采水點均成為當(dāng)?shù)氐孛娉两抵行模纫詼嬷菔?、任丘、河間、黃驊為最，而滄州市乃是最大的沉降中心。3.套管上竄分析套管上竄原因分析滄州市區(qū)水井井口抬升圖 地面沉降引起套管上竄 如前所述，由于滄州地區(qū)廣泛分布著巨厚的第四紀(jì)和晚第三紀(jì)松散巖類地層，過量超采深層承壓水，導(dǎo)致地下水位持續(xù)大幅度下

12、降，水頭壓力降低，引起地層壓縮（地面沉降），地面標(biāo)高降低，而作為鋼性體的油水井套管則不能隨之壓縮，從而造成油水井套管的相對抬升上竄。因此，地層壓縮（地面沉降）是引起油水井套管上竄的主要原因之一。 3.套管上竄分析套管上竄原因分析3.套管上竄分析套管上竄原因分析 采油三廠河間東營斷塊的16口套管上竄井，開發(fā)年限在15年以上的有13口；開發(fā)年限在10年以內(nèi)的有3口。主要集中在河間東營三段砂巖地層。從采油曲線分析，各井從開發(fā)至今的生產(chǎn)情況基本平穩(wěn)，日產(chǎn)液量的起伏只是由于調(diào)參、換泵等造成的。油井開發(fā)數(shù)據(jù)分析間124井采油曲線根據(jù)開發(fā)生產(chǎn)需要，該井于1989年8月將原44mm泵換為56mm，1994年5

13、月改回44mm泵生產(chǎn)至今。間133井采油曲線該井于1986年9月將原44mm泵換為56mm，1989年9月改回44mm泵生產(chǎn)至今。二是對油層以及油層附近的巖層開采前后的變化進(jìn)行研究，主要結(jié)合油田開發(fā)的動、靜態(tài)資料和開發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究；三是對現(xiàn)今地應(yīng)力的研究，地應(yīng)力場它實際是“多場”的綜合效應(yīng)。一是水文地質(zhì)的研究，研究范圍是距離地表400450米以內(nèi)的淺層，主要結(jié)合水文地質(zhì)的資料和數(shù)據(jù)及地面沉降進(jìn)行研究；3.套管上竄分析下步研究方向3.套管上竄分析研究技術(shù)路線預(yù)防措施和防治辦法儲層壓力對上竄的影響規(guī)律研究油田開發(fā)資料水文地質(zhì)資料儲層壓力變化研究水文場變化對上竄的影響規(guī)律研究儲層沉降數(shù)學(xué)物理模型建立

14、地表水層沉降數(shù)學(xué)物理模型建立套管上竄規(guī)律研究水文場演變規(guī)律綜合分析確定套管上竄的主要影響因素、規(guī)律套管上竄的主要影響因素、影響規(guī)律及機理定量分析1、套管上竄原因統(tǒng)計分析 1）套管上竄規(guī)律統(tǒng)計分析對提供的套管上竄數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出套管上竄在時間和平面上的分布規(guī)律。 2）與油田開采有關(guān)的套管上竄相關(guān)性統(tǒng)計分析 3）與地下水開采有關(guān)的套管上竄統(tǒng)計分析 4）對上述統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行綜合分析，確定產(chǎn)生套管上竄的規(guī)律及主要原因。 3.套管上竄分析研究內(nèi)容2、建立套管上竄分析的數(shù)學(xué)物理模型 1)建立由于油藏開發(fā)引起套管上竄的數(shù)學(xué)和物理模型，確定隨著油田開采及井下壓力變化引起的地面下沉量。 2)建立由于地下水過

15、度開采引起的套管上竄的數(shù)學(xué)模型，定量計算由于一定的永久性水位降而引起的地面下沉量。 3)將上述兩種模型計算結(jié)果進(jìn)行綜合分析，將地層沉降量計算結(jié)果與套管上竄高度進(jìn)行對比，分析套管上竄與上述因素存在的切實聯(lián)系，確定影響套管上竄的主要因素。 3.套管上竄分析研究內(nèi)容 3、巖石物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)測試1）油層部位巖層巖石力學(xué)參數(shù)的測試由于油層開采后地層壓力降低，引起有效應(yīng)力增加，使地層壓實，引起油層以上地層下沉，因此在數(shù)學(xué)和物理模型中需要巖石本身的力學(xué)參數(shù)。2）地表巖土物理力學(xué)指標(biāo)室內(nèi)實驗 將地下水以上的巖土進(jìn)行分層，實驗測定不同性質(zhì)巖土層的物理力學(xué)指標(biāo)。3.套管上竄分析研究內(nèi)容1、采用地錨式套管預(yù)應(yīng)力完

16、井方法，在完井時，下入預(yù)應(yīng)力套管串，根據(jù)地表沉降速率以及套管承受的最大拉力，設(shè)計提拉套管伸長量，使之具有預(yù)應(yīng)力，以緩解地表下沉對套管上竄的影響。 2、設(shè)計專用的井口套管伸縮裝置，伸縮量根據(jù)地表沉降速率確定，當(dāng)?shù)乇硐鲁習(xí)r，伸縮裝置隨之下行，但不影響油井的正常生產(chǎn)。 3.套管上竄分析防治套管上竄的初步設(shè)想 1、油水井的套管損壞，是一個復(fù)雜的問題，往往是多種因素綜合作用的結(jié)果。但是，任何一種因素，在特定條件下，都可能成為套管損壞的主要因素。就華北油田的實際狀況來講，泥巖、膏鹽層的塑性流動壓力超過套管的安全抗擠負(fù)荷，是造成套管過多、過早損壞的主要原因，但并不是唯一的原因。因此，對鉆井、完井工藝、固井質(zhì)量、套管設(shè)計與井身質(zhì)量、油層出砂、高壓井下措施作業(yè)和化學(xué)腐蝕等因素，都不能忽視。 4.結(jié)論2、為防治