裂縫性低滲透砂巖油藏套管變形防治技術(shù)研究

李國(guó)清

摘要 本文針對(duì)新民油田套管變形特點(diǎn)，進(jìn)行機(jī)理分析，研究適應(yīng)低滲透裂縫性油藏特點(diǎn)的套管變形防治技術(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得較好的效果，為實(shí)現(xiàn)新民油田的有效開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞 裂縫性油藏；低滲透油藏；套管變形；防治技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)TE245 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2011）43-0064-02

新民油田屬裂縫性低滲透砂巖油藏，進(jìn)入注水開(kāi)發(fā)中后期油水井套管變形日益嚴(yán)重。為了提高油田采出程度，防止區(qū)域規(guī)模套變，有必要對(duì)新民油田的套變機(jī)理有一個(gè)充分的認(rèn)識(shí)，并對(duì)套損井的防治技術(shù)作以深入研究。

1 新民油田套管變形特點(diǎn)

新民油田為特低滲透油田，開(kāi)發(fā)主要目的層為扶余油層，儲(chǔ)層發(fā)育天然裂縫，對(duì)注水開(kāi)發(fā)起主導(dǎo)作用的裂縫方向基本近東西向。

新民油田套管損壞的主要形態(tài)為橢圓、錯(cuò)斷、彎曲和套管漏。

統(tǒng)計(jì)表明，套管變形井在平面和縱向有明顯特點(diǎn)。平面上，受裂縫方向和分布控制，套管損壞井主要分布在斷層附近或與斷層垂直的方向上?？v向上，套管損壞點(diǎn)主要集中在層間交界處（b/a界線）。其兩層交界面為泥巖破碎帶。套變井變點(diǎn)在b/a界線上下50m范圍內(nèi)的占變點(diǎn)總數(shù)的80％；套返井漏點(diǎn)多發(fā)生在第三系以上地層段（200m以上地層段）。

2 套管變形機(jī)理

新民油田套管變形的研究表明，套管變形與低滲透油田開(kāi)發(fā)特點(diǎn)（注水開(kāi)發(fā)、壓裂投產(chǎn)）有關(guān)，套管腐蝕損壞與淺層水物理化學(xué)性質(zhì)、增產(chǎn)措施（酸化）有關(guān)。

2.1 泥巖吸水蠕變?cè)斐商坠軗p壞

油水井新井投產(chǎn)投注后的一段時(shí)間內(nèi)，地應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，由于套管的抗外擠強(qiáng)度遠(yuǎn)大于最大主應(yīng)力，所以套管不會(huì)發(fā)生變形；油田注水開(kāi)發(fā)后，在裂縫的作用下注入水進(jìn)入泥巖時(shí)，泥巖吸水軟化，其成巖的膠結(jié)力逐步消失，使不等三維地應(yīng)力逐步趨于相等，并成為潛在的應(yīng)力釋放帶。這時(shí)泥巖開(kāi)始蠕變，隨著注入水作用時(shí)間的延長(zhǎng)，蠕變速度加快，使井眼周?chē)牡貞?yīng)力重新分布，這樣就必然在井壁形成應(yīng)力集中，作用于套管上。對(duì)于非射孔段，套管受橢圓形應(yīng)力作用無(wú)法釋放，迫使非均勻水平應(yīng)力擠壓套管，當(dāng)最大周向應(yīng)力大于套管抗外擠強(qiáng)度時(shí)，套管發(fā)生橢圓變形。泥巖蠕變產(chǎn)生的應(yīng)力作用使套管發(fā)生變形是新民油田套管損壞的主要原因之一，套變井中58.1%屬于橢圓變形。

2.2 巖層滑動(dòng)引起套管損壞

注水開(kāi)發(fā)油田，當(dāng)注入壓力達(dá)到一定值后，注入水通過(guò)裂縫竄到泥巖層，使之吸水，降低了巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，此時(shí)地層在重力作用下，有沿地層傾角下滑的趨勢(shì)，當(dāng)?shù)貙觾A角大于地層滑移臨界傾角時(shí)，地層產(chǎn)生滑移。如果當(dāng)滑動(dòng)地層中所含堅(jiān)硬巖石的抗壓強(qiáng)度大于套管的抗外擠強(qiáng)度時(shí)，套管被剪切；如果其值小于套管抗外擠強(qiáng)度時(shí)，套管將會(huì)彎曲。新民油田套變井中，27.9%屬于套管錯(cuò)斷，14%口屬于套管彎曲，可見(jiàn)地層滑移是新民油田套管損壞的另一主要原因。

2.3 腐蝕造成套管損壞

井下套管腐蝕有4種類(lèi)型：電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕、細(xì)菌腐蝕、氫脆。最常見(jiàn)的腐蝕是電化學(xué)腐蝕，其次是化學(xué)腐蝕。

電化學(xué)腐蝕主要是淺層水造成套管外表面腐蝕，現(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)的是溶解氧、CO2和H2S造成的。

反應(yīng)式：H2OH++OH-

Fe2++2（OH-）=Fe（OH）2

4Fe（OH）2 +O2+2H2O= 4Fe（OH）3

這種反應(yīng)長(zhǎng)期下去，套管被腐蝕穿孔，或出現(xiàn)嚴(yán)重麻點(diǎn)現(xiàn)象，使套管強(qiáng)度降低，造成淺層套管漏。新民油田已治理套返井中，均為淺層套管漏。

3 防止套管變形技術(shù)

通過(guò)對(duì)套管變形機(jī)理的分析研究成果，新民油田主要采取防止注入水竄入泥巖隔層、注水井早期注防膨脹劑、采用高強(qiáng)度壁厚套管、防止套管腐蝕等四項(xiàng)有針對(duì)性措施，防止套管變形，通過(guò)應(yīng)用取得較好效果。

3.1 防止注入水竄入泥巖隔層

3.1.1 提高固井質(zhì)量，保證層間互不相竄

針對(duì)防竄采取了以下技術(shù)措施：針對(duì)不同區(qū)塊的地層特點(diǎn)和地層壓力，分別采用雙凝雙密度水泥漿固井；油層段以上每 20m配置一個(gè)扶正器；油層段每10m配置一個(gè)扶正器，保證套管居中；應(yīng)用復(fù)合外加劑調(diào)整水泥漿性能，控制水泥漿上返速度和上返高度。固井水泥上返高度在油層頂界150m；向井內(nèi)擠注作業(yè)時(shí)，井底壓力不得超過(guò)地層破裂壓力。

3.1.2注入壓力限制在地層破裂壓力以下

注入壓力應(yīng)以滿足注水量、防止套管變形為合理注入壓力，如果兩者發(fā)生矛盾，則應(yīng)考慮改善注入水質(zhì)和降壓增注。

3.1.3壓裂改造油層時(shí)，控制裂縫規(guī)模，防止裂縫竄入泥巖隔層

根據(jù)同位素測(cè)試和井溫曲線解釋新民地區(qū)壓裂施工排量控制在2m3/min~2.5m3/min之間；施工壓力與油層地應(yīng)力差值為3MPa~5MPa，泥巖隔層對(duì)人工裂縫能有效遮擋。對(duì)于目的層上部隔層遮擋能力差的油層壓裂時(shí)，采用空心玻璃珠作為漂浮支撐劑，控制裂縫高度的垂向延伸。井溫測(cè)試表明采用控高壓裂技術(shù)施工，有效控制了裂縫縱向延伸。

3.2 注水井早期注防膨脹劑

受地質(zhì)因素和工程因素影響，裂縫型注水開(kāi)發(fā)油田，注入水將不同程度地侵入泥巖。為避免注入水進(jìn)入泥巖引起套管變形，針對(duì)新民地區(qū)儲(chǔ)集層泥巖含量較高的特點(diǎn)，選ZFY-1型粘土防膨劑，處理半徑3m~5m，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

3.3 采用高強(qiáng)度壁厚套管

由地質(zhì)力學(xué)可知，巖層中存在垂向地應(yīng)力和兩個(gè)相互垂直、大小不等的水平地應(yīng)力。在鉆井過(guò)程中，當(dāng)?shù)貙颖汇@穿時(shí)，應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，所以在選擇套管鋼級(jí)時(shí)，要首先對(duì)該地區(qū)進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，根據(jù)所測(cè)地應(yīng)力值，設(shè)計(jì)油層段套管強(qiáng)度，防止套管發(fā)生變形。目前新投井油層頂界以上100m至人工井底下入P110×9.17mm套管，效果明顯。

3.4 防止套管腐蝕

在防止套管腐蝕方面采取了3項(xiàng)技術(shù)，取得比較好的應(yīng)用效果。提高封固質(zhì)量以隔絕腐蝕介質(zhì)與套管之間的通道；采用陰極保護(hù)技術(shù)；酸化時(shí)要根據(jù)油層壓力、疏松程度等因素設(shè)計(jì)酸的濃度和用量，確定合理的反應(yīng)時(shí)間和注入壓力，反應(yīng)后及時(shí)替擠酸液，以減少其對(duì)套管腐蝕。

4 套管損壞井的修復(fù)和利用技術(shù)

隨著套管損壞井增多，探索了套返井綜合治理技術(shù)、應(yīng)用小直徑封隔器、打更新井等三項(xiàng)主要技術(shù)，實(shí)現(xiàn)套管井的有效利用。

4.1 套返井綜合治理技術(shù)

4.1.1 套管貼補(bǔ)治理技術(shù)

工藝原理是根據(jù)套損井的實(shí)際情況采用厚壁的加固管，兩端用軟金屬進(jìn)行密封，對(duì)套管補(bǔ)貼部位采取爆炸的方法將軟金屬進(jìn)行燃爆焊接，固定在套管上；施工步驟為下驗(yàn)套返管柱打壓找出破損段后，用刮削器刮削破損段以上套管，同時(shí)用熱水清洗井筒，保證貼補(bǔ)套管內(nèi)壁無(wú)油污及銹垢。下貼補(bǔ)管到破損段中部，投撞擊球引爆補(bǔ)貼器內(nèi)火藥，待井口有氣流返出，即為補(bǔ)貼成功。下試壓管柱試壓15MPa不漏為合格。應(yīng)用此技術(shù)民17-8等6口井已治理成功。

4.1.2 注水泥堵漏技術(shù)

用皮碗封隔器將預(yù)注水泥段隔開(kāi)，正注水泥，起出管柱候凝，下刮削器刮削套管，下試壓管柱試壓15MPa不漏為合格。目前已應(yīng)用此技術(shù)成功治理13-23等20口井。

4.2 應(yīng)用小直徑封隔器

油水井套變后，其內(nèi)徑大于95mm，可應(yīng)用小直徑封隔器，實(shí)現(xiàn)分層壓裂、分層注水。新民油田15口套變水井采用小直徑分注，效果良好。采用小直徑壓裂19口，截止2010年12月增油3 050t。

4.3 打更新井

一口井嚴(yán)重套變后，不可能修復(fù)，但對(duì)整個(gè)區(qū)塊開(kāi)發(fā)有舉足輕重作用時(shí)，采取大修技術(shù)措施，封固原井眼，打一口更新井，滿足區(qū)塊開(kāi)發(fā)的需要。例如39-1大修封井后，打一口更新井39-1.1 ，滿足區(qū)塊注水開(kāi)發(fā)的需要。

5 套管變形防治技術(shù)應(yīng)用效果

通過(guò)套管變形防治技術(shù)的應(yīng)用，有效減少套管變形井?dāng)?shù)，同時(shí)增加了分層注水合格率和有效率，為油田穩(wěn)產(chǎn)奠定了井網(wǎng)基礎(chǔ)。

5.1 有效治理了套管漏井

套返井累計(jì)治理20口（油井18口），恢復(fù)產(chǎn)能3 420t；小直徑油井壓裂19口井，累計(jì)增油3 050t。

5.2 提高了水井分注率，為提高油田采收率奠定了扎實(shí)井網(wǎng)基礎(chǔ)

新民油田通過(guò)防治套管變形技術(shù)應(yīng)用，水井分注率由2006年的94.1 %提高到2010年的96.8 %，提高了水驅(qū)儲(chǔ)量控制程度，為進(jìn)一步提高最終采收率奠定了基礎(chǔ)。

6 結(jié)論

1）新民油田套管損壞的形態(tài)主要是橢圓、錯(cuò)斷和套漏，其平面分布主要在斷層附近和與斷層垂直方向上，縱向主要分布在b/a界線附近及油層泥巖段，套漏主要發(fā)生在第三系以上地層段；

2）主動(dòng)預(yù)防是減緩套管損壞的基本途徑。注水開(kāi)發(fā)時(shí)，要以預(yù)防為主，治理為輔，提高固井質(zhì)量，控制人工裂縫高度，注水井注防膨劑以及按地應(yīng)力設(shè)計(jì)套管鋼級(jí)等綜合防變技術(shù)，是防止套管損壞的主要手段。

參考文獻(xiàn)

[1]王仲茂，盧萬(wàn)恒，胡江明.油田油水井套管損壞的機(jī)理及防治[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.

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