哈拉哈塘油田生產(chǎn)井井壁垮塌原因分析

楊文明 昌倫杰 朱軼 高春海 羅慎超

中國石油塔里木油田分公司開發(fā)事業(yè)部

哈拉哈塘油田生產(chǎn)井井壁垮塌原因分析

楊文明 昌倫杰 朱軼 高春海 羅慎超

中國石油塔里木油田分公司開發(fā)事業(yè)部

哈拉哈塘油田油井主要采用裸眼完井方式，生產(chǎn)過程中由于井壁失穩(wěn)，部分井裸眼段發(fā)生不同程度井壁垮塌，造成油井減產(chǎn)或者停產(chǎn)。通過對垮塌井返出巖樣及井徑測井的綜合分析，確定了井壁垮塌層位主要為良里塔格組及一間房組。從井壁垮塌機理角度，對地應力場及垮塌井的垮塌層位、完井方式、儲層類型、生產(chǎn)特征等進行了分析，得出井壁垮塌主要由油井外因和內(nèi)因綜合作用引起的，內(nèi)因包括儲層性質(zhì)、儲集規(guī)模和區(qū)域地應力；外因包括完井方式和儲層改造措施。認為井眼軌跡與天然裂縫的匹配關系對井壁穩(wěn)定有一定的影響（內(nèi)因），而地應力失衡、巖石強度低、地層壓力釋放以及酸壓、射孔是哈拉哈塘油田井壁垮塌的外因，也是主要原因。

哈拉哈塘； 碳酸鹽巖； 井壁垮塌； 應力失衡； 酸壓； 射孔

哈拉哈塘油田位于塔里木盆地塔北隆起輪南低凸起西圍斜哈拉哈塘鼻狀構造帶上。奧陶系沉積期至志留系沉積前，塔北地區(qū)發(fā)生了多次構造抬升，期間整個塔北表現(xiàn)為一大型南傾斜坡［1］。在斷裂及裂縫溝通下，地表水深入地下對奧陶系碳酸鹽巖進行多期次、長期溶蝕，形成了奧陶系碳酸鹽巖巖溶型優(yōu)質(zhì)儲層［2-3］，后經(jīng)海西期成藏［4］，形成了哈拉哈塘油田。油藏埋深6 500～7 200 m，為常溫常壓未飽和油藏。

哈拉哈塘油田主要采用裸眼完井，裸眼段包括良里塔格組及其以下地層（吐木休克組、一間房組、鷹山組）。巖性上，良里塔格組主要為一套瘤狀灰?guī)r、泥晶-顆?；?guī)r和藻粘結巖，以瘤狀灰?guī)r為主；吐木休克組以泥晶灰?guī)r為主，夾褐色泥巖；一間房組主要為一套顆粒灰?guī)r；鷹山組以泥晶灰?guī)r為主，夾顆?；?guī)r。生產(chǎn)過程中由于井壁失穩(wěn)，部分井裸眼段發(fā)生不同程度的垮塌。井壁垮塌造成油井減產(chǎn)或者停產(chǎn)，作業(yè)成本大幅增加。筆者結合油井實際情況，對井壁垮塌原因進行了分析，為預防井壁垮塌提供了可靠資料。

1 井壁垮塌特征

Characteristics of wellbore collapse

哈拉哈塘油田部分油井裸眼段井壁垮塌存在以下特征：（1）生產(chǎn)動態(tài)上表現(xiàn)為：油壓突然降低，產(chǎn)量大幅度下降或停產(chǎn)，關井后壓力仍能恢復到垮塌前水平（見圖 1）；（2）井徑測井表明存在擴徑現(xiàn)象；（3）工程上表現(xiàn)為：鉆桿或電纜探底表明井底被埋數(shù)十米至上百米，撈砂筒撈出大塊垮塌物。

圖1 HA13-A井垮塌生產(chǎn)動態(tài)曲線Fig. 1 Production performance curve of collapsed Well HA13-A

截至2017年6月，哈拉哈塘油田共有試采井283口，已證實垮塌101井次，砂埋深度8.7～278 m，平均被埋深度達75 m，累計影響原油產(chǎn)量22.7萬t。

2 垮塌層位判斷

Distinguish of collapse horizon

哈拉哈塘油田油井主要采用裸眼完井，技術套管下至良里塔格組頂部，因此，井壁垮塌層位限定為良里塔格組及其以下層位。對601-K井垮塌巖樣分析表明，井壁垮塌巖塊為灰－灰白色及褐色，巖性主要為顆?；?guī)r及泥－微晶灰?guī)r（圖2）。根據(jù)區(qū)域地層巖性特征，推測淺色灰?guī)r為一間房組或良里塔組臺地淺水沉積，褐色灰?guī)r為良里塔格組瘤狀灰?guī)r。另據(jù)601-G井2次井徑測井結果，良里塔格組、吐木休克組頂?shù)撞考耙婚g房組都存在擴徑現(xiàn)象，但以良里塔格組和一間房組為主。

因此哈拉哈塘井壁垮塌層位主要為良里塔格組和一間房組，吐木休克組頂?shù)咨倭烤未嬖诳逅?/p>

圖2 601-K井垮塌巖塊照片（左）及巖性組成（薄片鑒定）（右）Fig. 2 Comparison of caliper logging before and after the wellbore collapse of Well 601-G

3 井壁垮塌原因分析

Analysis on the cause of wellbore collapse

從機理上來講，井壁垮塌為井壁處應力超過了巖石強度而導致的井壁失穩(wěn)，地應力失衡、巖石強度較低、酸壓改造等都容易引起井壁垮塌［5-13］。對哈拉哈塘油田油井的儲層類型、動態(tài)儲量、單位壓降產(chǎn)油量、井型、完井方式等方面進行統(tǒng)計分析，裂縫－孔洞型儲層、儲量規(guī)模?。ǎ?0萬t）、單位壓降下產(chǎn)油量?。ǎ?00 t/MPa）的油井垮塌幾率更大，完井方式（是否射孔、酸壓）及井斜與地應力匹配關系對井壁穩(wěn)定性也有重要影響（表1）。

綜上分析井壁垮塌的原因主要有：

（1）儲層類型與儲集規(guī)模是根本原因。裂縫-孔洞型儲層由于裂縫發(fā)育，地層在裂縫面強度大大降低；儲集體規(guī)模小，地層能量補充不及時，臨界生產(chǎn)壓差變化加快，故儲集規(guī)模較小且裂縫－孔洞發(fā)育的儲層易發(fā)生井壁垮塌。統(tǒng)計某區(qū)塊投產(chǎn)的82口井，平均單井控制動態(tài)地質(zhì)儲量為24.1×104t，15口井壁坍塌的井動態(tài)地質(zhì)儲量較小，皆小于平均值，且儲層發(fā)育以裂縫-孔洞為主，見表2。

表1 哈拉哈塘井壁垮塌井分類統(tǒng)計對比Table 1 Statistical comparison of collapsed wells in Halahatang Oilfeld based on classifcation

表2 哈拉哈塘井壁垮塌井分類統(tǒng)計Table 2 Classifcation statistics of collapsed wells in Halahatang Oilfeld

（2）井眼軌跡與天然裂縫的匹配關系。哈拉哈塘油田天然裂縫走向與主應力方位關系：裂縫傾角中高角度為主，裂縫走向與主應力方位大部分一致，局部垂直，見圖3。

哈拉哈塘油田地層傾向與主應力方位關系：地層傾角0～20°，地層傾向與主應力方位大角度相交，見圖4。

圖3 HAX1、HAX2、HAX3井天然裂縫走向與主應力方位關系Fig. 3 Photo (left) and lithologic composition (thin section)(right) of collapsed rock in Well 601-K

圖4 HAX1、HAX2、HAX3井地層傾向與主應力方位關系Fig. 4 Relationship between natural fracture strike and main stress orientation in Wells HAX1, HAX2 and HAX3

HAX1井主應力方位北東向50°左右，鉆井過程中直井段僅拾取8條天然裂縫，且角度較低，走向與主應力方位近乎垂直，天然裂縫滲透性相對較差，直井井壁穩(wěn)定性較好。側(cè)鉆井段鉆遇相對穩(wěn)定性較差方位，天然裂縫影響下，開采中易沿天然裂縫面垮塌，造成井壁失穩(wěn)，見圖5。

（3）射孔酸壓促使井壁垮塌。酸壓使井筒周邊地層被溶蝕成一定長度的人工孔洞和裂縫，使原本處于應力平衡狀態(tài)的巖層被打破，彈性模量和泊松比下降，從而降低巖石破裂壓力及抗流體沖蝕的能力。酸液酸蝕過程中，碳酸鹽巖基質(zhì)與酸反應，對巖石結構造成的一定程度破壞，充填物分散、破碎、脫落、 運移進入井筒。

灰?guī)r屬于脆性巖石，射孔帶來的強烈穿刺，會引起巖石成片剝落，增加井壁不穩(wěn)定性，加之后期酸化影響，效果進一步凸顯。統(tǒng)計15口垮塌井中，有8口井同時進行過射孔酸壓，見表3。

表3 哈拉哈塘井壁垮塌井射孔酸壓情況統(tǒng)計Table 3 Statistics of perforation and acid fracturing in collapsed wells in Halahatang Oilfeld

（4）井型對井壁垮塌有一定的影響。15口垮塌井中，井斜斜度與井壁垮塌無必然聯(lián)系；但水平井垮塌后，垮塌對產(chǎn)層影響較大，見表4。

表4 哈拉哈塘井壁垮塌井坍塌高度與井斜對比統(tǒng)計Table 4 Statistics on the relationship between collapse height and borehole deviation of collapsed wells in Halahatang Oilfeld

綜上，儲層天然裂縫發(fā)育、井眼鉆遇穩(wěn)定型較差的天然裂縫、射孔酸壓改造是導致縫洞型碳酸鹽巖油井井壁垮塌的主要原因，井斜斜度與井壁垮塌無必然聯(lián)系，但大斜度井垮塌后對產(chǎn)層影響大。

4 結論

Conclusions

（1）哈拉哈塘井壁垮塌層位主要為奧陶系良里塔格組和一間房組，吐木休克組頂?shù)咨倭烤我泊嬖诳逅?/p>

（2）哈拉哈塘油田井壁垮塌的主要原因為：處于構造運動影響區(qū)，構造應力大；部分井段（吐木休克組頂部）泥質(zhì)含量高，巖石強度低；酸壓、射孔使巖石發(fā)生破裂，巖石強度降低；原油生產(chǎn)導致地層壓力釋放，破壞了井內(nèi)壓力平衡。

（3）影響井壁垮塌內(nèi)因包括儲層性質(zhì)、儲集規(guī)模和區(qū)域地應力，外因包括完井方式和儲層改造措施。

（4）儲層天然裂縫發(fā)育、井眼鉆遇穩(wěn)定型較差的天然裂縫、射孔酸壓改造是導致本區(qū)井壁垮塌的主要原因，井型對井壁垮塌也有一定的影響。

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（修改稿收到日期 2017-07-03）

〔編輯 薛改珍〕

Analysis on the causes of the open-hole section collapse of oil production wells in Halahatang Oil field

YANG Wenming, CHANG Lunjie, ZHU Yi, GAO Chunhai, LUO Shenchao
Development Management Department, CNPC Tarim Oil field Company, Korla 841000, Xinjiang, China

The oil wells in Halahatang Oilfeld are mainly in the pattern of open hole completion. Due to the borehole instability in the process of production, wellbore collapse of different degrees happen in some open-hole sections, leading to production reduction and even shut in of the oil wells. And as a result, the normal production of the oil wells is seriously impacted. In this paper, the return cuttings and the caliper log of collapsed wells were analyzed comprehensively. It is fgured out that the wellbore collapse mainly occurs in the Lianglitage Formation and Yijianfang Formation. Then, the in-situ stress feld and the collapse horizon, completion mode, reservoir type and production performance of collapsed wells were analyzed from the viewpoint of wellbore collapse mechanisms. It is indicated that the wellbore collapse is mainly caused by the joint effect of internal and external factors of oil wells. The internal factors include reservoir property, reservoir scale and regional in-situ stress, and the external factors include completion mode and reservoir stimulation measure. It is revealed that the matching relation between the well track and the natural fracture has some effect on wellbore stability(the internal factor), and in-situ stress imbalance, low rock strength, formation pressure release, acid fracturing and perforation are the external factors as well as the main causes of wellbore collapse in Halahatang Oilfeld.

Halahatang; carbonate rock; wellbore collapse; stress imbalance; acid fracturing; perforation

楊文明，昌倫杰，朱軼，高春海，羅慎超.哈拉哈塘油田生產(chǎn)井井壁垮塌原因分析［J］ .石油鉆采工藝，2017，39（4）：424-428.

TE273

A

1000 – 7393（ 2017 ） 04 – 0424 – 05

10.13639/j.odpt.2017.04.006

:YANG Wenming, CHANG Lunjie, ZHU Yi, GAO Chunhai, LUO Shenchao. Analysis on the causes of the open-hole section collapse of oil production wells in Halahatang Oilfeld［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(4): 424-428.

楊文明（1983-），2008年畢業(yè)于西南石油大學油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事碳酸鹽巖油藏研究與管理工作，工程師。通訊地址：（841000）新疆庫爾勒市塔里木油田分公司開發(fā)事業(yè)部。電話：0996-2175635。E-mail：252154860@qq.com