斷層密集區(qū)塊注水井注入壓力界限研究

劉紹軒,張慧芳

(中石油大慶油田第二采油廠地質(zhì)大隊(duì))

南二區(qū)西部套損風(fēng)險區(qū)位于南1-丁4至南2-1排之間，共有水聚驅(qū)6套井網(wǎng)，區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，為背斜構(gòu)造頂部，該背斜樞紐走向?yàn)楸睎|向，背斜西翼較東翼陡，地層傾角2.0°～27.0°。井震聯(lián)合構(gòu)造解釋結(jié)果表明，發(fā)育大小斷層69條，均為正斷層，走向?yàn)楸蔽飨蚧蚰衔飨?，延伸長度270～5 045 m，最大斷距186.5 m。其中延伸距離較大的斷層有8條，長度均大于1 000 m，斷距大于20 m，將區(qū)塊大體分成三個較大的獨(dú)立油水運(yùn)動區(qū)域和兩個相對較破碎的斷塊區(qū)，同時受斷層交叉分布影響，區(qū)域內(nèi)分布多個封閉和半封閉小斷塊。區(qū)塊套損嚴(yán)重，是近年來油水井套管損壞高發(fā)區(qū)域。針對區(qū)塊現(xiàn)狀，開展了構(gòu)造復(fù)雜區(qū)套損防控注入壓力界限研究[1]，確定不同地質(zhì)區(qū)域注入壓力界限[2]。

一、影響套損因素及防控界限研究

1.斷層與套損相關(guān)性研究

在地層傾角變化大、斷層發(fā)育地區(qū)，套損井點(diǎn)相對密集，數(shù)量較多，套損井?dāng)?shù)達(dá)2 375口，占套損總井?dāng)?shù)的57.13%。套損受斷層、地層傾角構(gòu)造因素影響大[3-4]。

根據(jù)油水井鉆遇斷層情況，劃定每一斷層直接影響區(qū)域，區(qū)域邊界外擴(kuò)200 m構(gòu)成新區(qū)域,定義為斷塊區(qū)，其它區(qū)域?yàn)榉菙鄩K區(qū)。斷塊區(qū)累計投產(chǎn)井?dāng)?shù)7 382口，套損井?dāng)?shù)2 121口，套損率28.73%，高于非斷塊區(qū)5.48%。針對斷塊區(qū)，分析油水井套損與斷層距離的關(guān)系，當(dāng)與斷層距離在100 m以內(nèi)，鉆遇斷層套損井?dāng)?shù)占斷塊區(qū)套損井?dāng)?shù)的86.7%，斷層是影響套損主要內(nèi)因,見表1。

表1 斷塊區(qū)油水井的套損井?dāng)?shù)與斷層距離變化統(tǒng)計

2.地層傾角與套損相關(guān)性研究

根據(jù)1 369口井地層傾角計算結(jié)果，地層傾角變化較大的區(qū)域，套損率較高，地層傾角在5°以上的區(qū)域套損率明顯加大，增幅近10%,見圖1。

圖1 地層傾角與套損關(guān)系

數(shù)理統(tǒng)計分析地層傾角對油水井單井套損的影響,油水井的單井地層傾角在5°及以上區(qū)域套損相對集中，占總套損井?dāng)?shù)的76.2%,見表2。

表2 地層傾角與油水井套損情況

計算不同開發(fā)層系地層傾角與區(qū)塊油水井累計套損率。當(dāng)?shù)貙觾A角達(dá)到5°以上，各井網(wǎng)套損率曲線斜率加大，累計套損率加大，套損速度加快,見表3。

表3 不同開發(fā)層系回歸曲線斜率情況

3.注入壓力與套損相關(guān)性研究

對全廠水聚兩驅(qū)和套損重點(diǎn)區(qū)塊的注入壓力與年度套損井?dāng)?shù)關(guān)系分析可知，水驅(qū)和聚驅(qū)一類注入壓力波動相對平穩(wěn)的情況下，年均套損井?dāng)?shù)保持在63口左右。隨著不同區(qū)塊聚驅(qū)二類投產(chǎn)，注入壓力逐年升高，地下壓力場不穩(wěn)定重新分布[5-7]，套損井?dāng)?shù)大幅度增加，當(dāng)聚驅(qū)二類注入壓力達(dá)到10.3 MPa以后，年均套損井?dāng)?shù)達(dá)到147口,見表4。

表4 注入壓力與套損井統(tǒng)計表

進(jìn)一步分析不同地層傾角地區(qū)，注入壓力對套損率的影響程度，對不同注入壓力下，地層傾角對套損率的影響統(tǒng)計分析，可知：套損率與注入壓力、地層傾角之間有較好的線性關(guān)系，在地層傾角較大區(qū)域，注入壓力升高后套損率加大；相同注入壓力條件下，地層傾角增加，套損速度加快。當(dāng)注入壓力降低2 MPa，套損率下降5.04%,見圖2。

圖2 注入壓力及地層傾角與套損關(guān)系

4.注入壓力升幅與套損相關(guān)性研究

通過計算套損區(qū)域聚驅(qū)二類井注入壓力年升幅與目的層發(fā)生套損時間關(guān)系，建立相關(guān)圖版。統(tǒng)計結(jié)果顯示，二類井注入壓力年升幅在1.5 MPa以內(nèi)，投產(chǎn)至套損的時間集中在20～100個月，當(dāng)壓力升幅大于2.0 MPa以后，投產(chǎn)至套損的時間集中在40個月以內(nèi)，套管安全生產(chǎn)年限縮短,見圖3。

圖3 注入壓力升幅與套損關(guān)系

5.制定合理防控調(diào)整界限

數(shù)理統(tǒng)計研究認(rèn)為：在不同地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域，斷層、地層傾角是易誘發(fā)油水井套損的地質(zhì)因素，在外力注入壓力的作用下[8-10]，易導(dǎo)致構(gòu)造復(fù)雜區(qū)油水井發(fā)生套損。針對不同地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域制定合理的注入壓力能有效防止套損發(fā)生。二類井注入壓力升幅界限采用年升幅1.5 MPa，月升幅在0.12 MPa以內(nèi)。

傾角小于5°：

(1)

傾角大于5°：

(2)

斷塊小于200 m：

(3)

式中：p允—注入井允許注入壓力，MPa；H—射孔頂界深度，m；φ—地層傾角，°。

二、應(yīng)用及效果

依據(jù)防控界限，個性化分區(qū)調(diào)控。斷塊區(qū)調(diào)整112口，允許注入壓力下降1.34 MPa；對傾角大于5°構(gòu)造翼部區(qū)域調(diào)整69口，平均注入壓力下降1.4 MPa，對傾角小于5°構(gòu)造底部及零散外擴(kuò)區(qū)調(diào)整14口，見表5。

表5 套損區(qū)控壓調(diào)整實(shí)施情況統(tǒng)計表

二類井以防控界限為依據(jù)，問題井修后恢復(fù)前期注清水，恢復(fù)過程中采取控速控壓[11-12]，區(qū)塊目前年壓力升幅平均為1.17 MPa，控制在界限以內(nèi)。

通過實(shí)施調(diào)整套損速度大幅度下降。套損井?dāng)?shù)由高峰期的67口減少到2口，發(fā)現(xiàn)率由10.55%下降到0.42%。

三、結(jié)論及認(rèn)識

(1)斷塊區(qū)套損率高于非斷塊區(qū)，且與斷層距離越近，套損率越高；斷塊內(nèi)200 m范圍套損比例明顯較大。

(2)隨著地層傾角增加，套損率加大。傾角大于5°井區(qū)應(yīng)加大調(diào)整力度。

(3)降低注入壓力，能有效延長套管安全生產(chǎn)年限。