吉林油田油水井套管损坏因素分析及预防措施

吉 林 油 田油 水 井套 管 损坏 因素分 析 及 预 防措 施
孙 超
（ 国石 油 吉 林 油 田公 司采 油 工 艺 研 究 院 ， 林 松 原 １８ ０ ） 中 吉 ３ ０ ０
摘 要 ： 过 统 计 分 析 吉林 油 田套 管 损 坏 的 区域 分 布 、 型 、 间 、 态及 层 段 等 方 面 ． 究 了套损 现 象发 生 的特 征 规 通 井 时 形 ． 研 律 ， 析 了 吉林 油 田套 管损 坏 的 主 要 影 响 因素 及 作 用机 理 ， 有 针 对 性 地 提 出 了预 防 套 管 损 坏 的 综 合 配 套 技 术 措 分 并
一
套 损油井 占本 井 型 的 比率 远小 于水 井 ， 现 了注水 体 导 致井筒 周 围地应 力集 中而 发生套 损 的特点 。
表 ｌ 吉 林 油 田 主 要 地 区 套 损 井 类 型 比 率 统 计
地 区
１ 吉 林油 田套 管 损 坏 状 况 分 析
１ １ 套 损 井 的 区 域 分 布 ．
近年 来 吉林油 田套 损油 水井新 增速 度约 为每 年
井 ， 到 明显 效 果 ， 收 当年 下 半 年 发 现 套 变 井 降 至 ７
口［ 。
６ ０口井 ， 中扶 余 、 立 、 木 等早 期 开 发地 区 由于 其 新 新
投产 年 限相对 较长 ， 是套 管损 坏发 生 的集 中地 区 ， 三
挟余 新立 新术 新民 乾安 红岗 其它
变形 井 逐 年 增 加 ， １ ７ 仅 ９ ８年 当年 发 现 套 管 变 形 井 ２ ０口。在 １ ８ ３ ９ ０年上 半年将 注水 井 口压力 降至 ３ ５ ． ＭＰ ａ以下 ， 且为 防止 注入 水乱 窜 关 闭 了部 分 注水 而
图 １ 吉 林 油 田套 损 井各 地 区分 布 比 重情 况
截 止到 ２ １ ０ ０年底 ， 吉林 油 田 自营 区 内套 损 油井 总 数约 为 １ ３ ８ ０口， 占油井 总数 比率 为 １ ． ， 损 １３ 套 水 井总 数约 为 ７ ０口， ８ 占水 井 总 数 比率 为 １ ． 。 ４５ 套 损井各 地 区分 布 比重 情况 如 图 １所 示 。
２１ ０ １年 ７月
石 油 地 质 与 工 程 Ｐ Ｔ ０Ｌ ＵＭ Ｅ ０ Ｙ ＡＮ Ｎ Ｎ Ｅ Ｉ Ｇ ＥＲ Ｅ Ｇ ０Ｌ Ｇ Ｄ Ｅ ＧＩ Ｅ Ｒ Ｎ
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第２ ５卷 第 ４期
文 章 编 号 ：６ ３—８ １ （０ １ ０ １７ ２ ７ ２ １ ） ４—０ １ —０ １７ ４
窜证 实地 面至 ４ ０ｍ 深度 套 管存在 破漏 。 ０
２ ３ 注水 因素 ．
结较 疏松 ， 浸水后 容 易膨胀 。以新 立地 区为例 （ 表 见 ２ ， 泥岩 段 发 生 套损 比率 在 ７ 以上 ， 岩 段 发 ）在 ０ 砂 生套 损 比率不 到 ３ ， ０ 而砂岩 段 套损 点 大 多分 布 在
新 立 、 安 等地 区套管 损 坏 位置 主要 发 生 在青 乾 三 、 二段 ， 青 而且 主要集 中在 该段 的下部 。从 岩性上 看 ， 段 泥 岩质 较 纯 、 该 性脆 、 碎 ， 质含 量 较 高 ， 易 泥 胶
丝 扣密 封不严 、 泥返高 不够 、 水 固井 质量 差等 。存 在
１ ２ 套 管损 坏 的井型 ．
吉林 油 田所有 套损 井 当 中 ， 井 比重 为 ７ 以 油 Ｏ
上， 而水 井 比重 不 足 ３ ， 套 损 井 占各 自井 型 的 ０ 但
作 者 简 介 ： 超 ， 程 师 ，９ １年 生 ，０ ６年 毕 业 于 大 庆 石 油 学 孙 工 １８ ２０ 院 油气 井 工程 专 业 ， 士 ， 事 井 况 治 理技 术 研 究 工 作 。 硕 从 基 金 项 目 ： 林 油 田公 司 科 研 项 目“ 况 治理 工 艺 技 术 发 展 规 划 吉 井
施 。近 年 来 油 田现 场 实践 表 明 ， 取 的 措 施 有 效 地 预 防 和 减 缓 了油 水 井 套 损 现 象发 生 。 采
关键 词： 管损坏 ； 套 因素 分析 ； 防 措 施 ； 预 吉林 油 田
中 图分 类 号 ： Ｅ ３ Ｔ８１ 文献标识码 ： Ａ
套 管损 坏一 直是 困扰油 田开 发最 严重 的 问题 之
射孔 段 附近 。
表 ２ 新 立 地 区部 分 油 水 井 套 损 点 统 计 数 据
油田注水 开发后 ， 着注水 压力 升高 ， 随 油层 孔 隙 压力 也 随之升 高 。孔 隙压 力升 高有 提高驱 油 能力 的
作用 ， 在一定 条件 下也会 引起 套管 变形 ［ 。 但 ２ ］
（） １ 注水使 井 壁 周 围形 成 地 应 力集 中 。当 注人 水 窜入 泥岩层 时 ， 泥岩 吸水软化 ， 成岩胶 结力 逐 步 其 消失 ， 井 眼周 围的地层 中产 生应 力集 中 ， 成周 向 在 形 应力 。当最大 周 向应力 和最小 周 向应力 的作 用迫使 井 眼发 生椭 圆变形 时 ， 于 井 眼 中的套 管 就 会 受挤 处
区 １７ ９ ８年 出 现 套 损 高 峰 ， 时 注 水 压 力 达 ４ ９ 当 ．
ＭＰ ， ａ 注水井 井底 地层压 力 达 ８ ３ＭＰ ， ． ａ 油井 流压 仅
倾 角 的 ２个井 组 ， 套管 变 形 发 现 时 间存 在 明显 差 其
异（ 表 ３。 见 ）
１ＭＰ ， ａ 注采 压 差 力 ７ ３ ＭＰ 。而 经 计 算 岩 石 抗 剪 ． ａ
孙
井 身 因素 主 要包 括 套管 设 计 强度 不 够 、 管 缺 套
陷 、 眼“ 井 狗腿 度” 标 ， 井 过程 中套 管 磨 损 、 管 超 钻 套
断井 占 ６／ 左右 ， ９ ６ 其它 弯 曲和腐蚀 破漏 等约 占 ５ 。 扶余 地 区套 管 损 坏 位 置 主 要 集 中于 ３ ０ ４ ０ ０ ～ ０
研究” 部分 研 究 内容 （ 目编 号 ： 科 ０ ０ ０ 。 项 开 ８７ ）
比率 则 是 水 井 稍 高 于 油 井 。如 表 １所 示 ， 余 、 扶 新
石
油
地
质
与
工
程
２１ ０ １年
第 ４期
管损 坏早 于注水 井 ， 发现套 损井平 均 时间相 对较 长 ， 如扶 余地 区为 １ ． ３年 ， 木 地 区为 ９ １ ２４ 新 ． ６年 ； 中 而 深层 位地 区注水 井 发 生套 管 损 坏 早 于油 井 ， 现 套 发 损井 平均 时 间相对 较 短 ， 如新 立 地 区为 ７ ７ ． ３年 ， 乾
一
木、 新立 地 区套损 油 井 比率显 著高 于水井 ， 而套 损油 水 井 占各 自井 型 的 比率基 本 相 当。 由此看 出 ， 这些 致 。乾安 地 区套 损 水 井 比率 显 著 高 于油 井 ， 且 并
。
套 损井 大量存 在 ， 将导致 注采 井 网破坏 ， 采关 注
余 木 安 立 敞 貅 民附
另外 ， 林 油 田发 现 套 管 损 坏 的 平 均 时 间 为 吉
个地 区套 损井 数合 计超 过 ２ ０ ２ ０口， 占吉 林油 田套 损
井 总井数 ８ ． 。 ４３
１ ． １年 。注 水 开 发 的浅 层 地 区一 般 油 井 发 生 套 ０２
收 稿 日期 ：０ １—０ ２１ １—２ ０
ｍ 井 段 ， 地 下 岩 层 的位 置 看 ， 余 油 田 以油 层 与 从 扶 盖层结 合 的泥岩破 碎带 （ ／ ａ ｂ界 面 ） 近套 损 点 最多 附 （ 所谓 ａ ｂ界 面就 是 扶余 油 田的 主力 油 层 扶余 油 层 ／ 与盖层 青 山 口组之 间 的交 界 面） 。据统 计 分 布在 ａ ／ ｂ界线 附 近 ５ 范 围 内套 损 点 比例 高 达 ６ ． 。 ０ｍ ７１ 对该层 段岩 石 组 分 分 析 表 明 ，／ ａ ｂ界 线 附 近 泥质 含 量较 高 ， 分层段 高达 ８ 。 部 ０
力 是能 造成套 管 变形 的 。
（） ２ 注水 压力 减小 了岩 石 的抗 剪强 度 ， 加 了注 增
只有在 地层倾 角大 于地 层滑 移临界倾 角 时才能 促使
地 层移 动 。当孔 隙压力 随注水 压力 升高 达到一 定程 度后 ， 岩石 临 界倾 角 明 显 变 小 ， 层 间 的胶 结 力 减 岩 弱， 倾斜 地层 将沿倾 角下 滑 ， 势必 给作为 地层滑 移约 束 体 的套管施 加剪 切 应 力 ， 该 应力 作 用 下 套 管将 在 会 被剪 断或 发生弯 曲现 象 。例如扶余 地 区不 同地层
系 失衡 ， 产增 注措 施 受 阻 ， 间 矛盾 加 大 ， 油 田 增 层 给 造 成严 重 的经济损 失Ｌ 。吉林 油 田是典 型 的低 渗 透 １ ］
注 水开 发油 田， 管变 形和损 坏井 情况 尤为 突 出 。 套
地 区无论 油井 还是 注水 井发 生套管 损坏 的趋 势基本
８ ａ （ ｒｉ ５ＭＰ ， ） ｎ＝５ ａ ａ ２ＭＰ 。而 Ｎ ０套 管抗 外 挤 强 ８ 度 ｏ ＝４ ． ａ １ ４ＭＰ 。表 明地 应 力 集 中产 生 的周 向应
吉林 油 田多 为背 斜 构造 油 藏 ， 层都 有 一定 的 地
倾 角 ， 层在 重力作 用下 有沿 地层倾 角下 滑 的趋势 。 地
采压差 力 。当油 田注水 开 发 后 ， 着 注水 压 力 的升 随 高， 油层 孔 隙 中的压力 也相 应 的升高 ， 而岩石 的剪切
强度 随孔 隙压力 的升 高而减 小 。当孔 隙 中液 体压 力
等于岩 石 承受 的垂 向应 力 时 ， 石 的剪切 强度 变 得 岩
很小 ， 外力 易剪 切破裂 ， 管被 推 挤 变形 。扶余 地 受 套
压 而变 形 。乾安地 区地应 力是 中国石油 勘探 开发研 究 院测 定 的 ， ３口井 的平 均值 为 ： ＝３ ． ａ ｄ ａ ８ ４ ＭＰ ，
２ 套 管 损 坏 因素分 析
２ １ 地 层 因 素 ．
＝３ ． ａ ａ ＝３ ． ａ 经计 算 得 ： ｄ） ｘ＝ ８ ４ＭＰ ， ０ ２ＭＰ ； （ 。ｍａ
占本 区本 井 型 比率 弛 加 油井 水 井
Ｌ 互
Ｍ
１ ３ 套 管损 坏的 时 间 ．
吉林 油 田套管 损坏在 时 间上分 布规律 与 注水开
发有 明显 对应 关系 。例 如扶余 油 田全面 注水 开发初
期， 注入 压力 升高 （ 当时注水 压力达 ４ ９ＭＰ ） 套管 ． ａ ，
安地 区为 ４ ８ ． ３年 。 １ ４ 套 管损 坏的形 态及层 段 ．
表 ３ 扶 余 地 区不 同地 层 倾 角 井 组 套 变 时 间
２ ２ 井 身 因 素 ．
吉林 油 田套损 井 主要 表 现 为套 管 变形 ， 占套 损
井 总数 ８ 以上 ， ９ 其形 态 以缩 径 变形 为 主 。套管 错
一
方 面遭受 严重 磨 损 ， 另一 方 面 套 管 柱 易折 断 弯 曲
而变形 损坏 。吉林 油 田存在 少数 井完 井后 短时 间 内 即发 生套损 现象 ， 主要 可归 于此类 原 因 。 例如 ： 乾安 地 区某 井 Ｈ１ ９一Ａ新 井 压 裂 投 产 ， ３
压裂施 工 过程正 常 （ 工压 力 ２ ａ ， 后 返 排 ， 施 ６ＭＰ ） 压 发现距 井 口 ３ｍ 处 的地表 裂缝 处 有 流体 外 溢 ， 经验
加 工缺 陷套 管 下 人 井 后 ， 发 生 连 接 不 好 、 封 不 易 密 严 、 漏等 问题 ， 重者 会发 生脱 扣和 断裂 。在下 套 渗 严 管时 ， 套管外 表 面难免 与坚硬 岩层 产生 剧烈 摩擦 ， 特
别 是遇 到“ 狗腿度 ” 严重 的井 段时 ， 若强 行下 人 ， 管 套