孫萌萌（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

A區(qū)塊標(biāo)準(zhǔn)層套損治理效果分析

孫萌萌（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

隨著油田開發(fā)的不斷深入，套損井?dāng)?shù)越來越多，導(dǎo)致油水井利用率降低，給油田開發(fā)帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。尤其是標(biāo)準(zhǔn)層套損，由于其發(fā)展速度快，影響范圍大，涉及井?dāng)?shù)多，已成為影響油田開發(fā)的一大難題。因此，深入分析套損原因、合理調(diào)整壓力系統(tǒng)，預(yù)防和治理相結(jié)合才能有效控制套損?？偨Y(jié)了A區(qū)塊套損成因，針對標(biāo)準(zhǔn)層套損防控及油藏開發(fā)相應(yīng)進(jìn)行治理，累計節(jié)約注入水79.01×104m3，日產(chǎn)液增加198.9 t，含水下降了0.5個百分點。按目前油價1812元/t計算，原油產(chǎn)值每天增加1.2萬元，節(jié)能降耗的同時增加了收益，為相關(guān)區(qū)塊套損治理提供了依據(jù)，有效控制套損，節(jié)約開發(fā)成本。

套損；標(biāo)準(zhǔn)層；油藏開發(fā)；節(jié)水

套損是由于地層壓力不均衡引起地層發(fā)生的相對錯動，從而產(chǎn)生對套管的剪切應(yīng)力作用，導(dǎo)致套管發(fā)生變形；如果未及時發(fā)現(xiàn)和調(diào)整，地層持續(xù)憋壓，發(fā)生進(jìn)一步位移、剪切套管，套管變形就會繼續(xù)發(fā)展成為錯斷。錯斷水井如不能及時控注，注入水就會沿套管破損處大量流失進(jìn)入非目的層，浪費能源的同時，進(jìn)一步加劇地層壓力不均衡的狀況，擴(kuò)大套損的影響，造成更大損失，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。尤其是標(biāo)準(zhǔn)層發(fā)生套損，大量注入水沿著標(biāo)準(zhǔn)層油頁巖微裂縫迅速漫延，波及至周圍油水井，形成成片套損區(qū)，其控制和治理難度大，造成損失嚴(yán)重，后期恢復(fù)慢。

1 套損基本概況

截至2016年10月，A區(qū)塊累計發(fā)現(xiàn)嫩二底標(biāo)準(zhǔn)層（后文簡稱標(biāo)準(zhǔn)層）套損井及井況問題井共計68口（含拔不動井35口），其中采油井10口，注水井58口。最終經(jīng)調(diào)查，落實已套損井33口。從套損井分布區(qū)域及套損類型看，主要套損區(qū)分布在80#和81#斷層之間的14隊，以及位于區(qū)塊東南部的7隊、15隊這兩個區(qū)域。該區(qū)域內(nèi)集中出現(xiàn)了嫩2底部標(biāo)準(zhǔn)層的套管損壞，套損井達(dá)到33口，占總井?dāng)?shù)的48.53%。該區(qū)塊2007年投產(chǎn)，2008年注聚，目前處于含水回升后期，因其井距小，單位面積井?dāng)?shù)多，成片套損對其造成的影響比較大。

2 套管損壞機(jī)理分析

套管損壞機(jī)理由于載荷形式的不同，可以分為幾類：從力學(xué)上來分有擠壓、剪切等；從套管損壞形式上來分有破裂、外漏、變形、錯斷等；從套損的區(qū)域上來分有斷層區(qū)、成片套損等；從縱向地層性質(zhì)上分為非油層部位套損和油層部位套損。對于標(biāo)準(zhǔn)層套損的油水井，并不受單一類型的機(jī)理影響，而是相互影響綜合作用的結(jié)果[1]。

2.1 套管損壞的力學(xué)原理

套管損壞的力學(xué)原理可以分兩個方面，主要是固體力學(xué)和流體力學(xué)的問題。固體力學(xué)問題指套管本身的強(qiáng)度、鋼級、巖石的力學(xué)性質(zhì)及其與套管固結(jié)的強(qiáng)度，這是套損的內(nèi)在因素；而注水等引起的孔隙水壓的變化屬于流體力學(xué)，是套損的外因。套管損壞的類型是以位移量形式表現(xiàn)出來的，而導(dǎo)致位移的原因是巖石的擠壓。

2.2 固井質(zhì)量對套損的影響

固井質(zhì)量差使原來暫時處于平衡狀態(tài)的地應(yīng)力重新分布，造成井筒受力的不均衡發(fā)生套損。另外，固井質(zhì)量差容易造成非油層部位套損，尤其是對標(biāo)準(zhǔn)層成片套損有著非常大的影響；固井質(zhì)量差導(dǎo)致注入水沿固井水泥環(huán)微孔道上竄，進(jìn)入到非油層部位，由于非油層部位多發(fā)于泥頁巖，從泥頁巖進(jìn)水后其巖石力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，隨著泥頁巖含水的上升，巖石內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角將隨之下降，巖石的抗剪強(qiáng)度也將大幅度下降。此外，由于泥巖滲透性差，隨著注入水的上竄會導(dǎo)致非油層部位地層憋壓，最終導(dǎo)致地層在壓差作用下發(fā)生錯動剪切套管形成套損。而水井全井固井質(zhì)量差，則會導(dǎo)致水井注入水直接上竄至標(biāo)準(zhǔn)層，致使標(biāo)準(zhǔn)層成片套損，造成嚴(yán)重后果。

2.3 巖石巖性原因

A區(qū)塊兩個成片套損區(qū)域套損主要有兩個特點：縱向上看套變點集中在非油層部位的標(biāo)準(zhǔn)層；套變點對應(yīng)巖性主要是油頁巖和巖性變化界面的薄弱部位[2]。從標(biāo)準(zhǔn)層油頁巖結(jié)構(gòu)看，其水平層理的發(fā)育使其具有硬巖性薄弱面的特點，沿水平層理面又分布著大量密集介形蟲化石，導(dǎo)致化石面存在微裂縫。當(dāng)注入水竄入標(biāo)準(zhǔn)層時，會沿著疊置的介形蟲化石層迅速擴(kuò)散，形成大片浸水域，導(dǎo)致泥頁巖成片狀開裂，層理之間膠結(jié)變差，地層沿化石薄弱面進(jìn)行應(yīng)力釋放發(fā)生位移，導(dǎo)致大面積成片套損。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造原因

地質(zhì)構(gòu)造是油田勘探開發(fā)過程中影響開發(fā)效果的重要因素之一，套損發(fā)生機(jī)理也正是由于地層的剪切應(yīng)力作用于套管而產(chǎn)生的[3]。在地質(zhì)構(gòu)造的軸部以及斷層附近是應(yīng)力集中帶，注采過程中引起擾動使應(yīng)力發(fā)生變化，損壞套管。根據(jù)庫侖-摩爾公式推導(dǎo)，泥頁巖內(nèi)摩擦角以及內(nèi)聚力的下降，將伴隨巖石的抗剪強(qiáng)度的大幅度下降。庫侖-摩爾公式為

式中：τ——巖石抗剪強(qiáng)度，MPa；

C——泥巖內(nèi)聚力，MPa；

δ——正應(yīng)力，MPa；

P——孔隙壓力，MPa；

φ——內(nèi)摩擦角，（°）。

在構(gòu)造運(yùn)動過程中，斷層曾經(jīng)是地應(yīng)力最集中的地方，斷層面及其附近的內(nèi)聚力和抗張強(qiáng)度最小，其穩(wěn)定性最差[4]。因此，在斷層附近注水，由于斷層遮擋，即使注采相對合理也會導(dǎo)致地層憋壓，使斷層失去平衡。同樣，構(gòu)造軸部也是應(yīng)力最集中穩(wěn)定性極差的區(qū)域，地應(yīng)力場稍有變化便會引發(fā)應(yīng)力的釋放，導(dǎo)致套管損壞。在構(gòu)造復(fù)雜斷層眾多的油田生產(chǎn)中，斷層區(qū)的油水井會受斷層水平剪切力的影響形成套管的錯斷。

2.5 其他原因

套損成因的分析和治理在實際生產(chǎn)當(dāng)中，往往要考慮多方面的因素，尤其是標(biāo)準(zhǔn)層套損的成因更為復(fù)雜。除了上述常見的因素以外，經(jīng)常伴隨多個原因的出現(xiàn)最終導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)層成片套損，其發(fā)生和發(fā)展較為迅速，破壞性大，進(jìn)水源頭不易查找，這些都是標(biāo)準(zhǔn)層套損難于治理的因素[5]。因此，分析標(biāo)準(zhǔn)層套損成因還需綜合考慮各方面因素：

◇基于浮托理論，若相鄰區(qū)塊地層壓差較大，高孔隙壓力會相對地增加地層斜面上的剪切應(yīng)力，導(dǎo)致巖體位移，發(fā)生套損；

◇超破裂壓力注水容易導(dǎo)致套管損壞；

◇老套損區(qū)標(biāo)準(zhǔn)層油頁巖微裂縫已經(jīng)破裂張開，相對穩(wěn)定性差，易發(fā)生套損；

◇高礦化度的地層水、硫酸還原菌、硫化氫和電化學(xué)等腐蝕導(dǎo)致套損；

◇套管質(zhì)量不好、措施工藝不當(dāng)?shù)裙こ桃蛩氐挠绊?，將產(chǎn)生多種類型的套管損壞。

3 套損區(qū)相關(guān)治理措施

3.1 根據(jù)具體情況合理控制注水壓力

在A區(qū)塊出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)層套損井后，立刻組織成立套損治理專項小組，采取相關(guān)治理措施，對套損井周圍300 m范圍內(nèi)水井進(jìn)行關(guān)井控注，在最大程度上控制套損區(qū)范圍，減少注入水的無效流失，共計關(guān)井58口。另外，不同地區(qū)的油層破裂壓力各不相同，根據(jù)實際的地質(zhì)參數(shù)和套管參數(shù)，合理降低圈定套損區(qū)周圍水井的注水壓力和注水速度，調(diào)整井?dāng)?shù)8井次。通過調(diào)整注水壓力和注水速率來合理控制相鄰區(qū)塊之間的壓差，防止區(qū)塊內(nèi)外壓差過大，在短期內(nèi)出現(xiàn)較大的起落而造成套損；在注水壓井時，井底壓力低于地層最小水平主應(yīng)力值，防止壓開隔層；在控制區(qū)塊地層壓力的同時，注水井發(fā)現(xiàn)異常，要立即關(guān)井停注，已經(jīng)驗證發(fā)生套損的井和原因未查明的井，不可恢復(fù)注水。

3.2 充分運(yùn)用動靜態(tài)資料及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象

針對標(biāo)準(zhǔn)層套損區(qū)進(jìn)水源頭的查找，一直是標(biāo)準(zhǔn)層套損治理的關(guān)鍵性問題，無論是標(biāo)準(zhǔn)層套損的預(yù)防還是已經(jīng)發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)層套損后的治理，都要充分運(yùn)用動靜態(tài)資料，尤其是新井和轉(zhuǎn)注井投產(chǎn)3個月內(nèi)的第一次吸水剖面的分析。對于異常吸水層要及時分析、及時調(diào)查和采取措施，確認(rèn)上竄的層一定要單卡停注，確保注入水有效用于油田開發(fā)，從根本上控制進(jìn)水源頭預(yù)防標(biāo)準(zhǔn)層的套損。對于套損區(qū)的采油井，在無措施情況下保持正常開采，并選取3口采油井，對其標(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)行補(bǔ)孔泄壓，加速標(biāo)準(zhǔn)層中存留注入水的排除，達(dá)到泄壓穩(wěn)定的目的。

3.3 采取必要措施防止套損

除了對已發(fā)生套損井進(jìn)行治理外，更應(yīng)采取有效措施，防止注入水沿水泥未膠結(jié)層帶發(fā)生上竄，進(jìn)入泥巖層，從根源上防止標(biāo)準(zhǔn)層套損的發(fā)生。如下套管扶正器、控制水泥漿上返速度以及高度，牢固結(jié)合界面，提高固井質(zhì)量；對個別容易發(fā)生套損的泥巖帶下高強(qiáng)度套管；新投井標(biāo)準(zhǔn)層下水泥面控制工具，對嫩二底標(biāo)準(zhǔn)層不封固，當(dāng)巖石發(fā)生變化時留出緩沖空間，使地層不能接觸到套管，起到保護(hù)套管的作用；在加強(qiáng)套管修復(fù)技術(shù)研究的同時，重視先進(jìn)套管檢測技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用[6]。另外，嚴(yán)把施工質(zhì)量關(guān)，避免因施工造成的套管損壞和二次套損的發(fā)生。

4 區(qū)塊綜合治理效果分析

1）對于標(biāo)準(zhǔn)層錯斷的油井暫不修復(fù)，并選取3口井進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)層補(bǔ)孔泄壓。

2）及時對周邊水井進(jìn)行關(guān)井控注調(diào)查，圈定套損影響范圍，并降低套損區(qū)周邊水井的注水強(qiáng)度，做到壓力平穩(wěn)過度，避免了套損區(qū)與周邊地層壓力差所導(dǎo)致的地層進(jìn)一步運(yùn)移；控制緊鄰斷層水井在斷穿地層的注入強(qiáng)度，使該水井所控制的遠(yuǎn)離斷層方向的油層壓力略低于原始地層壓力，減少斷層附近水井的無效注水，節(jié)約了成本，累計節(jié)約注入水57.1×104m3。

3）通過對套損井套變點采用膨脹管補(bǔ)貼技術(shù)，代替報廢更新，平均單井可節(jié)約成本110萬元，較傳統(tǒng)密封加固平均單井可節(jié)約成本41萬元；節(jié)約成本的同時提高了套損段承壓能力和補(bǔ)貼段強(qiáng)度，避免二次套損的發(fā)生，延長套管使用壽命。

4）根據(jù)區(qū)塊特點，對A區(qū)塊進(jìn)行選井，實施周期注采，控制高含水區(qū)低效無效循環(huán)的同時，避免長時間高強(qiáng)度注水造成套管的損壞，節(jié)能減排降低能耗。通過對選取的10口水井和5口油井進(jìn)行周期注采，累計節(jié)約注入水21.91×104m3，平均單井注入壓力下降0.28 MPa，緩解了部分井注入困難的情況。采油井周期采油前日產(chǎn)液528.9 t，日產(chǎn)油7.4 t，綜合含水98.6%，周圍7口油井日產(chǎn)液769.8 t，日產(chǎn)油24.3 t，綜合含水96.8%。通過周期注采，日產(chǎn)液增加198.9 t，日增油6.7 t，含水下降了0.5個百分點，按目前油價1812元/t計算，原油產(chǎn)值每天增加1.2萬元，節(jié)能降耗的同時增加了收益。

5 結(jié)束語

標(biāo)準(zhǔn)層套損給油田造成了損失，通過對套損區(qū)的綜合治理，防治結(jié)合，在套損區(qū)實行油井補(bǔ)孔泄壓的措施，同時結(jié)合周期注采，日注水量由原來的1650 m3降低到963 m3，取得了較好的節(jié)能降耗效果。目前套損區(qū)油水井穩(wěn)定運(yùn)行，在控制套損的前提下，節(jié)能降耗效果明顯，大大降低了注入水的低效無效循環(huán)，有效地節(jié)約了能源，使企業(yè)降低了成本，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

[1]金毓節(jié).采油地質(zhì)工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006：51-52.

[2]伍友佳.油藏地質(zhì)學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2004：73-75.

[3]NYNE N J.石油勘探與開發(fā)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009：67-68.

[4]李東旭.地質(zhì)力學(xué)導(dǎo)論[M].北京：地質(zhì)出版社，1986：3-7.

[5]楊樹棟，李權(quán)修，韓修廷.采油工程[M].東營：石油大學(xué)出版社，2001：21.

[6]萬仁溥，羅英俊.采油技術(shù)手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，1993：93.

新疆石西油田

2016-11-09

（編輯 李珊梅）

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.10.013

孫萌萌，2009年畢業(yè)于東北石油大學(xué)（石油工程專業(yè)），從事聚驅(qū)分析工作，E-mail：sunmengmeng@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠地質(zhì)大隊，163000。