華北油田套損現(xiàn)狀及油層套管上竄機(jī)理探討

華北油田套損現(xiàn)狀及油層(yóucéng)套管上竄機(jī)理探討匯報(bào)(huìbào)人：王海軍中國(guó)石油華北油田采油工藝研究院精品資料目錄概況(gàikuàng)套變、套損分析套管上竄分析結(jié)論精品資料截止到2002年底，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，華北油田共發(fā)現(xiàn)套變、套損和上竄井779口，占油田總井?dāng)?shù)的12.9%。套損形式包括套管上竄、變形、錯(cuò)斷(cuòduàn)、縮徑、破裂及漏失等。其中套變、套損井442口，占總套損井的56.7%；套管上竄井337口，占總套損井的43.3%。同時(shí)，華北油田油井套管損壞程度要比水井套管損壞程度嚴(yán)重，油井套損643口，占總套損井的82.5%，水井套損136口，占總套損井的17.5%。1.概況(gàikuàng)精品資料華北油田(huáběiyóutián)各采油廠套損井比例精品資料從已發(fā)現(xiàn)的套變套損井的情況來(lái)看，除近幾年新投入開(kāi)發(fā)的斷塊外，各油田都有一定數(shù)量的套變套損井，前期開(kāi)發(fā)的老油田情況更為嚴(yán)重，套變、套損井主要集中(jízhōng)在采油四廠的京11斷塊，采油五廠的晉45斷塊，二連阿南油田的阿3、阿11、阿31斷塊和哈南油田的哈301、哈24斷塊。2.套變、套損分析(fēnxī)油田分布特點(diǎn)精品資料華北油田部分(bùfen)斷塊套損狀況圖精品資料由此可見(jiàn)，華北油田套管損壞(sǔnhuài)井段大多發(fā)生在泥巖地層和砂巖地層，部分發(fā)生在膏鹽地層。2.套變、套損分析(fēnxī)套損井巖性分布精品資料通過(guò)對(duì)華北油田440口套損井統(tǒng)計(jì)，套損形式主要有套管變形、彎曲(wānqū)、錯(cuò)斷及破裂漏失等四種。2.套變、套損分析(fēnxī)變形彎曲錯(cuò)斷破裂漏失合計(jì)統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)，口338362244440比例，%76.88.25.010.0/套變套損形式精品資料二連：95年36口，01年25口五廠：93年16口，94年15口四廠：97-98年10口/年，01年16口2.套變、套損分析(fēnxī)套損發(fā)現(xiàn)(fāxiàn)時(shí)間精品資料由于套變套損井都是在作業(yè)中發(fā)現(xiàn)的，所以套變套損井井?dāng)?shù)與每年的作業(yè)次數(shù)也有直接的關(guān)系。以二連油田為例，94～96年發(fā)現(xiàn)套變井?dāng)?shù)占作業(yè)井?dāng)?shù)的比例分別為12.8%、15.2%和12.6%，01～02年發(fā)現(xiàn)套變井?dāng)?shù)占作業(yè)井?dāng)?shù)的比例分別為8.0%和8.9%，均高出其他年份，即出現(xiàn)了兩個(gè)相對(duì)(xiāngduì)高峰值。2.套變、套損分析(fēnxī)套損發(fā)現(xiàn)時(shí)間精品資料2.套變、套損分析(fēnxī)套損完好(wánhǎo)時(shí)間根據(jù)對(duì)采油三廠、采油四廠、采油五廠和二連公司的351口井統(tǒng)計(jì)，從油水井投產(chǎn)、投注到發(fā)現(xiàn)套變、套損時(shí)間最長(zhǎng)的是采油三廠，套管平均完好時(shí)間為12.1a，時(shí)間最短的為采油五廠，平均完好時(shí)間為3.6a，總平均7.8a。采油三廠采油四廠采油五廠二連公司合計(jì)統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)，口478761156351平均壽命，a12.19.93.65.57.8精品資料原因1：膏鹽層的“塑性”流動(dòng)造成套管損壞采油(cǎiyóu)五廠荊丘油田的晉45斷塊膏鹽地層主要成份為膏巖、鹽巖和頁(yè)泥巖。在鉆井過(guò)程中，膏鹽層井徑擴(kuò)大率過(guò)大，井眼曲率過(guò)大，造成井徑不規(guī)則使固井形不成均勻水泥環(huán)，這樣地層“塑性”流動(dòng)就會(huì)對(duì)套管柱施加非均勻“點(diǎn)載荷”，從而對(duì)套管局部的擠壓力超出套管的抗擠壓力，造成鋼級(jí)為P110、壁厚為10.54mm的高強(qiáng)度套管發(fā)生變形，甚至擠毀。2.套變、套損分析(fēnxī)套損原因分析精品資料原因2：油田“雙高”注水導(dǎo)致(dǎozhì)套管損壞1)泥巖蠕變?cè)斐商坠軗p壞注水開(kāi)發(fā)后，注入水通過(guò)斷層、巖層界面、竄槽等侵入非注入泥巖層。泥巖屬于不穩(wěn)定巖體，被水潤(rùn)濕后膠結(jié)強(qiáng)度大大降低。隨著水的繼續(xù)入侵，膠結(jié)力逐漸消失，其內(nèi)聚力隨泥巖含水增多而下降，改變了泥巖的力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力狀況，使泥巖層產(chǎn)生位移和變形從而擠壓套管，造成套管的錯(cuò)斷或變形。2.套變、套損分析(fēnxī)套損原因分析精品資料2)斷層的存在導(dǎo)致套管損壞位于斷層附近的注水井在高注水壓力的作用下，部分注入水通過(guò)斷層面導(dǎo)流到其它中、高滲透層，或滲透到泥巖層，致使部分?jǐn)鄬颖憩F(xiàn)出明顯(míngxiǎn)的“導(dǎo)水”現(xiàn)象，注入水沿?cái)鄬用娓Z流，而侵入到上下泥巖層中，引起泥巖的膨脹蠕變，產(chǎn)生非均勻載荷擠壓套管；另一方面，斷層導(dǎo)水使斷層側(cè)面被“潤(rùn)滑”，磨擦角變小，容易發(fā)生側(cè)移，對(duì)套管產(chǎn)生剪切作用，而使套管遭到破壞，破壞特征為彎曲變形。因此，斷層導(dǎo)水造成斷層附近油水井套變、套損。2.套變、套損分析(fēnxī)套損原因分析精品資料原因3：射孔削弱套管強(qiáng)度(qiángdù)導(dǎo)致套管損壞射孔完井是油田重要的完井工藝，但射孔對(duì)套管強(qiáng)度(qiángdù)有很大影響。由于射孔后套管強(qiáng)度(qiángdù)降低，導(dǎo)致油井套管損壞。一是由于射孔后，套管孔眼周圍將產(chǎn)生不同長(zhǎng)度的縱向裂紋，裂紋將產(chǎn)生應(yīng)力集中，又加快裂紋的發(fā)展，同時(shí)，裂紋區(qū)易加快套管腐蝕，也嚴(yán)重降低了套管強(qiáng)度(qiángdù)。二是設(shè)計(jì)套管柱時(shí)，忽略了生產(chǎn)層射孔的問(wèn)題。因此，在套管柱強(qiáng)度(qiángdù)設(shè)計(jì)本來(lái)就不富余的情況下，因射孔對(duì)套管帶來(lái)一定的傷害，加速了套管的損壞。2.套變、套損分析(fēnxī)套損原因分析精品資料1、采油五廠荊丘油田的膏鹽地層，采用雙層組合套管工藝緩解非均勻載荷對(duì)套管產(chǎn)生(chǎnshēng)的外擠作用力，預(yù)防套管損壞見(jiàn)到了明顯效果。2、針對(duì)高注采比、高壓注水引起的構(gòu)造斷層復(fù)活、移動(dòng)及泥巖層的蠕變、滑移造成的油水井套管損壞現(xiàn)象，進(jìn)一步調(diào)整開(kāi)發(fā)方案，降低注采比，使注采趨于平衡，逐步降低地層壓力，將注水壓力控制在原始地層壓力水平附近，以減緩套管損壞速度。2.套變、套損分析(fēnxī)套損防治與治理精品資料3、采用小直徑工具應(yīng)用于套變井分注由于套變套損井的存在，許多水井的常規(guī)分注工作無(wú)法開(kāi)展，嚴(yán)重影響了區(qū)塊整體開(kāi)發(fā)效果。為此(wéicǐ)，在套變井段（大于φ100mm）應(yīng)用小直徑分注工具進(jìn)行分注，改善了分層治理效果。在對(duì)套變、套損的治理上，針對(duì)套管損壞形態(tài)，研究應(yīng)用了成熟的修復(fù)工藝技術(shù)。這些技術(shù)主要包括套管整形技術(shù)、加固技術(shù)、貼補(bǔ)技術(shù)、取套換套技術(shù)和側(cè)鉆技術(shù)等。2.套變、套損分析(fēnxī)套損防治與治理精品資料華北油田共有套管(tàoɡuǎn)上竄井337口，占套損井總數(shù)的43.3%。主要分布在采油一廠和采油三廠。采油一廠有套管(tàoɡuǎn)上竄井176口，占采油一廠套損井的84.2%，上竄最高達(dá)到1.20m。采油三廠共有套管(tàoɡuǎn)上竄井161口，占采油三廠套損井總數(shù)的75.6%，上竄最高達(dá)到0.63m。3.套管(tàoɡuǎn)上竄分析套管上竄分布精品資料采油(cǎiyóu)一廠和三廠部分?jǐn)鄩K上竄井柱狀圖精品資料部分?jǐn)鄩K套管上竄高度(gāodù)對(duì)比精品資料①油層套管將與表層套管焊接的環(huán)形鋼板頂開(kāi)后上竄，導(dǎo)致井口抬升，造成抽油機(jī)懸繩器碰井口盤根盒或采油樹拉偏地面管線，影響油田生產(chǎn)。②少部分井由于環(huán)型鐵板未開(kāi)焊或油套環(huán)行空間有水泥帽，套管上竄所產(chǎn)生的彈力無(wú)法釋放，導(dǎo)致油層套管在水泥返高以上某部位發(fā)生彎曲變形，甚至(shènzhì)由于彎曲變形嚴(yán)重把油管擠斷，造成油井的大修。③同一斷塊不是所有的油水井都存在油層套管上竄現(xiàn)象，上竄井分布不均，沒(méi)有規(guī)律性，并且上竄高度也存在一定的差異。3.套管(tàoɡuǎn)上竄分析套管上竄表象精品資料任39井套管(tàoɡuǎn)上竄井口圖片精品資料任39井懸繩器與盤根盒相對(duì)(xiāngduì)位置圖片精品資料任49井油層套管頂出地面環(huán)形板裂開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)(xiànchǎng)圖片精品資料路27-8井套管上竄引起的地面(dìmiàn)管線彎曲精品資料根據(jù)套管上竄井調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及上竄的表象特征，認(rèn)為套管上竄與水文地質(zhì)、油田(yóutián)開(kāi)發(fā)和現(xiàn)今地應(yīng)力的變化有一定的關(guān)系，特別是水文地質(zhì)的變化有可能是引起套管上竄的主要原因。3.套管(tàoɡuǎn)上竄分析套管上竄原因分析精品資料自新生代以來(lái)，由于華北平原長(zhǎng)期處于下降趨勢(shì)，致使本區(qū)堆積了厚約3000～4000m的新生界地層。其中(qízhōng)第四系厚度達(dá)400～450m，自下而上分為下更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)。3.套管(tàoɡuǎn)上竄分析水文地質(zhì)條件第四系含水組淺層含水層組深層含水層組第四系含水層的第一含水組全部和第二含水組上部，底板埋深60～70m，屬微承壓水類型，含水砂層巖性以粉細(xì)砂為主深層含水層組分為上下兩段，上段相當(dāng)于第二含水組的下部和第三含水組，底界埋深300～320m；下段相當(dāng)于第四含水組，底界埋深400～450m。深層含水組上段含水砂層巖性以細(xì)砂，粉細(xì)砂為主。精品資料地下水位下降形成降落(jiàngluò)漏斗導(dǎo)致地面沉降由于滄州地區(qū)廣泛分布著巨厚的第四紀(jì)和晚第三紀(jì)松散巖類地層，近年來(lái)由于過(guò)量超采深層承壓水和地?zé)崮茉吹拈_(kāi)發(fā)利用，地下水位持續(xù)大幅度下降，形成地下水位降落(jiàngluò)漏斗。華北地區(qū)普遍發(fā)生了地面沉降現(xiàn)象，使其成為沉降速度最快、沉降面積最大的重災(zāi)區(qū)。初步調(diào)查結(jié)果顯示，滄州地區(qū)地面沉降已相當(dāng)嚴(yán)重，城市、縣城乃至一些集中采水點(diǎn)均成為當(dāng)?shù)氐孛娉两抵行?，尤以滄州市、任丘、河間、黃驊為最，而滄州市乃是最大的沉降中心。3.套管(tàoɡuǎn)上竄分析套管上竄原因分析精品資料滄州市區(qū)(shìqū)水井井口抬升圖精品資料地面沉降引起套管上竄如前所述，由于滄州地區(qū)廣泛分布著巨厚的第四紀(jì)和晚第三紀(jì)松散巖類地層，過(guò)量超采深層承壓水，導(dǎo)致(dǎozhì)地下水位持續(xù)大幅度下降，水頭壓力降低，引起地層壓縮（地面沉降），地面標(biāo)高降低，而作為鋼性體的油水井套管則不能隨之壓縮，從而造成油水井套管的相對(duì)抬升上竄。因此，地層壓縮（地面沉降）是引起油水井套管上竄的主要原因之一。3.套管(tàoɡuǎn)上竄分析套管上竄原因分析精品資料3.套管(tàoɡuǎn)上竄分析套管(tàoɡuǎn)上竄原因分析采油三廠河間東營(yíng)斷塊的16口套管上竄井，開(kāi)發(fā)年限在15年以上的有13口；開(kāi)發(fā)年限在10年以內(nèi)的有3口。主要集中在河間東營(yíng)三段砂巖地層。從采油曲線分析，各井從開(kāi)發(fā)至今的生產(chǎn)情況基本平穩(wěn)，日產(chǎn)液量的起伏只是由于調(diào)參、換泵等造成的。油井開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)分析精品資料間124井采油曲線根據(jù)(gēnjù)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)需要，該井于1989年8月將原φ44mm泵換為φ56mm，1994年5月改回φ44mm泵生產(chǎn)至今。精品資料間133井采油曲線該井于1986年9月將原φ44mm泵換為φ56mm，1989年9月改回φ44mm泵生產(chǎn)(shēngchǎn)至今。精品資料二是對(duì)油層以及油層附近的巖層開(kāi)采前后的變化進(jìn)行研究，主要結(jié)合油田(yóutián)開(kāi)發(fā)的動(dòng)、靜態(tài)資料和開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究；三是對(duì)現(xiàn)今地應(yīng)力的研究(yánjiū)，地應(yīng)力場(chǎng)它實(shí)際是“多場(chǎng)”的綜合效應(yīng)。一是水文地質(zhì)的研究，研究范圍是距離地表400～450米以內(nèi)的淺層，主要結(jié)合水文地質(zhì)的資料和數(shù)據(jù)及地面沉降進(jìn)行研究；3.套管上竄分析下步研究方向精品資料3.套管(tàoɡuǎn)上竄分析研究技術(shù)(jìshù)路線預(yù)防措施和防治辦法儲(chǔ)層壓力對(duì)上竄的影響規(guī)律研究油田開(kāi)發(fā)資料水文地質(zhì)資料儲(chǔ)層壓力變化研究水文場(chǎng)變化對(duì)上竄的影響規(guī)律研究?jī)?chǔ)層沉降數(shù)學(xué)物理模型建立地表水層沉降數(shù)學(xué)物理模型建立套管上竄規(guī)律研究水文場(chǎng)演變規(guī)律綜合分析確定套管上竄的主要影響因素、規(guī)律套管上竄的主要影響因素、影響規(guī)律及機(jī)理定量分析精品資料1、套管上竄原因統(tǒng)計(jì)分析1）套管上竄規(guī)律統(tǒng)計(jì)分析對(duì)提供的套管上竄數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出套管上竄在時(shí)間和平面上的分布規(guī)律。2）與油田(yóutián)開(kāi)采有關(guān)的套管上竄相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析3）與地下水開(kāi)采有關(guān)的套管上竄統(tǒng)計(jì)分析4）對(duì)上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，確定產(chǎn)生套管上竄的規(guī)律及主要原因。3.套管(tàoɡuǎn)上竄分析研究?jī)?nèi)容精品資料2、建立套管上竄分析的數(shù)學(xué)物理模型1)建立由于油藏開(kāi)發(fā)(kāifā)引起套管上竄的數(shù)學(xué)和物理模型，確定隨著油田開(kāi)采及井下壓力變化引起的地面下沉量。2)建立由于地下水過(guò)度開(kāi)采引起的套管上竄的數(shù)學(xué)模型，定量計(jì)算由于一定的永久性水位降而引起的地面下沉量。3)將上述兩種模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合分析，將地層沉降量計(jì)算結(jié)果與套管上竄高度進(jìn)行對(duì)比，分析套管上竄與上述因素存在的切實(shí)聯(lián)系，確定影響套管上竄的主要因素。3.套管(tàoɡuǎn)上竄分析研究?jī)?nèi)容精品資料3、巖石物理力學(xué)性質(zhì)(xìngzhì)參數(shù)測(cè)試1）油層部位巖層巖石力學(xué)參數(shù)的測(cè)試由于油層開(kāi)采后地層壓力降低，引起有效應(yīng)力增加，使地層壓實(shí)，引起油層以上地層下沉，因此在數(shù)學(xué)和物理模型中需要巖石本身的力學(xué)參數(shù)。2）地表巖土物理力學(xué)指標(biāo)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)將地下水以上的巖土進(jìn)行分層，實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同性質(zhì)(xìngzhì)巖土層的物理力學(xué)指標(biāo)。3.套管(tàoɡuǎn)上竄分析研究?jī)?nèi)容精品資料1、采用地錨式套管預(yù)應(yīng)力完井方法，在完井時(shí)，下入預(yù)應(yīng)力套管串，根據(jù)地表沉降速率以及套管承受(chéngshòu)的最大拉力，設(shè)計(jì)提拉套管伸長(zhǎng)量，使之具有預(yù)應(yīng)力，以緩解地表下沉對(duì)套管上竄的影響。2、設(shè)計(jì)專用的井口套管伸縮