采油一厂尕斯油田套损井分析及分类
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1、尕斯油田套变井现状:
采油一厂尕斯油田自开采以来,就存在注水不足,注采比不断下降,地层亏空严重,油藏的地层压力逐年下降的问题,会导致岩石承受的有效应力加大,该应力场将发生与孔隙压力下降幅度成正比的应力值变化(约51%),岩石压实崩塌,渗透率下降。同时尽管注水压力不断提高,特别是99年后,注水压力有较大幅度的提高,N1-N21油藏注水泵压达到了23MPa,E31油藏注水泵压达到了25 MPa。而注水量却不增加,最近几年突出了注水工作取得了一定的成绩,但也暴露出了一定的问题突出的就是套损井的大量出现,一厂现有套损井178口,而尕斯油田就有155口,而且近几年套损井的井数有明显的上升趋势。其具体情况如下表1:
2、套损位置及机理分析:
随着油田注水开采的不断推进,高压注水带来了套损并的不断增加。我们可以通过表一看出随着开采的逐年推进套损井也在逐年增加,而图一直观的为我们说明了套损井的损坏机理。在这我们分析引起套损可能的三种载荷。
1.是水井周围的泥岩在高压注水的情况下进水软化,加速蠕变挤压套管;
2.是由于油层属于中孔隙中低渗透的情况,在孔隙压力下降的情况下,骨架收缩变形,同时由于油藏层系复杂,油层和非油层互相交错,各层由于注采不平衡造成的骨架变形不同步,不均匀,高压注水使水井周围的泥岩从砂岩中吸水软化,地层层间产生剪切滑移,使套管产生错切变形。再加上岩石含水增加,强度下降,加剧了地层的剪切滑移和蠕变,
3.是地层孔隙压力下降,部分垂直地应力转移到套管上,使套管受到附加的轴向压缩和径向挤压。
套管损坏是这三种载荷共同作用的结果,其中地层滑移是最重要的因素,其次是蠕变载荷,孔隙压力下降引起的地层压实的影响较小,图二为我们客观的展现了套管周围存在的应力,正是这些应力的变化引起了套管的变形及损坏。
当地应力变化,会导致底层作用在套管的应力变化,从而出现蠕变。地应力变化引起的蠕变造成作用在套管上的最大外挤载荷为47.7MPa(北京石油大学实验数据),本油藏使用的大部分是N80-177.8-9.19的套管,其所能承受的均匀外挤载荷只有38.03MPa,而N80-177.8-10.36的套管所能承受的均匀外挤载荷也仅为49.35MPa,因此由于地层蠕变产生的载荷基本上可以造成套管失稳变形。
造成套管损坏的最重要的因素是地层间的相对滑移,N80-177.8-9.19套管所能承受的最大滑动位移约为4-6cm,而实际发生的最大位移是其两倍,必然造成部分套管错断。
造成套管变形或缩径的载荷可能是上述两种载荷中的一种造成的,因为不仅蠕变会造成缩径,套管在错切位移的作用下弯曲时,截面也会从圆变成椭圆,因此我们不能仅从井径测井反映出的缩径就认定套管受到了蠕变挤压,因为井径测井不能反映套管轴线的变形情况。但从套管修复的情况大致可以区分两种套管椭圆变形,即可以用胀管器修通的一般为蠕变载荷造成的,或是小的弯曲变形,而不能修复的则一般是套管发生了错切弯曲变形。
3、套损类型分析:
我们在对注水井施工总结、铅印情况分析及形成机理分析,将套损划分为成片套损、拉伸套损及挤压套损三种类型。具体如下:
1.成片套损
套管遭受剪切应力作用而造成的成片损坏。剪切应力主要来自高压注水诱发的大面积岩石顺层滑动以及构造复活等因素。套损以错断为主。发生时间相对集中,套损点常与滑移层位或构造方位一致。剪切应力造成的破坏往往比较严重,给油田开发带来的损失大。该类套损井有43口。
2.拉伸套损
指套管在轴向拉力作用下,发生的脆性拉伸断裂。套管自重、砂岩层段垂向膨胀以及压实都能对套管产生轴向拉应力,引发套管变形。套损以拉断为主,套管常在接箍处被脱开,若接箍强度高于管体,套管则会发生断裂。套损点深度浅,纵向分布相对集中。该类套损井有1口。
3.挤压套损
作用在井筒内、外差应力超过套管的抗挤强度后导致的挤压变形。又分为内压及外压损坏两种类型。内压损坏主要是由注水压力过高引起的,套管一般沿轴向裂开。外压损坏是由套管遭受的外挤压应力造成的。常见的外挤压力有来自管外泥浆柱压力、地层流体压力以及围岩压力等。套损以缩径、弯曲变形为主。损坏位置多集中于泥岩部位及射开油层段之内,1口井管体通常多点损坏。损坏程度与注水压力及油层的出砂量关系密切。该类套损井有97口。
从分类我们可以看出,尕斯油田套损井主要类型是挤压套损,这类套损井的主要特点是套管变形严重,这就大大影响我们的分注率的提高,其次是成片套损这类套损井是套损加重的表现,还有部分是几种套损类型结合的。往往这类经修复起来很困难。因此我们要做好挤压套损井的修复以更好提高我们的分注率。
4、结论分析
(1)油藏泥岩吸水软化加大了作用在套管上的蠕变载荷是原因之一,由于注采不平衡造成岩石骨架变形在层间进水易于滑移的条件下造成较大的地层变形是原因之二,由于油层孔隙压力降低造成岩石骨架压实使套管轴向压缩是原因之三。当然还有一些其它因素如各种作业,套管本身质量以及固井质量存在问题等,但主要是上述三个因素。尕斯油田地层中大量存在的粘土矿物如伊利石、蒙脱石、伊蒙混层比较亲水,会对套管的挤毁有一定的作用,但不是主要因素。
(2)当井口注水压力升高,泥岩层进水软化,容易滑移、蠕变,在孔隙压力变化的情况下地层变形,造成套管损坏,因此套管损坏的时间一般在注水压力使泥岩与油层的交接面进水软化后损坏。
(3)套损主要发生在射孔层段随着时间推移向射孔层上下发展。
(4)套损井的数量随着开发的不断进行逐年在增加。
5、建议及对策
(1)通过生产措施提高地层的吸水能力如加大压裂酸化措施。
(2)对发现的套损井进行及时的修复以防止其套损加重。
(3)提高注水水质、采用套管阴极保护技术防止套管腐蚀。
(4)定期对套管状况进行监测。
(5)对套损严重的井可以尝试侧钻、取套换套和下小套管工艺的应用。