A區塊標準層套損治理效果分析

孫萌萌（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

A區塊標準層套損治理效果分析

孫萌萌（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

隨著油田開發的不斷深入，套損井數越來越多，導致油水井利用率降低，給油田開發帶來嚴重的負面影響。尤其是標準層套損，由于其發展速度快，影響范圍大，涉及井數多，已成為影響油田開發的一大難題。因此，深入分析套損原因、合理調整壓力系統，預防和治理相結合才能有效控制套損。總結了A區塊套損成因，針對標準層套損防控及油藏開發相應進行治理，累計節約注入水79.01×104m3，日產液增加198.9 t，含水下降了0.5個百分點。按目前油價1812元/t計算，原油產值每天增加1.2萬元，節能降耗的同時增加了收益，為相關區塊套損治理提供了依據，有效控制套損，節約開發成本。

套損；標準層；油藏開發；節水

套損是由于地層壓力不均衡引起地層發生的相對錯動，從而產生對套管的剪切應力作用，導致套管發生變形；如果未及時發現和調整，地層持續憋壓，發生進一步位移、剪切套管，套管變形就會繼續發展成為錯斷。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入非目的層，浪費能源的同時，進一步加劇地層壓力不均衡的狀況，擴大套損的影響，造成更大損失，嚴重影響生產。尤其是標準層發生套損，大量注入水沿著標準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，其控制和治理難度大，造成損失嚴重，后期恢復慢。

1 套損基本概況

截至2016年10月，A區塊累計發現嫩二底標準層（后文簡稱標準層）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。最終經調查，落實已套損井33口。從套損井分布區域及套損類型看，主要套損區分布在80#和81#斷層之間的14隊，以及位于區塊東南部的7隊、15隊這兩個區域。該區域內集中出現了嫩2底部標準層的套管損壞，套損井達到33口，占總井數的48.53%。該區塊2007年投產，2008年注聚，目前處于含水回升后期，因其井距小，單位面積井數多，成片套損對其造成的影響比較大。

2 套管損壞機理分析

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

2.1 套管損壞的力學原理

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

2.2 固井質量對套損的影響

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

2.3 巖石巖性原因

A區塊兩個成片套損區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準層；套變點對應巖性主要是油頁巖和巖性變化界面的薄弱部位[2]。從標準層油頁巖結構看，其水平層理的發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，導致化石面存在微裂縫。當注入水竄入標準層時，會沿著疊置的介形蟲化石層迅速擴散，形成大片浸水域，導致泥頁巖成片狀開裂，層理之間膠結變差，地層沿化石薄弱面進行應力釋放發生位移，導致大面積成片套損。

2.4 地質構造原因

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

式中：τ——巖石抗剪強度，MPa；

C——泥巖內聚力，MPa；

δ——正應力，MPa；

P——孔隙壓力，MPa；

φ——內摩擦角，（°）。

在構造運動過程中，斷層曾經是地應力最集中的地方，斷層面及其附近的內聚力和抗張強度最小，其穩定性最差[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致地層憋壓，使斷層失去平衡。同樣，構造軸部也是應力最集中穩定性極差的區域，地應力場稍有變化便會引發應力的釋放，導致套管損壞。在構造復雜斷層眾多的油田生產中，斷層區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當中，往往要考慮多方面的因素，尤其是標準層套損的成因更為復雜。除了上述常見的因素以外，經常伴隨多個原因的出現最終導致標準層成片套損，其發生和發展較為迅速，破壞性大，進水源頭不易查找，這些都是標準層套損難于治理的因素[5]。因此，分析標準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力，導致巖體位移，發生套損；

◇超破裂壓力注水容易導致套管損壞；

◇老套損區標準層油頁巖微裂縫已經破裂張開，相對穩定性差，易發生套損；

◇高礦化度的地層水、硫酸還原菌、硫化氫和電化學等腐蝕導致套損；

◇套管質量不好、措施工藝不當等工程因素的影響，將產生多種類型的套管損壞。

3 套損區相關治理措施

3.1 根據具體情況合理控制注水壓力

在A區塊出現標準層套損井后，立刻組織成立套損治理專項小組，采取相關治理措施，對套損井周圍300 m范圍內水井進行關井控注，在最大程度上控制套損區范圍，減少注入水的無效流失，共計關井58口。另外，不同地區的油層破裂壓力各不相同，根據實際的地質參數和套管參數，合理降低圈定套損區周圍水井的注水壓力和注水速度，調整井數8井次。通過調整注水壓力和注水速率來合理控制相鄰區塊之間的壓差，防止區塊內外壓差過大，在短期內出現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力值，防止壓開隔層；在控制區塊地層壓力的同時，注水井發現異常，要立即關井停注，已經驗證發生套損的井和原因未查明的井，不可恢復注水。

3.2 充分運用動靜態資料及時發現異常現象

針對標準層套損區進水源頭的查找，一直是標準層套損治理的關鍵性問題，無論是標準層套損的預防還是已經發生標準層套損后的治理，都要充分運用動靜態資料，尤其是新井和轉注井投產3個月內的第一次吸水剖面的分析。對于異常吸水層要及時分析、及時調查和采取措施，確認上竄的層一定要單卡停注，確保注入水有效用于油田開發，從根本上控制進水源頭預防標準層的套損。對于套損區的采油井，在無措施情況下保持正常開采，并選取3口采油井，對其標準層進行補孔泄壓，加速標準層中存留注入水的排除，達到泄壓穩定的目的。

3.3 采取必要措施防止套損

除了對已發生套損井進行治理外，更應采取有效措施，防止注入水沿水泥未膠結層帶發生上竄，進入泥巖層，從根源上防止標準層套損的發生。如下套管扶正器、控制水泥漿上返速度以及高度，牢固結合界面，提高固井質量；對個別容易發生套損的泥巖帶下高強度套管；新投井標準層下水泥面控制工具，對嫩二底標準層不封固，當巖石發生變化時留出緩沖空間，使地層不能接觸到套管，起到保護套管的作用；在加強套管修復技術研究的同時，重視先進套管檢測技術的引進和應用[6]。另外，嚴把施工質量關，避免因施工造成的套管損壞和二次套損的發生。

4 區塊綜合治理效果分析

1）對于標準層錯斷的油井暫不修復，并選取3口井進行標準層補孔泄壓。

2）及時對周邊水井進行關井控注調查，圈定套損影響范圍，并降低套損區周邊水井的注水強度，做到壓力平穩過度，避免了套損區與周邊地層壓力差所導致的地層進一步運移；控制緊鄰斷層水井在斷穿地層的注入強度，使該水井所控制的遠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，節約了成本，累計節約注入水57.1×104m3。

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

4）根據區塊特點，對A區塊進行選井，實施周期注采，控制高含水區低效無效循環的同時，避免長時間高強度注水造成套管的損壞，節能減排降低能耗。通過對選取的10口水井和5口油井進行周期注采，累計節約注入水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液528.9 t，日產油7.4 t，綜合含水98.6%，周圍7口油井日產液769.8 t，日產油24.3 t，綜合含水96.8%。通過周期注采，日產液增加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，原油產值每天增加1.2萬元，節能降耗的同時增加了收益。

5 結束語

標準層套損給油田造成了損失，通過對套損區的綜合治理，防治結合，在套損區實行油井補孔泄壓的措施，同時結合周期注采，日注水量由原來的1650 m3降低到963 m3，取得了較好的節能降耗效果。目前套損區油水井穩定運行，在控制套損的前提下，節能降耗效果明顯，大大降低了注入水的低效無效循環，有效地節約了能源，使企業降低了成本，增加了經濟效益。

[1]金毓節.采油地質工程[M].北京：石油工業出版社，2006：51-52.

[2]伍友佳.油藏地質學[M].北京：石油工業出版社，2004：73-75.

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

[4]李東旭.地質力學導論[M].北京：地質出版社，1986：3-7.

[5]楊樹棟，李權修，韓修廷.采油工程[M].東營：石油大學出版社，2001：21.

[6]萬仁溥，羅英俊.采油技術手冊[M].北京：石油工業出版社，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年畢業于東北石油大學（石油工程專業），從事聚驅分析工作，E-mail：sunmengmeng@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責任公司第三采油廠地質大隊，163000。