吉林油田套管損壞機(jī)理研究

付貴春

摘要：引起油田井內(nèi)套管產(chǎn)生損壞的機(jī)理和因素比較多，本文對(duì)受損的主要特征進(jìn)行了分析，并對(duì)損壞的機(jī)理進(jìn)行了深入的探討。

關(guān)鍵詞：套管損壞；機(jī)理分析；對(duì)策

吉林油田是一種低滲透型油藏，地下原油儲(chǔ)層的滲流阻力比較大，不具備較好的連續(xù)性。套管受到損壞會(huì)導(dǎo)致油田的開(kāi)發(fā)效果顯著下降，使井網(wǎng)之間布局變得不合理，由于吉林油田采用注水方式來(lái)保持地下儲(chǔ)層的能量，壓裂增產(chǎn)和注水會(huì)導(dǎo)致套管承受的載荷受到影響，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致套管變形、停產(chǎn)或油、水井報(bào)廢。本文對(duì)吉林油田套管產(chǎn)生損壞的采油區(qū)塊資料和影響機(jī)理進(jìn)行了深入的分析和研究，有利于形成有針對(duì)性的技術(shù)措施來(lái)防止套管產(chǎn)生損壞。

1套管受到損壞的主要特征

1.1套管受到損壞的分布情況

由于吉林油田注水開(kāi)采的時(shí)間比較長(zhǎng)，油井受到損壞的比率在12.03%，水井受損比率為15.21%，最近幾年都有著60余口的油、水井受到損壞，直接影響著油田的正常開(kāi)采。以扶余、新木和新立等較早開(kāi)發(fā)的區(qū)塊受損最為嚴(yán)重，上述三個(gè)區(qū)塊受損數(shù)量可以占到受損總數(shù)的85%。

1.2套管損壞的井型情況

從吉林油田統(tǒng)計(jì)的油、水井資料上來(lái)看，油井受損的比率可以達(dá)到70%，注水井則為小于30%，可是套損井所在每個(gè)井型的比率則是注水井大于油井，新立、扶夫和新木采油區(qū)塊油井受損要大于水井，套損油水井每個(gè)井型的比率基本一致，所以，上述區(qū)塊的油、水井套管受損的情況都比較相近，乾安區(qū)塊的情況比較特別，套損注水井要大于油井，套損注水井占本井型的比率要高于油井，主要是因?yàn)樽⑺鰤阂鸬木哺浇牡貙討?yīng)力集中，從而產(chǎn)生了套損問(wèn)題。

1.3套管損壞的時(shí)間分布情況

套管產(chǎn)生損壞的時(shí)間分布主要和注水增產(chǎn)有著直接的關(guān)系，扶余采油區(qū)塊是上世紀(jì)60年代投入開(kāi)采的，溶解氣驅(qū)進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)套損井，采用注水增產(chǎn)措施之后的第二年便有套損井出現(xiàn)，之后由于注水井?dāng)?shù)量的增多，注水的壓力變大，套管產(chǎn)生變形的油、水井便不斷增多[1]。為了避免套管變形，把注水壓力控制在大小于3.5MPa，同時(shí)關(guān)閉了部分注水井，套管變形情況得到了有效的控制，再通過(guò)多次的井網(wǎng)加密以及調(diào)整，套管受損情況有所提高，但每個(gè)年度的分布呈現(xiàn)出不規(guī)律分布。除此之外，采用注水增產(chǎn)措施的淺層區(qū)塊的油井受損情況要高于注水井，套損井平均時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)一些。

1.4套管受損形態(tài)和層段情況

套管油井的損壞主要形式是變形，為受損總數(shù)90%左右，主要體現(xiàn)為縮徑變形，套管錯(cuò)斷井?dāng)?shù)量占比為6%，彎曲以及腐蝕漏失占比為4%。受到損壞的套管多集中在地下300-400米的井段內(nèi)，從巖層的角度來(lái)看，以泥巖層段時(shí)套管受到損壞的情況最為嚴(yán)重，也就是扶余油田的主力地下原油儲(chǔ)層和蓋層青山組之間的結(jié)合面。在該結(jié)合面的50米區(qū)間內(nèi)的套管受損率可以達(dá)到69.73%，附近的泥質(zhì)數(shù)量較大，一些地質(zhì)層段可高于80%。而乾安、新立采油廠的套管損壞多集中在青三和青二段內(nèi)，發(fā)生在該地層段的下部，該層段的主要為泥巖，容易碎裂，含泥物質(zhì)也比較多，呈現(xiàn)出疏散狀態(tài)，遇到水分后極易發(fā)生膨脹。

2套管受損的機(jī)理研究

2.1地層的影響

由于吉林油田的地下油藏很多都呈現(xiàn)出背斜構(gòu)造形式，具備一定的傾斜角度，在重力影響之下會(huì)有順著傾角產(chǎn)生下滑的趨勢(shì)，但必須要在傾斜角度大于臨界滑動(dòng)角度時(shí)才能產(chǎn)生移動(dòng)。如果地層的孔隙壓力跟著注水壓力的不斷變大到一定數(shù)值之后，巖層臨界傾斜角度就會(huì)顯著下降，巖層相互間的膠結(jié)能力變小，就會(huì)順著傾斜角度產(chǎn)生下滑現(xiàn)象，就會(huì)給限制地層滑動(dòng)的巖體施加剪切應(yīng)力，在該條件下油、水井的套管就會(huì)產(chǎn)生彎曲或者剪斷現(xiàn)象。

2.2油、水井自身原因

套管具備的強(qiáng)度滿足不了要求、套管質(zhì)量存在缺陷、井眼的狗腿度超出規(guī)定范圍，在鉆井作業(yè)時(shí)套管產(chǎn)生磨損、套管間的絲扣結(jié)合不好、固井質(zhì)量滿足不了要求等。如果套管質(zhì)量存在問(wèn)題而下入油、水井內(nèi)，套管之間的連接和密封都不會(huì)滿足設(shè)計(jì)要求，會(huì)出現(xiàn)滲漏問(wèn)題，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷裂以及脫扣現(xiàn)象[2]。在下套管過(guò)程中，套管的外表面不可避免的會(huì)和巖層間出現(xiàn)碰撞或摩擦，尤其在狗腿度超標(biāo)的區(qū)段內(nèi)，如果強(qiáng)行下入套管，磨損情況會(huì)更回嚴(yán)重，套管也會(huì)產(chǎn)生彎曲和變形。

2.3注水的影響

采用注水增產(chǎn)開(kāi)采手段后，地下油層的孔隙壓力會(huì)變大，孔隙壓力的不斷提升，驅(qū)油能力得到進(jìn)一步增強(qiáng)，但也會(huì)引起套管的變形。

2.3.1注水導(dǎo)致井壁四周形成較為集中的應(yīng)力

如果注入的水分進(jìn)入到泥巖地層中，泥巖會(huì)由于吸收到水分而產(chǎn)生軟化，膠結(jié)能力變小，油、水井四周的地層中會(huì)生成較為集中的應(yīng)力，如果最大、最小周向應(yīng)力的施加會(huì)使井眼變生橢圓變形，那么套管就會(huì)隨之產(chǎn)生變形。

2.3.2注水壓力減弱了地層巖石具備的抗剪能力，提高了注采壓差力

采用注水增產(chǎn)措施后，注入水的壓力變大，地下油層中的孔隙壓力也會(huì)相應(yīng)的提高，地層巖石剪切強(qiáng)度會(huì)隨之減小。如果地層孔隙內(nèi)的液體壓力值大于或等于巖體承受的垂向應(yīng)力，其具備的剪切強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)的減小，在外界施加壓力的條件下產(chǎn)生破裂。注水壓力的不斷提升，注采壓差也相應(yīng)的變大，如果高于巖石剪切強(qiáng)度情況下，巖石同樣會(huì)產(chǎn)生破裂，井內(nèi)的套管會(huì)由于受到推擠而產(chǎn)生變形。

2.3.3注水壓力使地層巖石摩擦角變小，地層易產(chǎn)生傾向滑動(dòng)

如果地下儲(chǔ)層間具有傾斜角度時(shí)，在重力的影響下會(huì)順著傾斜角度形成滑動(dòng)趨勢(shì)，傾斜角度大于摩擦角就會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，由于摩擦角度是巖體的特性，如果地下儲(chǔ)層孔隙壓力較高，具備的自鎖摩擦角度就越小。如果地層的傾斜角度較大，則更易產(chǎn)生滑動(dòng)，形成的剪切力就更大，如果大于套管具備的抗剪強(qiáng)度，就會(huì)形成剪切變形。

2.3.4注入引起泥巖體積膨脹從而形成體積力

地下泥巖主要萬(wàn)分有蒙脫石和伊利石，蒙脫石如果跟水結(jié)合會(huì)形成膨脹，如果是非射孔區(qū)段，由于圍巖難以進(jìn)行有效的壓縮，泥巖產(chǎn)生膨脹生成的體積力無(wú)法進(jìn)行有效的釋放會(huì)作用到套管之上，從而引起套管變形。

2.4作業(yè)的影響

酸化、射孔以及壓裂作業(yè)都會(huì)對(duì)套管產(chǎn)生不同程度的影響和損壞，由于吉林油田地下儲(chǔ)層的物性并不是十分理想，，為了提高采收率，一般都會(huì)采用壓裂的增產(chǎn)手段，壓裂液會(huì)對(duì)套管內(nèi)外壁產(chǎn)生擠壓力，當(dāng)擠壓力之間的差值大于套管具備的負(fù)荷條件，就會(huì)產(chǎn)生損壞。同時(shí)，水力壓裂縫高過(guò)大的話，人工形成的裂縫會(huì)進(jìn)入到泥巖層內(nèi)，泥巖遇水會(huì)變得膨脹，使水平應(yīng)力差值變大，從而造成套管損壞。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，引起吉林油田套管損壞的機(jī)理是多方面的，應(yīng)該根據(jù)不同的生成機(jī)理制定出相應(yīng)的解決措施，應(yīng)該對(duì)地層應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試，對(duì)套管柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，還應(yīng)該選用合適的套管材質(zhì)，對(duì)于容易產(chǎn)生變形和損失的層段應(yīng)用雙層組合套管等方法，可以有效的減少套管受損的可能性。

參考文獻(xiàn)

[1]崔月明. 大慶油田薩中開(kāi)發(fā)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)層地層滑移與套管剪切損壞機(jī)理研究[D].東北石油大學(xué)，2015.

[2]孫超，王軍，劉成雙.吉林油田套管損壞因素分析及預(yù)防對(duì)策[J].天然氣與石油，2011，29（02）：43-47+2.

（作者單位：吉林油田公司新木采油廠）