段六撥油田泥巖水化套損機(jī)理及預(yù)防對(duì)策研究

林莉莉 步宏光 唐慶（大港油田公司采油工藝研究院， 天津 300280）

段六撥油田泥巖水化套損機(jī)理及預(yù)防對(duì)策研究

林莉莉 步宏光 唐慶（大港油田公司采油工藝研究院， 天津 300280）

隨著段六撥油田不斷開發(fā)，目前進(jìn)入開發(fā)中后期，套損情況愈發(fā)嚴(yán)重，不僅影響油田的穩(wěn)產(chǎn)，而且還造成注采井網(wǎng)的不完善，給油田區(qū)塊的整體開發(fā)帶造成不利影響。本文通過對(duì)段六撥油田套損類型、套損名義壽命、套損深度及套損層位等方面進(jìn)行套損套變規(guī)律統(tǒng)計(jì)，找出相應(yīng)規(guī)律。結(jié)合段六撥油田地質(zhì)開發(fā)特點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)段六撥油田套損套變主要原因是固井質(zhì)量差造成水竄入泥巖層誘發(fā)泥巖水化引起套損套變。同時(shí)，針對(duì)套損套變?cè)蛑贫ㄒ幌盗邢鄳?yīng)套損預(yù)防對(duì)策，為油田套管保護(hù)提供有利依據(jù)。

套管損壞；泥巖水化；機(jī)理；預(yù)防對(duì)策

段六撥油田位于段六撥背斜構(gòu)造北翼，構(gòu)造較簡(jiǎn)單、為斷層夾持的斷階式東西向斷鼻構(gòu)造，為構(gòu)造-巖性油藏，油層埋藏較深（油層埋深2880-3540m），儲(chǔ)層物性較差（儲(chǔ)層平均滲透率34.9×10-3μm2，平均孔隙度15.9%，為中孔低滲油藏），含油層系多（由上至下依次為沙三段、孔一段棗0-棗3油組）。

截止到2015年底，段六撥油田總井?dāng)?shù)155口，采油井96口，注水井59口。套損井47口，占該油田總井?dāng)?shù)30.3%，共損失套損點(diǎn)以下油層1887.8米/634層，剩余未射油層201.4米/91層，套損日趨嚴(yán)重，套損的發(fā)生嚴(yán)重影響了該油田的開發(fā)效益。因此，需要找出段六撥油田套損主控因素及套損機(jī)理，并制定相應(yīng)預(yù)防對(duì)策，提高該油田油水井的壽命，改善開發(fā)效果。

1　套損井套損特征分析

（1）套損類型 套管損壞簡(jiǎn)稱套損，一般可分為套管變形、破裂和密封性破壞三種類型。通過對(duì)段六撥油田47口套損井，50個(gè)套損點(diǎn)的套損類型的統(tǒng)計(jì)，該油田套損以縮徑為主，占套損類型井的52%，縮徑是泥巖水化引起套損的典型特征；其次是套漏，占套損類型井的32%（見表1）。

表1　套損類型統(tǒng)計(jì)

（2）套損層位及巖性分布 ①套損層位分布。通過對(duì)50個(gè)套損點(diǎn)對(duì)應(yīng)層位的統(tǒng)計(jì)分析，套損對(duì)應(yīng)層位主要集中沙河街和孔一段（見表2）。

表2　套損層位統(tǒng)計(jì)

②套損巖性分布。通過對(duì)50個(gè)套損點(diǎn)對(duì)應(yīng)巖性的統(tǒng)計(jì)分析，套損主要集中在泥巖，占50%；其次砂巖，占24.0%（見表3）。

表3　套損巖性統(tǒng)計(jì)

2　套損主控因素研究

通過統(tǒng)計(jì)規(guī)律的分析，找出了段六撥油田引起套管損壞的主控因素：泥巖水化和腐蝕，以下主要對(duì)泥巖水化的套損機(jī)理進(jìn)行研究。

（1）泥巖水化套損機(jī)理 泥巖主要特性包括水化膨脹特性和吸附特性，泥巖水化膨脹是影響泥巖段井壁穩(wěn)定的主要因素［3，4］。當(dāng)注入水進(jìn)入泥巖層后，改變了巖石的力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)，抗剪切強(qiáng)度和內(nèi)摩擦系數(shù)大幅度降低，使巖石產(chǎn)生變形和位移，在非均質(zhì)地應(yīng)力作用下，巖石蠕變對(duì)套管產(chǎn)生一個(gè)非均勻的外擠力，使套管變形。

（2）泥巖水化套損力學(xué)模型及模擬計(jì)算 泥巖水化后，作用在套管上的等效應(yīng)力采用Von mise應(yīng)力（第四強(qiáng)度理論）模擬計(jì)算，Von mise應(yīng)力表達(dá)式為：

式中：σe-Von mise應(yīng)力，MPa ；σH-最大主應(yīng)力，MPa；σv-最小主應(yīng)力，MPa ；σo-中間主壓力，MPa

表4　段六撥油田泥巖固井質(zhì)量差條件下套管受力表

依據(jù)第四強(qiáng)度理論，利用ansys軟件，模擬地層條件，計(jì)算了不同條件下的套管受力（見表4），通過以上的力學(xué)計(jì)算，應(yīng)采用鋼級(jí)P110、壁厚9.17mm以上的套管預(yù)防泥巖水化引起的套損。

通過對(duì)該油田歷史完鉆井的統(tǒng)計(jì)，采用鋼級(jí)P110、壁厚9.17mm以上的套管有6口井發(fā)生了套變，通過對(duì)6口井套變類型的分析，其中4口井是套漏，2口井是縮徑（177.8mm套管），因此，說明了采用139.7mm×P110×9.17mm的套管未發(fā)生由于泥巖水化引起的套變（見表5）。

表5　套管鋼級(jí)與壁厚使用情況表

3　預(yù)防措施

通過前面的地質(zhì)模型建立及利用Von mise應(yīng)力（第四強(qiáng)度理論），應(yīng)用ansys有限元計(jì)算，采用P110×9.17mm以上的套管能夠預(yù)防由于泥巖水化引起的套變；同時(shí)對(duì)歷史完鉆井的鋼級(jí)壁厚使用情況的統(tǒng)計(jì)分析，139.7mm的套管，采用P110×9.17mm以上的套管未發(fā)生由于泥巖水化引起的套變。綜合以上的分析，對(duì)于因泥巖水化引起的套損井，推薦采用P110×9.17mm以上的套管。

4　結(jié)論與認(rèn)識(shí)

通過對(duì)套損井的基本情況統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，完成了段六撥油田套管損壞機(jī)理及預(yù)防對(duì)策研究，形成了以下的結(jié)論和認(rèn)識(shí)：

①段六撥油田套管損壞以泥巖水化為主，對(duì)于泥巖水化引起的套管損壞，應(yīng)采用提高套管鋼級(jí)壁厚的措施，同時(shí)考慮成本和套損點(diǎn)分布特征，應(yīng)用組合套管：139.7mm×（N80×9.17mm×油層以上井段+ P110×9.17mm×目的層井段）；

②加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)和引進(jìn)，提高固井質(zhì)量，防止水竄入泥巖層，預(yù)防因泥巖水化引起套損的發(fā)生。

［1］杜朋舉，等.淺談注水井套損原因及預(yù)防措施［J］.化學(xué)工程與裝備，2010，（6）：93-94.

［2］劉向君.巖石力學(xué)與石油工程［J］.北京：石油工業(yè)出版社，2004：75-78.

［3］譚英杰.泥巖膨脹機(jī)理的彈塑性力學(xué)分析［J］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2005：79-85.

［4］陳勉.我國(guó)深層巖石力學(xué)研究及在石油工程中的應(yīng)用［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（14）：2455-2462.

［5］李臣，等.秦家屯油田油水井套損原因分析［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12（12）.

林莉莉（1983- ），女，工程師，2007年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，從事套損套變研究工作。