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1、华北油田套损华北油田套损现状和现状和 油层套管上窜油层套管上窜机理深入探讨机理深入探讨 目 录 概况 套变 套损分析 套管上窜分析 结论 截止到2002年底 据不完全统计 华北油田共发现 套变 套损和上窜井779口 占油田总井数的12 9 套损形式包括套管上窜 变形 错断 缩径 破裂及 漏失等 其中套变 套损井442口 占总套损井的 56 7 套管上窜井337口 占总套损井的43 3 同 时 华北油田油井套管损坏程度要比水井套管损坏程 度严重 油井套损643口 占总套损井的82 5 水井 套损136口 占总套损井的17 5 1 概况 华北油田各采油厂套损井比例 从已发现的套变套损井的情况来看
2、除近几年新 投入开发的断块外 各油田都有一定数量的套变套损 井 前期开发的老油田情况更为严重 套变 套损井 主要集中在采油四厂的京11断块 采油五厂的晋45断 块 二连阿南油田的阿3 阿11 阿31断块和哈南油 田的哈301 哈24断块 2 套变 套损分析 油田分布特点油田分布特点 华北油田部分断块套损状况图 由此可见 华北油田套管损坏井段大多发生在泥岩 地层和砂岩地层 部分发生在膏盐地层 2 套变 套损分析 套损井岩性分布套损井岩性分布 通过对华北油田440口套损井统计 套损形式主要 有套管变形 弯曲 错断及破裂漏失等四种 2 套变 套损分析 变形弯曲错断破裂漏失合计 统计井数 口33836
3、2244440 比例 76 88 25 010 0 套变套损形式套变套损形式 二连 95年36口 01年25口 五厂 93年16口 94年15口 四厂 97 98年10口 年 01年16口 2 套变 套损分析 套损发现时间套损发现时间 由于套变套损井都是在作业中发现的 所以套 变套损井井数与每年的作业次数也有直接的关系 以二连油田为例 94 96年发现套变井数占作 业井数的比例分别为12 8 15 2 和12 6 01 02年发现套变井数占作业井数的比例分别为 8 0 和8 9 均高出其他年份 即出现了两个相 对高峰值 2 套变 套损分析 套损发现时间套损发现时间 2 套变 套损分析 套损完好
4、时间套损完好时间 根据对采油三厂 采油四厂 采油五厂和二连公司的351口 井统计 从油水井投产 投注到发现套变 套损时间最长的是 采油三厂 套管平均完好时间为12 1a 时间最短的为采油五 厂 平均完好时间为3 6a 总平均7 8a 采油三厂采油四厂采油五厂二连公司合计 统计井数 口478761156351 平均寿命 a12 19 93 65 57 8 原因1 膏盐层的 塑性 流动造成套管损坏 采油五厂荆丘油田的晋45断块膏盐地层主要成份为 膏岩 盐岩和页泥岩 在钻井过程中 膏盐层井径扩大 率过大 井眼曲率过大 造成井径不规则使固井形不成 均匀水泥环 这样地层 塑性 流动就会对套管柱施加 非均
5、匀 点载荷 从而对套管局部的挤压力超出套管 的抗挤压力 造成钢级为P110 壁厚为10 54mm的高强度 套管发生变形 甚至挤毁 2 套变 套损分析 套损原因分析套损原因分析 原因2 油田 双高 注水导致套管损坏 1 泥岩蠕变造成套管损坏 注水开发后 注入水通过断层 岩层界面 窜槽等侵 入非注入泥岩层 泥岩属于不稳定岩体 被水润湿后胶 结强度大大降低 随着水的继续入侵 胶结力逐渐消失 其内聚力随泥岩含水增多而下降 改变了泥岩的力学 性质和应力状况 使泥岩层产生位移和变形从而挤压套 管 造成套管的错断或变形 2 套变 套损分析 套损原因分析套损原因分析 2 断层的存在导致套管损坏 位于断层附近的
6、注水井在高注水压力的作用下 部分注 入水通过断层面导流到其它中 高渗透层 或渗透到泥岩 层 致使部分断层表现出明显的 导水 现象 注入水沿断 层面窜流 而侵入到上下泥岩层中 引起泥岩的膨胀蠕变 产生非均匀载荷挤压套管 另一方面 断层导水使断层 侧面被 润滑 磨擦角变小 容易发生侧移 对套管产生 剪切作用 而使套管遭到破坏 破坏特征为弯曲变形 因 此 断层导水造成断层附近油水井套变 套损 2 套变 套损分析 套损原因分析套损原因分析 原因3 射孔削弱套管强度导致套管损坏 射孔完井是油田重要的完井工艺 但射孔对套管强度 有很大影响 由于射孔后套管强度降低 导致油井套管损 坏 一是由于射孔后 套管孔
7、眼周围将产生不同长度的纵 向裂纹 裂纹将产生应力集中 又加快裂纹的发展 同时 裂纹区易加快套管腐蚀 也严重降低了套管强度 二是 设计套管柱时 忽略了生产层射孔的问题 因此 在套管 柱强度设计本来就不富余的情况下 因射孔对套管带来一 定的伤害 加速了套管的损坏 2 套变 套损分析 套损原因分析套损原因分析 1 采油五厂荆丘油田的膏盐地层 采用双层组合套管工艺 缓解非均匀载荷对套管产生的外挤作用力 预防套管损坏 见到了明显效果 2 针对高注采比 高压注水引起的构造断层复活 移动及 泥岩层的蠕变 滑移造成的油水井套管损坏现象 进一步 调整开发方案 降低注采比 使注采趋于平衡 逐步降低 地层压力 将注
8、水压力控制在原始地层压力水平附近 以 减缓套管损坏速度 2 套变 套损分析 套损防治与治理套损防治与治理 3 采用小直径工具应用于套变井分注 由于套变套损井的存在 许多水井的常规分注工作无 法开展 严重影响了区块整体开发效果 为此 在套变井 段 大于 100mm 应用小直径分注工具进行分注 改善 了分层治理效果 在对套变 套损的治理上 针对套管损坏形态 研究 应用了成熟的修复工艺技术 这些技术主要包括套管整形 技术 加固技术 贴补技术 取套换套技术和侧钻技术等 2 套变 套损分析 套损防治与治理套损防治与治理 华北油田共有套管上窜井337口 占套损井总数 的43 3 主要分布在采油一厂和采油三
9、厂 采 油一厂有套管上窜井176口 占采油一厂套损井 的84 2 上窜最高达到1 20m 采油三厂共有套 管上窜井161口 占采油三厂套损井总数的75 6 上窜最高达到0 63m 3 套管上窜分析 套管上窜分布套管上窜分布 采油一厂和三厂部分断块上窜井柱状图 部分断块套管上窜高度对比 油层套管将与表层套管焊接的环形钢板顶开后上窜 导致井口抬升 造成抽油机悬绳器碰井口盘根盒或采油 树拉偏地面管线 影响油田生产 少部分井由于环型铁板未开焊或油套环行空间有水泥 帽 套管上窜所产生的弹力无法释放 导致油层套管在 水泥返高以上某部位发生弯曲变形 甚至由于弯曲变形 严重把油管挤断 造成油井的大修 同一断块
10、不是所有的油水井都存在油层套管上窜现象 上窜井分布不均 没有规律性 并且上窜高度也存在 一定的差异 3 套管上窜分析 套管上窜表象套管上窜表象 任39井套管上窜井口图片 任39井悬绳器与盘根盒相对位置图片 任49井油层套管顶出地面 环形板裂开现场图片 路27 8井套管上窜引起的地面管线弯曲 根据套管上窜井调查统计数据及上窜的表象特征 认为套管上窜与水文地质 油田开发和现今地 应力的变化有一定的关系 特别是水文地质的变 化有可能是引起套管上窜的主要原因 3 套管上窜分析 套管上窜原因分析套管上窜原因分析 自新生代以来 由于华北平原长期处于下降趋势 致使本区堆积了厚约3000 4000m的新生界地
11、层 其中 第四系厚度达400 450m 自下而上分为下更新统 中 更新统 上更新统及全新统 3 套管上窜分析 水文地质条件水文地质条件 第四系含水组 浅层含水层组 深层含水层组 第四系含水层的第一含水组全 部和第二含水组上部 底板埋 深60 70m 属微承压水类型 含水砂层岩性以粉细砂为主 深层含水层组分为上下两段 上段相当于第二含水组的下部 和第三含水组 底界埋深300 320m 下段相当于第四含水 组 底界埋深400 450m 深 层含水组上段含水砂层岩性以 细砂 粉细砂为主 地下水位下降形成降落漏斗导致地面沉降 由于沧州地区广泛分布着巨厚的第四纪和晚第三纪松散 岩类地层 近年来由于过量超
12、采深层承压水和地热能源的开 发利用 地下水位持续大幅度下降 形成地下水位降落漏斗 华北地区普遍发生了地面沉降现象 使其成为沉降速度最 快 沉降面积最大的重灾区 初步调查结果显示 沧州地区 地面沉降已相当严重 城市 县城乃至一些集中采水点均成 为当地地面沉降中心 尤以沧州市 任丘 河间 黄骅为最 而沧州市乃是最大的沉降中心 3 套管上窜分析 套管上窜原因分析套管上窜原因分析 沧州市区水井井口抬升图 地面沉降引起套管上窜 如前所述 由于沧州地区广泛分布着巨厚的第四纪和晚第 三纪松散岩类地层 过量超采深层承压水 导致地下水位持 续大幅度下降 水头压力降低 引起地层压缩 地面沉降 地面标高降低 而作为
13、钢性体的油水井套管则不能随之压 缩 从而造成油水井套管的相对抬升上窜 因此 地层压缩 地面沉降 是引起油水井套管上窜的主要原因之一 3 套管上窜分析 套管上窜原因分析套管上窜原因分析 3 套管上窜分析 套管上窜原因分析套管上窜原因分析 采油三厂河间东营断块的16口套管上窜井 开发 年限在15年以上的有13口 开发年限在10年以内的 有3口 主要集中在河间东营三段砂岩地层 从采 油曲线分析 各井从开发至今的生产情况基本平稳 日产液量的起伏只是由于调参 换泵等造成的 油井开发数据分析 间124井采油曲线 根据开发生产需要 该 井于1989年8月将原 44mm泵换为 56mm 1994年5月改回 4
14、4mm 泵生产至今 间133井采油曲线 该井于1986年9月将原 44mm泵换为 56mm 1989年9月改回 44mm 泵生产至今 二是对油层以及油层附近的岩层开采前后的变化进行研 究 主要结合油田开发的动 静态资料和开发数据进行 研究 三是对现今地应力的研究 地应力场它实际是 多场 的 综合效应 一是水文地质的研究 研究范围是距离地表400 450米 以内的浅层 主要结合水文地质的资料和数据及地面沉 降进行研究 3 套管上窜分析 下步研究方向下步研究方向 3 套管上窜分析 研究技术路线研究技术路线 预防措施和防治办法 储层压力对上窜的影响规律研究 油田开发资料水文地质资料 储层压力变化研究
15、 水文场变化对上窜的影响规律研究 储层沉降数学物理模型建立地表水层沉降数学物理模型建立 套管上窜规律研究水文场演变规律 综合分析确定套管上窜的主要影响因素 规律 套管上窜的主要影响因素 影响规律及机理定量分析 1 套管上窜原因统计分析 1 套管上窜规律统计分析 对提供的套管上窜数据进行统计分析 得出套管上窜 在时间和平面上的分布规律 2 与油田开采有关的套管上窜相关性统计分析 3 与地下水开采有关的套管上窜统计分析 4 对上述统计结果进行综合分析 确定产生套管 上窜的规律及主要原因 3 套管上窜分析 研究内容研究内容 2 建立套管上窜分析的数学物理模型 1 建立由于油藏开发引起套管上窜的数学和
16、物理模型 确定随着油田开采及井下压力变化引起的地面下沉量 2 建立由于地下水过度开采引起的套管上窜的数学模型 定量计算由于一定的永久性水位降而引起的地面下沉量 3 将上述两种模型计算结果进行综合分析 将地层沉降 量计算结果与套管上窜高度进行对比 分析套管上窜与上 述因素存在的切实联系 确定影响套管上窜的主要因素 3 套管上窜分析 研究内容研究内容 3 岩石物理力学性质参数测试 1 油层部位岩层岩石力学参数的测试 由于油层开采后地层压力降低 引起有效应力增加 使地 层压实 引起油层以上地层下沉 因此在数学和物理模型 中需要岩石本身的力学参数 2 地表岩土物理力学指标室内实验 将地下水以上的岩土进行分层 实验测定不同性质岩土 层的物理力学指标 3 套管上窜分析 研究内容研究内容 1 采用地锚式套管预应力完井方法 在完井时 下 入预应力套管串 根据地表沉降速率以及套管承受的 最大拉力 设计提拉套管伸长量 使之具有预应力 以缓解地表下沉对套管上窜的影响 2 设计专用的井口套管伸缩装置 伸缩量根据地 表沉降速率确定 当地表下沉时 伸缩装置随之下行 但不影响油井的正常生产 3 套管上窜分析 防治套
