胜利油田油水井套变预防措施研究

1、胜利油田油水井套变预防措施研究    摘    要   针对套变套损原因制定了相应的预防措施，一是防止外挤力超过套管屈服强度，二是提高套管强度。近两年来，通过对560口油水井应用了上述措施，油井套变率小于1.5%，水井套变率小于5%，取得了明显的防套变效果。关键词   套变   泥岩   蠕变   地应力   预防措施    为了创造良好的稳产基础，胜利油田从“七五”期间就开始

2、了套变机理研究，且开展了早期预防套变技术的研究，并取得了一定的防套损效果。老区套损得以缓解，新区套损得到有效控制。套变速度由1978年的230口/年下降到2002年的150口/年。1    套变分布特点    通过对胜利油田套损调查发现，变形位置大都集中在沙三段油层或沙三段油层上部泥岩段，且同一口井有多段变形；大规模变形时间集中在高压注水以后；变形平面分布集中在断层两侧构造高点及翼部地层倾角较大的区域。其套变类型主要有两大类：一是套管变形类型，主要包括椭圆变形、弯曲变形、单面挤扁变形、缩径变形。二是套管破裂损坏类型，常见的有套管错断形

3、态、套管裂开形态、套管腐蚀或套管磨损穿孔形态、套管密封性破坏形态。以现河地区史南油田史深100地区为例：套管损坏井集中在断层两侧；套损井在构造高点及翼部地层倾角较大的区域发生较多；史南油田史深100地区套损首先集中在构造顶部、地层倾角大的翼部和断层附近，而后呈放射状分布。至2002年底，本区的油水井套变率达13.6%；史深100地区套损位置集中在沙三中21油层或沙三中21油层上部，且同一口井有多段变形；大规模套变时间集中在高压注水后。2    套变机理      对套损的原因进一步深入研究，其套损机理主要有以下几种：2.1&

4、#160;  岩层滑移导致油水井套管变形损坏    当注入水窜进非射孔层面后，一方面由于注水压力而使得正应力变小；另一方面，水在其中起到了润滑剂的作用，结果降低了水力摩阻，也就是说降低了两接触面的抗剪能力。两接触面开始滑动的条件一般可用下式表示： 式中： 分别为接触面上的剪应力和正应力（MPa）； 摩擦系数； 摩擦角(°)。这样在构造应力、重力应力等非均匀外挤力的作用下，均可使岩层滑动，而使井中套管产生形变损坏。2.2   泥岩吸水蠕变导致套管变形   

5、泥岩本身是潜在的不稳定岩体，然而注水或高压注水后，由于水入侵泥岩改变其湿度条件，导致泥岩形状的变化，这种变化主要决定于泥岩中蒙脱石的含量。蒙脱石完全膨胀倍数在2.5-8.5之间，一般为5倍。泥岩吸水后形状发生变化主要表现在泥岩吸水后产生力学的物理变化；即泥岩中的注入水流会产生力学效应、既由间隙水压力可产生体积力, 此体积力dF与间隙水压力变量dp成正比：  式中：B泥岩的体积弹性模量（GMPa）；Bc泥岩固体的体积弹性模量（GMPa）；  裂缝有效面积（um2）；    分别为无间隙压力作用时外用力的弹性模量（GMPa）和泊松比。 &

6、#160;  油水井中的套管就是在这两种体积力的作用下而变形的。史深100区块和牛35区块共有油水井套变井数为30口，已知损坏层段的点数为89点，其中泥岩段套管损坏点数为53点，砂岩套变点数为36点，具体统计结果如表1所示。从表1中可以看出 ，无论是油井还是水井，套管损坏都集中在泥岩层段，达到了70%以上。史深100区块和牛35区块油水井套损点统计表       胜利油田预防套变措施及应用效果3.1   预防套变措施    针对套变的种种原因，胜利油田制定了相应的预防措施：一

7、是防止外挤力超过套管屈服强度；二是提高套管强度增加壁厚以控制外挤力。前者主要包括防止注入水窜进非射孔井段、防止注采压差不合理、采用合理注采井网、限制注水压力低于地层破裂压力、早期注防膨剂等方法，以达到防止泥页岩吸水后产生蠕变，或破坏原有压力场，造成层间滑移，断层复活，盐岩侵蚀坍塌等。后者主要包括提高套管抗挤等级，增加套管壁厚，采用双层套管，在套管上设置“安全线”和防止射孔严重伤害套管等方法。3.1.1 防止注入水窜进非射孔段的泥岩层中  具体做法：提高固井质量，保证层间互不相窜；射孔时，根据油层的实际情况留有足够的隔层厚度；在注水、压井、压裂时，注入压力都不得高于最小水平地应力值，以

8、防止压开隔层，最好在压裂后测裂缝高度进行验证，为以后制定合理的施工参数提供依据。3.1.2  防止注采压差不合理  注采压差的确定应以防止套管变形为前提，进而满足注水量、采油量，如果三者发生矛盾时，应以防套变为主来确定注采压差。注采压差应当小于在此条件下岩石的抗剪强度，以防止地层在注采压差作用下滑动造成套管变形。合理注采压差的确定，根据渗流力学中流线和等势线相交关系，可以计算无限地层中一口注水井和一口生产井产量和势差之间的关系。即：Q油井产量（m3）；P注-P生注采压差（Mpa）；h油层厚度（m）；k油层渗透率（10）；原油密度（g/cm3）；2两井之间距离(m)；Rw注水

9、边缘半径（m）。通过该公式可以计算出某个区块合理的注采压差。3.1.3  合理的注采井网  选择合理的注采井网，延迟油井水淹是防止套管损坏的一种方法。为此，注水开发裂缝性油田时，有两种注采井网有利于防止套管变形和损坏。采用行列注采井网。油水井排方向与油层主裂缝方向平行，利用注入水沿裂缝突进特点，使相邻井之间很快拉成水线，均衡地渗透到油井排去，可防止因裂缝水过早串到较软的泥岩层。采用菱形注采井网。在采用面积注水方式时，油水井排的方向应与主裂缝错开一个角度，可延迟处于裂缝方向上的油井过早水淹。3.1.4 确定合适的注水压力，避免过早注水 3.1.5 早期注防膨剂

10、60; 受地质因素和工程措施的影响，裂缝型注水开发油田将不同程度地侵入泥岩，为了避免注入水侵入泥岩后引起套管变形，注水井早期要注入防膨剂。3.1.6  高套管强度，增加套管壁厚以抵抗外挤力3.2   应用效果    现河庄油田河146地区以及牛庄油田的王541地区按上述原则选择油层套管：根据测得地应力值计算的井筒最大周向应力为62.5MPa，我们选择油层套管壁厚为9.17mm，钢级为P110，射孔后套管抗外挤强度75.8MPa，大于井筒最大周向应力62.5MPa，保证了油层套管有足够的抗外挤强度，同时注水井早期注防硼剂，注水压力控制在9.6MPa以下。因此，该区开发5年来158口油水井中无一口套变井。4   建议    提高测试手段，加强套管变形方向的测定，定性确定地应力方向，从而有针对性的预防套变。有计划的定井位、定时间、进行时间推移测井，通