油井套损套变机理研究

1、油井套损套变机理研究 油井套损套变机理研究 摘 要套管损坏使国内外绝大多数油田在开发过程中要面临的重要问题。油井套损问题在我国尤为突出。据统计，全国各个油田发生套损的油水井累计超过 2 万口，对生产造成重大损失。为了改变这一现状，提高开发效果，研究套损套变机理。引起油水井套管损坏的原因有很多，但大都是引起地应力变化从而导致套损套变。本文研究各种因素与地应力变化的联系以及地应力如何变化导致套损套变的发生。 关键词套损套变机理地应力 中图分类号：TE931 文献标识码：A 文章编号：1009-914X14-0310-01 套管损坏使油田的正常开发收到严重影响，油田利益无法保证，各油田每年由套管损坏

2、而造成的损失高达数十亿【1】。根据油田套管损坏现场数据分析，油水井套管破损点多出现在泥岩层段，而错断点多出现在断层断裂带处。套管损坏使开发井网不完善，严重影响了油田的注水开发效果，套损已经成为制约油田正常生产开发的重要因素。油层出砂是造成油层段套损的主要原因，注水开发导致油井地层与井筒之间的压力梯度增大，导致油井出砂，地层结构被破坏，井筒附近地应力的均衡性被改变终引起套损；高压注水及井筒漏失造成泥岩膨胀，引起套损；频繁修井作业和施工不当也是导致套变的因素之一；套管本身的质量差，固井质量的不合格等也是导致套变的因素之一；射孔是引起套损的原因；腐蚀造成套损【2】。 油田套管损坏形式和机理呈现多样性

3、和复杂性，归纳起来主要有以下七类：一是断层因素导致套管损坏；二是油层附近的泥岩盖层和油层中的泥岩夹层处套管容易损坏；三是疏松砂岩油藏出砂导致应力集中引起套管损坏；四是地层水、注入水腐蚀导致套管损坏；五是井眼轨迹造成套管损坏。 1、油层附近泥岩盖层和油层中的泥岩夹层处容易发生套损 泥岩主要由粘土矿物组成，是一种不稳定的岩类，当温度升高或注入水进入泥岩层时，将改变泥岩的力学性质和应力状态，使泥岩产生位移、变形和膨胀，增加对套管的外部载荷，当套管的抗压强度低于外部载荷时，套管就会被挤压变形乃至错断。泥岩层引起套损机理包括： 泥岩膨胀 泥岩在水浸入时，极易造成粘土成分膨胀。当含有伊利石和蒙脱石、高岭石

4、的泥岩吸水后就膨胀，泥岩膨胀倍数与含有这三种岩石含量和含水量有关。实验证明，泥岩浸水后膨胀倍数最大为 8.5 倍，最小为 2.3 倍，一般为 5 倍。泥质岩的膨胀改变了其力学性质和应力状态，使泥岩产生位移和变形，膨胀后所聚集的体积，产生强大的挤压力能够使套管变形。 泥岩蠕变 泥岩吸水蠕变，改变了岩层的应力状态，从而使泥岩产生位移和变形，对套管产生挤压力。在非均匀地应力作用下，泥岩蠕变将对套管产生一个非均匀的外挤力，使套管周围岩石产生椭圆形的蠕变载荷。 钻井过程中，钻头钻穿地层时，井眼中的地应力被释放，油水井完井后，套管通过水泥环与地层紧紧结合为一体，此时地层蠕变很小，套管根本不受地应力作用，仅

5、承受套管外水泥浆的液柱压力，油田注水开发以后，情况就发生了变化。当注入水进入泥岩夹层，由于吸水软化形成一个软化区域，这个软化区域相当于用钻头扩大成一个“新井眼。在“新井眼周围的地层就产生应力集中，形成轴向应力。当最大水平应力和最小水平应力的作用迫使“新井眼发生椭圆变形时，处于“新井眼中的套管就会受挤压而变形。 套管腐蚀主要包括电化学、化学、细菌腐蚀。港西油田套管腐蚀严重，矿化度高、碳酸氢根离子、氯离子含量高是港西油田套管腐蚀的一个重要原因。 2、井眼轨迹造成套管损坏机理 一般情况下，井眼曲率对套管抗挤强度的影响很小，套管强度的降低并不明显。但通过计算发现，在井眼曲率较大时，套管的抗外挤强度下降

6、显著，如当每 100m 井眼曲率为 60°时，套管强度下降约为 18%。 通过对不均匀外挤力、弯曲作用等影响套管抗外挤强度的各种单因素分析发现，不均匀外挤力主要是通过改变套管中的应力分布，使局部位置应力和变形显著增大，从而导致套管抗挤强度下降；套管的弯曲一方面会导致套管变扁，使抗外挤强度下降，另一方面会在套管轴向上产生拉应力，该拉应力与径向上的压应力作用会显著增大套管的有效应力，从而使套管抗挤强度降低。 井眼轨迹对套管损坏影响因素如下： 造斜点太浅，直井段井斜过大，提前定向，过早在上部井段形成拐点； 造斜率过大，井眼曲率太大，使套管弯曲变形严重，下套管困难； “狗腿度即全角变化率较大

7、，会形成三维螺旋形井眼，导致键槽卡钻，影响顶替效率，还会增加下套管摩阻，严重时，使套管不居中，套管变形，挤毁套管； 侧钻井在侧钻点处为了迅速离开老井眼，拐弯过急，在屡次扭方位井段，会出现套管偏心度增大，那么顶替钻井液的难度增大，水泥浆分布不均，影响固井质量； 大斜度长稳斜段井眼轨迹控制难，井斜方位稳不住，井眼不规那么； 水平井着陆控制段由于油层垂深不确定，有时上翘，有时下倾，井眼形成台阶，就会使电测遇阻、下套管困难、台阶处水泥浆封固不好； 水平井水平段，为了保证水平穿越油层，井斜角始终要保持在 90°上下波动，有时增斜，有时降斜，井眼轨迹成蛇形波浪起伏； 三维绕障的定向井，存在井斜和

8、方位同时变化的井段，形成严重的螺旋形井眼。 3、套损治理方法 为预防套损的形成，第一，在钻完井设计中，需要优化井身结构设计、优化套管强度设计、优化井眼轨迹控制；第二，在钻完井施工中，需要提高钻井质量、提高固井质量、保护完井套管；第三，在开发过程中，需要保护注水过程以及保护修井过程。 对于已经发生套损的油水井，应开展修井措施，目前常见的修井技术有：爆炸整形技术、机械整形技术、液压整形技术、挤灰封堵工艺技术、套管加固补贴技术、套管扶正补接修复技术、膨胀管补贴修复技术、小套管悬挂固井技术、取套换套工艺技术、膨胀悬挂器修套技术、套管内侧钻工艺技术。开展一体化治理，建立全过程质量保障监督体系，做到防治结合。 4、结论 套损套变严重破坏了井网完善程度，影响了水驱油开发效果。为了为解决这一问题，提高开发效果，本文给出套损套变的相关机理并得出： 1、套损形式多样，泥岩段缩径套损占比最高，一般套损井寿命较低，油井套损井略高于水井。 2、套损套变主要有泥岩层吸水膨胀导致套管损坏、油层出砂引起套管损坏、腐蚀导致套管损坏、井眼轨迹造成套管损坏、固井质量差导致套管破坏这五种形式。