孙萌萌（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

A区块标准层套损治理效果分析

孙萌萌（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

随着油田开发的不断深入，套损井数越来越多，导致油水井利用率降低，给油田开发带来严重的负面影响。尤其是标准层套损，由于其发展速度快，影响范围大，涉及井数多，已成为影响油田开发的一大难题。因此，深入分析套损原因、合理调整压力系统，预防和治理相结合才能有效控制套损。总结了A区块套损成因，针对标准层套损防控及油藏开发相应进行治理，累计节约注入水79.01×104m3，日产液增加198.9 t，含水下降了0.5个百分点。按目前油价1812元/t计算，原油产值每天增加1.2万元，节能降耗的同时增加了收益，为相关区块套损治理提供了依据，有效控制套损，节约开发成本。

套损；标准层；油藏开发；节水

套损是由于地层压力不均衡引起地层发生的相对错动，从而产生对套管的剪切应力作用，导致套管发生变形；如果未及时发现和调整，地层持续憋压，发生进一步位移、剪切套管，套管变形就会继续发展成为错断。错断水井如不能及时控注，注入水就会沿套管破损处大量流失进入非目的层，浪费能源的同时，进一步加剧地层压力不均衡的状况，扩大套损的影响，造成更大损失，严重影响生产。尤其是标准层发生套损，大量注入水沿着标准层油页岩微裂缝迅速漫延，波及至周围油水井，形成成片套损区，其控制和治理难度大，造成损失严重，后期恢复慢。

1 套损基本概况

截至2016年10月，A区块累计发现嫩二底标准层（后文简称标准层）套损井及井况问题井共计68口（含拔不动井35口），其中采油井10口，注水井58口。最终经调查，落实已套损井33口。从套损井分布区域及套损类型看，主要套损区分布在80#和81#断层之间的14队，以及位于区块东南部的7队、15队这两个区域。该区域内集中出现了嫩2底部标准层的套管损坏，套损井达到33口，占总井数的48.53%。该区块2007年投产，2008年注聚，目前处于含水回升后期，因其井距小，单位面积井数多，成片套损对其造成的影响比较大。

2 套管损坏机理分析

套管损坏机理由于载荷形式的不同，可以分为几类：从力学上来分有挤压、剪切等；从套管损坏形式上来分有破裂、外漏、变形、错断等；从套损的区域上来分有断层区、成片套损等；从纵向地层性质上分为非油层部位套损和油层部位套损。对于标准层套损的油水井，并不受单一类型的机理影响，而是相互影响综合作用的结果[1]。

2.1 套管损坏的力学原理

套管损坏的力学原理可以分两个方面，主要是固体力学和流体力学的问题。固体力学问题指套管本身的强度、钢级、岩石的力学性质及其与套管固结的强度，这是套损的内在因素；而注水等引起的孔隙水压的变化属于流体力学，是套损的外因。套管损坏的类型是以位移量形式表现出来的，而导致位移的原因是岩石的挤压。

2.2 固井质量对套损的影响

固井质量差使原来暂时处于平衡状态的地应力重新分布，造成井筒受力的不均衡发生套损。另外，固井质量差容易造成非油层部位套损，尤其是对标准层成片套损有着非常大的影响；固井质量差导致注入水沿固井水泥环微孔道上窜，进入到非油层部位，由于非油层部位多发于泥页岩，从泥页岩进水后其岩石力学性质发生变化，随着泥页岩含水的上升，岩石内聚力和内摩擦角将随之下降，岩石的抗剪强度也将大幅度下降。此外，由于泥岩渗透性差，随着注入水的上窜会导致非油层部位地层憋压，最终导致地层在压差作用下发生错动剪切套管形成套损。而水井全井固井质量差，则会导致水井注入水直接上窜至标准层，致使标准层成片套损，造成严重后果。

2.3 岩石岩性原因

A区块两个成片套损区域套损主要有两个特点：纵向上看套变点集中在非油层部位的标准层；套变点对应岩性主要是油页岩和岩性变化界面的薄弱部位[2]。从标准层油页岩结构看，其水平层理的发育使其具有硬岩性薄弱面的特点，沿水平层理面又分布着大量密集介形虫化石，导致化石面存在微裂缝。当注入水窜入标准层时，会沿着叠置的介形虫化石层迅速扩散，形成大片浸水域，导致泥页岩成片状开裂，层理之间胶结变差，地层沿化石薄弱面进行应力释放发生位移，导致大面积成片套损。

2.4 地质构造原因

地质构造是油田勘探开发过程中影响开发效果的重要因素之一，套损发生机理也正是由于地层的剪切应力作用于套管而产生的[3]。在地质构造的轴部以及断层附近是应力集中带，注采过程中引起扰动使应力发生变化，损坏套管。根据库仑-摩尔公式推导，泥页岩内摩擦角以及内聚力的下降，将伴随岩石的抗剪强度的大幅度下降。库仑-摩尔公式为

式中：τ——岩石抗剪强度，MPa；

C——泥岩内聚力，MPa；

δ——正应力，MPa；

P——孔隙压力，MPa；

φ——内摩擦角，（°）。

在构造运动过程中，断层曾经是地应力最集中的地方，断层面及其附近的内聚力和抗张强度最小，其稳定性最差[4]。因此，在断层附近注水，由于断层遮挡，即使注采相对合理也会导致地层憋压，使断层失去平衡。同样，构造轴部也是应力最集中稳定性极差的区域，地应力场稍有变化便会引发应力的释放，导致套管损坏。在构造复杂断层众多的油田生产中，断层区的油水井会受断层水平剪切力的影响形成套管的错断。

2.5 其他原因

套损成因的分析和治理在实际生产当中，往往要考虑多方面的因素，尤其是标准层套损的成因更为复杂。除了上述常见的因素以外，经常伴随多个原因的出现最终导致标准层成片套损，其发生和发展较为迅速，破坏性大，进水源头不易查找，这些都是标准层套损难于治理的因素[5]。因此，分析标准层套损成因还需综合考虑各方面因素：

◇基于浮托理论，若相邻区块地层压差较大，高孔隙压力会相对地增加地层斜面上的剪切应力，导致岩体位移，发生套损；

◇超破裂压力注水容易导致套管损坏；

◇老套损区标准层油页岩微裂缝已经破裂张开，相对稳定性差，易发生套损；

◇高矿化度的地层水、硫酸还原菌、硫化氢和电化学等腐蚀导致套损；

◇套管质量不好、措施工艺不当等工程因素的影响，将产生多种类型的套管损坏。

3 套损区相关治理措施

3.1 根据具体情况合理控制注水压力

在A区块出现标准层套损井后，立刻组织成立套损治理专项小组，采取相关治理措施，对套损井周围300 m范围内水井进行关井控注，在最大程度上控制套损区范围，减少注入水的无效流失，共计关井58口。另外，不同地区的油层破裂压力各不相同，根据实际的地质参数和套管参数，合理降低圈定套损区周围水井的注水压力和注水速度，调整井数8井次。通过调整注水压力和注水速率来合理控制相邻区块之间的压差，防止区块内外压差过大，在短期内出现较大的起落而造成套损；在注水压井时，井底压力低于地层最小水平主应力值，防止压开隔层；在控制区块地层压力的同时，注水井发现异常，要立即关井停注，已经验证发生套损的井和原因未查明的井，不可恢复注水。

3.2 充分运用动静态资料及时发现异常现象

针对标准层套损区进水源头的查找，一直是标准层套损治理的关键性问题，无论是标准层套损的预防还是已经发生标准层套损后的治理，都要充分运用动静态资料，尤其是新井和转注井投产3个月内的第一次吸水剖面的分析。对于异常吸水层要及时分析、及时调查和采取措施，确认上窜的层一定要单卡停注，确保注入水有效用于油田开发，从根本上控制进水源头预防标准层的套损。对于套损区的采油井，在无措施情况下保持正常开采，并选取3口采油井，对其标准层进行补孔泄压，加速标准层中存留注入水的排除，达到泄压稳定的目的。

3.3 采取必要措施防止套损

除了对已发生套损井进行治理外，更应采取有效措施，防止注入水沿水泥未胶结层带发生上窜，进入泥岩层，从根源上防止标准层套损的发生。如下套管扶正器、控制水泥浆上返速度以及高度，牢固结合界面，提高固井质量；对个别容易发生套损的泥岩带下高强度套管；新投井标准层下水泥面控制工具，对嫩二底标准层不封固，当岩石发生变化时留出缓冲空间，使地层不能接触到套管，起到保护套管的作用；在加强套管修复技术研究的同时，重视先进套管检测技术的引进和应用[6]。另外，严把施工质量关，避免因施工造成的套管损坏和二次套损的发生。

4 区块综合治理效果分析

1）对于标准层错断的油井暂不修复，并选取3口井进行标准层补孔泄压。

2）及时对周边水井进行关井控注调查，圈定套损影响范围，并降低套损区周边水井的注水强度，做到压力平稳过度，避免了套损区与周边地层压力差所导致的地层进一步运移；控制紧邻断层水井在断穿地层的注入强度，使该水井所控制的远离断层方向的油层压力略低于原始地层压力，减少断层附近水井的无效注水，节约了成本，累计节约注入水57.1×104m3。

3）通过对套损井套变点采用膨胀管补贴技术，代替报废更新，平均单井可节约成本110万元，较传统密封加固平均单井可节约成本41万元；节约成本的同时提高了套损段承压能力和补贴段强度，避免二次套损的发生，延长套管使用寿命。

4）根据区块特点，对A区块进行选井，实施周期注采，控制高含水区低效无效循环的同时，避免长时间高强度注水造成套管的损坏，节能减排降低能耗。通过对选取的10口水井和5口油井进行周期注采，累计节约注入水21.91×104m3，平均单井注入压力下降0.28 MPa，缓解了部分井注入困难的情况。采油井周期采油前日产液528.9 t，日产油7.4 t，综合含水98.6%，周围7口油井日产液769.8 t，日产油24.3 t，综合含水96.8%。通过周期注采，日产液增加198.9 t，日增油6.7 t，含水下降了0.5个百分点，按目前油价1812元/t计算，原油产值每天增加1.2万元，节能降耗的同时增加了收益。

5 结束语

标准层套损给油田造成了损失，通过对套损区的综合治理，防治结合，在套损区实行油井补孔泄压的措施，同时结合周期注采，日注水量由原来的1650 m3降低到963 m3，取得了较好的节能降耗效果。目前套损区油水井稳定运行，在控制套损的前提下，节能降耗效果明显，大大降低了注入水的低效无效循环，有效地节约了能源，使企业降低了成本，增加了经济效益。

[1]金毓节.采油地质工程[M].北京：石油工业出版社，2006：51-52.

[2]伍友佳.油藏地质学[M].北京：石油工业出版社，2004：73-75.

[3]NYNE N J.石油勘探与开发[M].北京：石油工业出版社，2009：67-68.

[4]李东旭.地质力学导论[M].北京：地质出版社，1986：3-7.

[5]杨树栋，李权修，韩修廷.采油工程[M].东营：石油大学出版社，2001：21.

[6]万仁溥，罗英俊.采油技术手册[M].北京：石油工业出版社，1993：93.

新疆石西油田

2016-11-09

（编辑 李珊梅）

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.10.013

孙萌萌，2009年毕业于东北石油大学（石油工程专业），从事聚驱分析工作，E-mail：sunmengmeng@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆市大庆油田有限责任公司第三采油厂地质大队，163000。