临南油田油水井套损分析及治理对策

2009年6月第28卷第3期 大庆石油地质与开发Petroleum Geology and Oilfield Development in DaqingJune,2009Vol.28No.3　收稿日期:2009⁃05⁃04　作者简介:王　伟,男,1972年生,工程师,从事石油开发工作㊂E-mail:ww133********@DOI :10.3969/J.ISSN.1000⁃3754.2009.03.021临南油田油水井套损分析及治理对策王　伟1　宋桂芳1　石　勇2　刘玉功1　李新平1(1.胜利油田临盘采油厂,山东临邑　251507;新疆油田公司第二采油厂,新疆克拉玛依　834000)摘要:临南油田日趋严重的套损状况,严重破坏了油田的注采平衡关系,制约着油田注采结构的进一步调整,造成大批治理资金被迫投入,成为影响油田开发效果的反面典型㊂分析了临南油田油水井套管弯曲㊁缩径㊁错断㊁破裂㊁穿孔及渗漏六种主要类型,介绍了套管损坏在开发时间㊁生产区块㊁井别㊁构造位置及井深剖面上的分布规律,论述了套管腐蚀穿孔和变形损坏的主要作用机理,提出了 预防为主,防治结合”的总方针,并提出了 套损井治理必须优选经济㊁有效㊁合理的修井方案,确保治理工艺的合理优化组合,以实现经济效益的最佳化”的方案,总结了近年来临南油田在预防和治理套损井方面的主要对策及措施,为今后临南油田的高效益开发提出了宝贵建议,值得其他油田借鉴㊂关键词:套损类型;分布规律;套损机理;防治对策;临南油田中图分类号:TE358+.4 文献标识码:A 文章编号:1000⁃3754(2009)03⁃0093⁃06ANALYSIS ON CASING DAMAGE IN PRODUCERS AND INJECTORSIN LINNAN OILFIELD AND ITS TREATMENTWANG Wei 1,SONG Gui⁃fang 1,SHI⁃yong 2,LIU Yu⁃gong 1,LI Xin⁃ping 1(1.Linpan Oil Production Company ,SINOPEC Shengli Oilfield Company ,Linyi 251507,China ;2.NO .2Oil Production Plant of Xinjiang Oilfield Company ,Karamay 834000,China )Abstract :Casing damage in Linnan Oilfield seriously breaks injection /production balance and prevents further ad⁃justment of injection /production structure ,resulting in much cost for treatment and becoming obstacle for oilfield development.In this paper ,six types of casing damage in Linnan Oilfield are analyzed including casing buckling ,hole shrinkage ,bad break ,breaking ,perforating and leakage in producers and injectors.Distribution rules of cas⁃ing damage in respects of development period ,production block ,well type ,structural location and well depth sec⁃tion are introduced.Main mechanisms of corrosion and deformation damage of casing are discussed ,and the general principle prevent is primary combined with treatment ”is proposed.Meanwhile ,this paper suggests that casingdamage treatment must optimize economic ,effective and reasonable workover plan to guarantee reasonable opti⁃mized combination of treatment techniques so as to realize maximum economic effect.Finally ,it summarizes signifi⁃cant treatments of preventing and treating casing damage wells in Linnan Oilfield in recent years ,providing experi⁃ence for high-effective development of Linnan Oilfield in the future and reference for other oilfields.Key words :casing damage type ;distribution rules ;casing damage mechanism ;treatment ;Linnan Oilfield 油水井套管腐蚀[1⁃17]穿孔和变形损坏[18⁃46]对油田开发的危害较大,如何预防和防治成为油田高效益开发的主要课题㊂临南油田位于山东省临邑县双丰乡,区域构造位置在惠民凹陷夏口断裂带西端的双丰鼻状构造上,1993年投入开发,主要包括5个开发区块㊂截至2007年12月,油水井总数278口,套损油水井共计98口,套损井数占油水井总数的35.3%,油水井套破关井数共计57口,占临南油田全部关井数的79.2%㊂逐年增加的套损井数,使得作业及大修工作量大增,造成大批治理资金被迫投入㊂日趋严重的油水井套破关井,严重破坏了油田的注采平衡关系,制约着油田注采结构的进一步调整,极大地影响经济效益的提高㊂油井套破造成原生产层无法生产,潜力层无法动用,水井套破关井,造成平面上二次注采不完善㊂因此,有必要对临南油田油水井套损机理进行分析,并提出合理有效的治理对策㊂1油水井套损类型分析临南油田油水井套损形式主要包括以下几种类型:弯曲㊁缩径㊁错断㊁破裂㊁穿孔㊁渗漏(图1)㊂1.1套管弯曲指油层套管的某一段发生了弯曲,这段套管的轴线不再是直线㊂用薄壁管验套时,薄壁管发生明显弯曲㊂在统计的107井次套损井中有7口井属于弯曲变形类,占统计数的6.5%㊂1.2套管缩径指油层套管的某一横截面半径缩小㊂这类套管变形的特征是铅模印迹呈圆台状,且侧面和端面光滑㊂在统计107井次套损井中,套管缩径的有7口,占被统计数的6.5%(图2)㊂1.3套管破裂指油层套管在某一部位发生破裂㊂套管破裂的铅模印迹特征是一段曲弧状凹槽,通常曲弧的一端切割铅模的边缘,有时印迹也呈现为一段环状斜面㊂在统计的107井次套损井中,属于此类型的有13口,占统计数的12.1%(图3)㊂1.4套管错断指油层套管在某一部位发生断开㊂套管断开的铅模印迹特征是一段半径与套管半径相当的弧状凹㊃49㊃ 大庆石油地质与开发 2009年槽㊂统计107井次套损井中,属于此类型有6口,占统计数的5.6%(图4㊁图5)㊂1.5套管穿孔指油层套管在某一部位发生穿孔㊂用铅模和验套薄壁管难以验出油层套管的穿孔漏失,目前较有效的方法是封隔器找漏㊁同位素找漏㊁井壁超声电视成像找漏㊁微井径仪找漏㊂统计的107井次套损井中,属于此类型的有67口,占统计井的62.6%,是临南油田油水井(尤其是油井,腐蚀穿孔占套损油井数的76.3%)套管损坏的主要形式㊂1.6套管渗漏指油层套管在某一部位发生渗漏,多为套管连接处密封性受到破坏㊂主要原因为套管丝扣质量㊁下入时施工质量㊁地层水长期腐蚀及纵向拉伸脱扣所致㊂在统计的107井次套损井中,属于此类型的有6口井,占统计数的5.6%㊂2油水井套管损坏分布规律2.1时间分布发生套管损坏的油水井的正常生产时间短的只有8个月,长的达9年之久,平均为4.5年㊂对油井而言,投产后4~6年出现套损的比例较高,占套损油井数的37%,6年内出现套损的油井占套损油井数的73.4%㊂对水井而言,转注后4~6年内出现套损的比例较大,占套损水井数的41.0%㊂总之,油井投产或水井注水5年前后,为套损高峰期,这一阶段出现的套损井占全部套损井数的37.8%,6年内出现的套损井占全部套损井的70.4%(表1)㊂表1临南油田油水井套损时间统计Table 1Statistics of casing damage time foroil /water well in Linnan oilfield生产时间小于2年2~4年4~6年6~8年大于8年油井数121628911水井数24943合计14203713142.2平面分布(1)套损井主要集中于含水相对较高的夏32块及田口区块,其套损油水井分别占区块总井数的53.7%㊁50.0%,套损油水井比例比其他开发区块高出近20%㊂(2)变形类的套损主要集中于水井,此类型的套损占水井套损比例的77.8%㊂穿孔漏失类套损主要集中于油井,此类型的套损占油井套损比例的76.3%㊂(3)钻遇断层的井和在断层两侧的井变形类套损比例较高,占临南油田变形类套损油水井总数的70.6%㊂夏32块11口变形类套损油水井有6口钻遇断层,2口位于断层附近㊂夏52块3口变形类套损水井均位于断层附近,钱5块2口变形类套损井均沿断层钻穿油气层㊂2.3井深分布(1)腐蚀穿孔型的套损,无论油井或水井,其套损位置集中于水泥返高以上㊂5口油层套管穿孔的水井,套损位置均在水泥返高以上,38口油层套管穿孔的油井,其中35口井的套损位置在水泥返高以上,比例为92.1%㊂㊃59㊃第28卷　第3期 王伟等:临南油田油水井套损分析及治理对策 (2)弯曲㊁缩径㊁错断㊁破裂型的套损,其套损位置多在水泥返高以下,占此类型套损比例的71.4%㊂(3)变形类的套损,其套管损坏点多在泥岩段,个别在砂泥岩交界处(表2)㊂表2临南油田套变位置与岩性关系调查Table2Investigation for the relationship between casing location and lithology in Linnan oilfield 井号套损形式套损深度/m套损位置判断依据夏32错断1799.75泥岩段测井曲线夏32弯曲2112.68泥岩段测井曲线夏32-X1错断2741.95泥岩段测井曲线夏32-X4弯曲2663.1泥岩段测井曲线夏32-18弯曲2822.37泥岩段测井曲线夏32-19错断且缩径1169.5泥岩段测井曲线夏32-405套变严重1323.04未确定浅层缺资料夏52-414错断2195.27泥岩段测井曲线夏52-421缩径1544.9未确定浅层缺资料夏32-45缩径2874.6砂泥岩交界测井曲线夏32-508错断2905泥岩段测井曲线夏53-X33缩径2915.51砂泥岩交界测井曲线钱5-X21错断1931.2泥岩段测井曲线3油水井套管损坏机理油层套管损伤的每一种形态都有其特定的作用机理,解析套管损坏的机理,需要密切联系到套损损伤的形态㊁套损类型的分布规律,并要经历一个从表象到机理到表象的过程㊂在调查了68口井的油层套管损坏情况之后,本着抓主要矛盾的原则,提出临南油田套管损坏的主要作用机理㊂3.1套管穿孔原因分析根据夏52-54井数控超声电视监测到的穿孔情况,参考临南油田油管㊁抽油杆腐蚀形貌,综合分析认为,临南油田油层套管典型的腐蚀形貌为:套管内壁分布腐蚀坑,管内壁腐蚀面沿管轴纵向延伸呈马蹄形或椭圆状,其横断面为上宽下窄的梯形深谷状,管壁穿孔处周边锐利,界面清晰,表现为坑蚀穿孔3.1.1腐蚀形貌分析根据夏52-54井数控超声电视监测到的穿孔情况,参考临南油田油管㊁抽油杆腐蚀形貌,综合分析认为,临南油田油层套管典型的腐蚀形貌为:套管内壁分布腐蚀坑,管内壁腐蚀面沿管轴纵向延伸呈马蹄形或椭圆状,其横断面为上宽下窄的梯形深谷状,管壁穿孔处周边锐利,界面清晰,表现为坑蚀穿孔㊂3.1.2腐蚀产物分析对临南油田油水井油管外壁㊁内壁及抽油杆上腐蚀产物进行XRD分析,腐蚀产物中主要是Fe⁃CO3和Fe2O3,表明套管㊁油管腐蚀与CO2腐蚀有关㊂采用电子探针分析仪对腐蚀产物进行元素分析,结果表明:腐蚀产物主要含有C㊁O㊁S㊁Fe 元素,腐蚀产物主要为FeCO3㊁Fe2O3㊁FeS,说明伴有一定细菌腐蚀作用㊂3.1.3硫酸盐还原菌(SRB)分析监测临盘工艺研究所采用细菌绝迹稀释法,对临南油田夏32-18井油管腐蚀产物进行了SRB测量㊂实验结果表明:该细菌已适应了腐蚀产物膜下的环境,将导致膜下细菌腐蚀㊂进一步研究表明,腐蚀产物膜中还含有少量短链脂肪酸,这种脂肪酸会促进点蚀的形成和发展,加速腐蚀㊂3.1.4动态介质对腐蚀的影响临南油田生产井产出水及改性前注入水,pH 值较低6~6.5,矿化度和Cl-㊁Ca2+㊁HCO3-㊁CO2含量高,具有较强的腐蚀作用,高Cl-离子的存在也会加速钝化膜的点蚀破坏㊂可以确认,临南油田造成套管腐蚀穿孔的主要原因是高矿化度产出水中CO2的电化学腐蚀作用㊂腐蚀介质中不存在硫化氢但管内壁存在SRB菌落且腐蚀表面有硫化物,可以判定伴有一定的硫酸盐还原菌腐蚀作用㊂不断更替的动态介质,加快了套管的腐蚀速度㊂对临南油田油水井油管外壁㊁内壁及抽油杆上腐蚀产物进行XRD分析,腐蚀产物中主要是FeCO3和Fe2O3,表明套管㊁油管腐蚀与CO2腐蚀有关㊂采用电子探针分析仪对腐蚀产物进行元素分析,结果表明:腐蚀产物主要含有C㊁O㊁S㊁Fe元素,腐蚀产物主要为FeCO3㊁Fe2O3㊁FeS,说明伴有一定细菌腐蚀作用㊂3.2套管变形原因分析引起套管弯曲㊁缩径㊁错断㊁破裂损坏的根本原因是在地应力作用下套管所受外载超过了套管的许用抗外载强度㊂3.2.1泥岩吸水蠕变,产生地应力作用于套管,造成套管损坏泥岩的主要成分为伊利石及伊-蒙混层,其中伊-蒙混层和蒙脱石有很强的吸湿性,吸水后易软化,具有典型的强分散泥页岩地层特征㊂㊃69㊃ 大庆石油地质与开发 2009年钻进过程中,当钻头钻穿地层时,井眼中的应力被释放,井壁及周围地层应力的分布受到井眼的影响,在井眼附近产生应力集中㊂油水井完井后一段时间内,套管通过水泥环与地层紧紧结合为一体,此时地层里面蠕变很小,套管不受地应力作用,仅承受管外水泥浆柱压力㊂这对于一般按水泥浆柱设计下入的套管,不会发生套变㊂注水开发后,情况发生了变化㊂当注入水窜入泥岩层时,泥岩吸水软化易分散,其成岩胶结力逐步消失,变为塑性,蠕变速度增大,在井眼周围产生非均匀的地应力分布㊂在套管周围,不同方向所受的蠕变外载力不同,最大地应力方向受力最大,最小地应力方向受力最小㊂对于未射孔段,套管受椭圆形应力作用无法释放,从而给套管施加外载,当套管抵抗不住这种地应力作用时,套管受挤压而变形,这就是泥岩吸水蠕变诱发地应力集中,造成套管损坏的原因㊂3.2.2开发过程中断层复活引起套管损坏在油田未开发前,在没有地震和地壳运动情况下,地应力是平衡的,断层处于平衡状态㊂油田开发后,尤其是注水开发过程中,原始地层压力发生变化,引起岩体力学性质和地应力改变,使原有平衡的断层被复活滑动引起套管损坏㊂夏32块套管损坏11口井,其中有8口井钻遇断层或靠近断层,夏52块3口套管损坏井均位于断层附近,钱5断块2口套管损坏油井均沿断层钻穿油气层,因此,可以推断其套管损坏与断层复活有直接关系㊂4预防和治理套损井的对策及建议近年来,通过传统工艺和新技术相结合,使大部分油水井的套损状况得以修复,但治理套管损坏井的总方针应当是 预防为主,防治结合”㊂这里,就如何预防和治理套损谈几点对策及建议㊂(1)提高钻井工程设计及钻井监督运行质量是预防套损的前提和基础㊂在复杂小断块油气藏的开发中,钻井工程设计中的井身结构设计㊁生产套管的套管串结构设计㊁水泥返高等都很少考虑地质构造应力㊁层间滑移㊁岩性膨胀等地质因素对油水井套管的影响,导致油水井生产过程中套管的先期错断㊁弯曲变形等㊂结合地质㊁钻井㊁采油等方面的要求及技术,设计出高质量的钻井工程设计,确定合理的井身结构和生产套管串结构,强化钻井监督,对下井套管及施工质量进行严格质量监督,是预防套损的前提和基础㊂(2)开展缓蚀剂投加工艺研究,改善防腐效果㊂建议改进油井管柱配置,加长尾管,尽量使筛管深度降低,加长受保护套管区间㊂同时,推广应用固体缓蚀剂,跟踪分析防腐效果,改进工艺设计,为油套管防腐提供新的技术支持㊂(3)根据临南油田油井套管穿孔情况,应用矿渣MTC固井技术将水泥返高提高至1400m以上,预防油层套管腐蚀穿孔㊂(4)完善现有的堵漏卡漏工艺,加强套管修复技术的引进,注重先进的套损检测技术的应用㊂从近年来套损井治理效果看,小套管固井成功率高㊁效果较好,堵漏井成功率与有效期大大高于卡漏井(堵漏成功率90%,卡漏成功率55%),因此,确立临南油田套损井治理的主体工艺为:小套管固井,挤灰堵漏为主,卡漏为辅,重点套损井采取侧钻㊁打更新井等措施㊂在应用传统的井温找漏㊁机械找漏的同时,引进推广40臂井径测井㊁数控超声电视测井等先进的套损检测技术㊂(5)建立套损井治理经济评价分析系统㊂依据单井控制的剩余可采储量,实际递减规律,经济开采时间,套损井修井成本,治理措施的平均有效年限,修复概率等,建立套损井治理经济评价分析系统,从而优选经济㊁有效㊁合理的修井方案,确保套损油水井治理工艺的合理优化组合,实现经济效益的最佳化㊂5结　论(1)临南油田套损类型主要包括弯曲㊁缩径㊁错断㊁破裂㊁穿孔㊁渗漏,其腐蚀穿孔为套管损坏的主要形式㊂(2)套管损坏在开发时间㊁不同含水区块㊁井别㊁构造位置及井深剖面上的分布具有一定的规律性,分析套损规律,对于开展有针对性的预防工作具有很好的指导意义㊂(3)临南油田套管腐蚀穿孔的主要原因是高矿化度产出水中CO2的电化学腐蚀作用,同时伴有一定的硫酸盐还原菌腐蚀㊂泥岩吸水蠕变,开发过程中断层复活是引起套管变形损坏的主要作用机理㊂(4)预防套损和治理套损均是多方参与的系统工程,必须坚持 预防为主,防治结合”的方㊃79㊃第28卷　第3期 王伟等:临南油田油水井套损分析及治理对策针㊂套损井治理必须优选经济㊁有效㊁合理的修井方案,确保治理工艺的合理优化组合,以实现经济效益的最佳化㊂参考文献:[1]李振智,杨辉,赵锋洛,等.中原油田气举井油套管腐蚀原因分析[J].石油机械,2001,29(11),3⁃6.[2]涂善东,凌祥,洪荣晶.以知识为基础的化工过程机械产品的快速创型[J].化工机械,2000,27(6):347⁃351. 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