注水井套管損壞原因分析及預(yù)防措施

《注水井套管損壞原因分析及預(yù)防措施》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、注水井套管損壞原因分析及預(yù)防措施：根據(jù)某油田地質(zhì)特征和注水開發(fā)套管損壞的特點(diǎn)，從泥巖吸水蠕變、砂巖膨脹等方面分析油田套損形成的原因，并提出了綜合預(yù)防及治理措施。實(shí)際表明，注入水進(jìn)入地層后，在砂巖垂向膨脹、軸向拉應(yīng)力和泥巖徑向擠壓載荷的作用下，使套管發(fā)生變形損壞。采取合理注入壓力、選擇合適套管等級、調(diào)整注采井X、控制注水壓力和工藝措施是預(yù)防套損的有效手段。　　關(guān)鍵詞：套管損壞注水開發(fā)蠕變砂巖膨脹　　某作業(yè)區(qū)從2007-2011年共發(fā)現(xiàn)注水井套損井70口，套損井主要為水井。從現(xiàn)場驗(yàn)證的情況來看，其中套損形式以變形為主共有49口，占70%，其次是錯斷17口井

2、，占24.3%，其次還有套管破裂、外漏、拔不動。大部分套損井為多變點(diǎn)、長井段損壞，其中斷層附近的套損井所占比例較大，且套損程度比較嚴(yán)重，大部分套損點(diǎn)位于射孔井段內(nèi)夾層部位或頂界附近。　　1原因分析　　1.1泥巖段套管損壞分析　　（1）注水誘發(fā)泥巖段套管損壞的基本原因。注入水進(jìn)入泥巖層，改變了泥巖的力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)，從而使泥巖產(chǎn)生位移和變形，擠壓造成套管損壞。當(dāng)注水井在接近或超過底層破裂壓力注水時，大量高壓水便竄入泥巖隔層、地層界面引起物質(zhì)、地層因素變化，對套管產(chǎn)生破壞力。不平穩(wěn)注水使地層經(jīng)常性張合，導(dǎo)致套管周圍的水泥環(huán)松動、破裂，注入水得以沿破裂的水

3、泥環(huán)竄至泥巖層，使注入水與損壞段外泥巖充分接觸?！　。?）由于地下巖層非均勻地應(yīng)力存在，當(dāng)注入水進(jìn)入泥巖層，破壞了其原始的含水狀態(tài)，使泥巖層出現(xiàn)侵水軟化，產(chǎn)生了蠕變變形，從而在套管周圍形成了隨時間變化而增大的類似橢圓型的徑向分布非均勻外載，要忽略水泥環(huán)的作用時，這種載荷在最大地應(yīng)力方向?qū)⒊^該深處的最大主地應(yīng)力值，而在最小地應(yīng)力方向低于該深處的最小主地應(yīng)力值。　　套管周圍蠕變外載的分布形式用橢圓形表示，一般情況下，套管周圍橢圓形蠕變外載的分布規(guī)律可表示為：　　，（1）　　套管外載的最終值與地應(yīng)力成正比，比值以K1、K2表示：　　；，（2）　　式中：—套

4、管所受的徑向蠕變外載力，MPa；—與最大水平地應(yīng)力方向的夾角；S1、S2—與試驗(yàn)條件與巖石性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，MPa；、—最大、最小水平主應(yīng)力，MPa；、—與最達(dá)主應(yīng)力成00方向900方向的套管外載的最終穩(wěn)定值，MPa?！　。?）　　公式表明，這種載荷載在最大地應(yīng)力方向?qū)⒊^該處的最大主應(yīng)力值，而在最小地應(yīng)力方向低于該處的最小地應(yīng)力值。與均勻外壓相比各種套管抗非均勻外壓的強(qiáng)度要低得多?！暗刃茐妮d荷”是在橢圓形外載條件下，當(dāng)外力達(dá)到某一臨界值時，套管發(fā)生彎曲變形被擠扁。套管強(qiáng)度降低的程度取決于橢圓形載荷的比值K，K值越小，強(qiáng)度降低得越多?！　?.2砂巖段

5、套管損壞分析　　高壓注水時，如油層物性差，油水井間連同性不好，就會在油層附近蹩起高壓。蹩壓作用使巖石骨架膨脹，吸水層厚度增加，引起砂巖層局部發(fā)生垂向膨脹。對傾角很小的砂巖層來說，厚度變化量可用美國學(xué)者根據(jù)含油砂巖室內(nèi)試驗(yàn)推導(dǎo)的理論公式來描述。　　，（4）　　式中：—砂巖吸水前后地層壓力變化量值，MPa；——吸水砂巖厚度，m；—砂巖的體積壓縮系數(shù)，1/MPa；—砂巖原始空隙度，無因次?！　τ谧⑺笊皫r的厚度變化為　　，（5）　　式中：P0—砂巖層原始地層壓力，MPa；P1—砂巖層吸水后空隙壓力，MPa?！　∫话阏J(rèn)為，長時間大面積注水，井底周圍空隙水壓等

6、于注水壓力。在高壓下，巖石骨架膨脹，當(dāng)水泥環(huán)膠結(jié)良好時，穿過該油層的套管隨之伸長，因而對套管產(chǎn)生了較大的附加拉應(yīng)力。假設(shè)套管的伸長量等于砂巖的厚度變化，根據(jù)材料力學(xué)理論，可求出相應(yīng)的拉應(yīng)力　　，（6）　　式中：—材料的應(yīng)變，無因次；E—楊氏模量，MPa?！　ⅲ?）式代入（6）式，得　　，（7）　　在附加拉應(yīng)力作用下，對套管柱進(jìn)行受力分析時，應(yīng)取管體抗拉強(qiáng)度和接箍抗拉強(qiáng)度的較小者作為抗拉強(qiáng)度極限。當(dāng)巖石骨架膨脹對套管產(chǎn)生的附加拉應(yīng)力超過所用套管強(qiáng)度時，套管將被拉斷。在實(shí)際注水井中，由于射孔井段一般都是砂巖和泥巖的混層，注入水進(jìn)入地層后，引起砂巖垂向膨脹

7、，使套管承受附加拉應(yīng)力，降低了套管的抗擠毀強(qiáng)度，在泥巖蠕變引起的徑向擠壓載荷的作用下，套管發(fā)生變形損壞?！　?綜合治理　　2.1防止注入水竄入弱夾層　　注入壓力限制在地層微裂縫以下。注入壓力應(yīng)以滿足注水量，防止套管損壞為合理注入壓力。加強(qiáng)注入水質(zhì)配伍研究，控制注入壓力過高。定期對高壓注水井采取洗井、防膨及解堵措施，防止各種因素造成地層污染?！　?.2提高套管抗擠強(qiáng)度　　完井采用高鋼級、大壁厚的套管。對容易發(fā)生變形的巖層段，普通N80/139.7難以承受不均勻地應(yīng)力的擠壓。油田開發(fā)前要準(zhǔn)確測定地應(yīng)力值，選擇合適的套管等級和壁厚。在易發(fā)生套管損壞的泥巖帶下

8、雙層組合套管，或下入壁厚大、強(qiáng)度高的套管。　　2.3調(diào)整注采井X、控制注水壓力　　當(dāng)現(xiàn)有的注采