注水开发油田套管损坏讲座课件.ppt
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1、注水开发油田套管损坏注水开发油田套管损坏 机理及防治措施机理及防治措施报告人:张报告人:张 士士 诚诚汇汇 报报 内内 容容套管损坏形态套管损坏形态套管损坏机理套管损坏机理套管损坏保护措施套管损坏保护措施对套管损坏的认识对套管损坏的认识套管损坏预测方法套管损坏预测方法一、套管损坏形态一、套管损坏形态1、套管变形、套管变形2、套管破裂、套管破裂3、套管错断、套管错断4、腐蚀穿孔、腐蚀穿孔5、套管密封性破坏、套管密封性破坏套管变形套管变形套管受不均匀外挤力造成椭圆变形示意图套管受不均匀外挤力造成椭圆变形示意图套管变形套管变形严重弯曲变形示意图严重弯曲变形示意图套管错断型套管错断型套套 管管 错错
2、断断 示示 意意 图图套管错断型套管错断型坍塌型套管错断示意图坍塌型套管错断示意图1、泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏、泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏2、油层出砂造成套管损坏、油层出砂造成套管损坏3、岩层滑动造成套管损坏、岩层滑动造成套管损坏4、断层复活造成套管损坏、断层复活造成套管损坏5、盐岩蠕变、坍塌和塑性流动引起套管损坏、盐岩蠕变、坍塌和塑性流动引起套管损坏6、地震活动造成套管损坏、地震活动造成套管损坏7、地层压实造成套管损坏、地层压实造成套管损坏(一)地质因素(一)地质因素1、泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏、泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏泥岩特点泥岩特点:不稳定的岩类,当注入水进不稳定的
3、岩类,当注入水进入泥岩层后,改变了岩石的力学性质和入泥岩层后,改变了岩石的力学性质和应力状态,抗剪切强度和内摩擦系数大应力状态,抗剪切强度和内摩擦系数大幅度降低,使岩石产生变形和位移。幅度降低,使岩石产生变形和位移。原因原因:泥岩吸水软化,成岩的胶结力逐泥岩吸水软化,成岩的胶结力逐渐消失,吸水后体积膨胀渐消失,吸水后体积膨胀2.58.5倍(平倍(平均为均为5倍),在非均质地应力作用下,岩倍),在非均质地应力作用下,岩石蠕变对套管产生一个非均匀的外挤力,石蠕变对套管产生一个非均匀的外挤力,使套管变形或错断。使套管变形或错断。泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏特特 点点主
4、要发生在泥岩段主要发生在泥岩段在未射孔段套管椭圆形变形多在未射孔段套管椭圆形变形多表现为零星井套管损坏(注水井为主)表现为零星井套管损坏(注水井为主)油层出砂造成套管损坏油层出砂造成套管损坏特特 点点弯曲、变形、错断弯曲、变形、错断主要发生在射孔段(出砂段)或以上的主要发生在射孔段(出砂段)或以上的地层内地层内 阿塞拜疆石油研究所研究结果:阿塞拜疆石油研究所研究结果:80 80口出砂套损井,其中口出砂套损井,其中4040口在衬管部口在衬管部分、分、3636口在衬管上部,仅有口在衬管上部,仅有4 4口在衬管下口在衬管下部。部。3、岩层滑动造成套管损坏、岩层滑动造成套管损坏原因:(1)层理发育的)
5、层理发育的页岩层页岩层浸水后,由于进水浸水后,由于进水阻力小,很快形成浸水域,在区块压力阻力小,很快形成浸水域,在区块压力差或地层倾角产生的地势压差等作用下,差或地层倾角产生的地势压差等作用下,岩层岩层成片滑动成片滑动,剪切套管。,剪切套管。(2)注采压差推动岩层滑移:对低渗透或)注采压差推动岩层滑移:对低渗透或注水井周围地层堵塞情况,注采井间压注水井周围地层堵塞情况,注采井间压力差距大,可能会导致局部地层在孔隙力差距大,可能会导致局部地层在孔隙压力作用下向油井方向滑动,损坏套管。压力作用下向油井方向滑动,损坏套管。4、断层复活造成套管损坏、断层复活造成套管损坏断层复活原因:断层复活原因:地层
6、升降、地震、高地层升降、地震、高压注水压注水 高压注水:高压注水:一方面使地层孔隙压力提一方面使地层孔隙压力提高,改变了原始地应力场,引起地应力高,改变了原始地应力场,引起地应力不平衡;另一方面注入水进入断层接触不平衡;另一方面注入水进入断层接触面,造成接触面泥化,致使层面胶结力面,造成接触面泥化,致使层面胶结力和内摩擦力趋于零,大大降低抗剪切力,和内摩擦力趋于零,大大降低抗剪切力,在上下盘压差或重力作用下,断层滑动,在上下盘压差或重力作用下,断层滑动,剪挤套管。剪挤套管。断层复活造成套管损坏断层复活造成套管损坏特特 点点断层一旦复活,断层附近的井将出断层一旦复活,断层附近的井将出现成片套管损
7、坏,而且损坏程度严现成片套管损坏,而且损坏程度严重;重;一般以错断、坍塌为主一般以错断、坍塌为主套管损坏位置与断层深度基本一致套管损坏位置与断层深度基本一致断层复活造成套管损坏断层复活造成套管损坏巴拉哈内萨布奇拉马宁油田套管损坏情况巴拉哈内萨布奇拉马宁油田套管损坏情况5、盐岩蠕变、坍塌和塑性流动、盐岩蠕变、坍塌和塑性流动引起套管损坏引起套管损坏盐岩造成套管损坏的原因盐岩造成套管损坏的原因:盐岩层的盐岩层的蠕变、坍塌、塑性流动蠕变、坍塌、塑性流动(1)盐岩是一种晶体,在深层高温高压下)盐岩是一种晶体,在深层高温高压下会发生塑性流动,甚至会发生连续流动,会发生塑性流动,甚至会发生连续流动,对套管产
8、生挤压和剪切;对套管产生挤压和剪切;(2)注入水进入盐层后,对盐层的浸泡溶)注入水进入盐层后,对盐层的浸泡溶蚀形成空洞、坍塌,对套管产生挤压。蚀形成空洞、坍塌,对套管产生挤压。6、地震活动造成套管损坏、地震活动造成套管损坏特点:特点:在时间上,套管损坏数量与在时间上,套管损坏数量与地震频次表现为同步增长,套损数地震频次表现为同步增长,套损数量随地震强度增加而增多。量随地震强度增加而增多。7、地层压实造成套管损坏、地层压实造成套管损坏原因:原因:高压异常油层在开采过程中,油高压异常油层在开采过程中,油层压力的大幅度下降,将导致开采层和相层压力的大幅度下降,将导致开采层和相邻泥岩和油层的骨架变形,
9、地层压实,使邻泥岩和油层的骨架变形,地层压实,使套管发生严重变形。套管发生严重变形。特点:特点:多发生在油井,以弯曲、错断为多发生在油井,以弯曲、错断为主主(二)工程因素(二)工程因素1、管材质量问题、管材质量问题2、固井质量问题、固井质量问题3、射孔对套管损坏的影响、射孔对套管损坏的影响4、井位部署问题、井位部署问题5、注水不平衡、注水不平衡6、大型增产措施造成套管损坏、大型增产措施造成套管损坏1、管材质量问题、管材质量问题套管本身存在的微孔、微缝,螺纹不套管本身存在的微孔、微缝,螺纹不符合要求,以及抗剪、抗拉强度低等符合要求,以及抗剪、抗拉强度低等质量问题都会导致开采过程套管损坏;质量问题
10、都会导致开采过程套管损坏;套管管体尺寸精度,如:套管圆度、套管管体尺寸精度,如:套管圆度、壁厚不均匀等不合格也会影响套管强壁厚不均匀等不合格也会影响套管强度。当套管不圆度达度。当套管不圆度达1.1.442.0%.0%时,其时,其抗挤临界压力降低抗挤临界压力降低2236%;壁厚不匀;壁厚不匀度达度达10102020%时,抗挤临界压力降低时,抗挤临界压力降低815%。3、射孔对套管损坏的影响、射孔对套管损坏的影响原因:原因:一是外挤力引起射孔套管失一是外挤力引起射孔套管失稳破坏;二是由轴向拉力和内压力稳破坏;二是由轴向拉力和内压力引起的套管强度破坏。引起的套管强度破坏。4、井位部署问题、井位部署问
11、题断层附近地区部署注水井,容易引断层附近地区部署注水井,容易引起断层滑移,导致套管严重损坏;起断层滑移,导致套管严重损坏;注水井成排部署,容易加剧地层孔注水井成排部署,容易加剧地层孔隙压差的作用,增大水平方向的应隙压差的作用,增大水平方向的应力集中程度,会导致成片套损井的力集中程度,会导致成片套损井的出现。出现。对策:将行列注水改成面积注水对策:将行列注水改成面积注水5、注水不平衡、注水不平衡层间非均质层间非均质导致高渗透层成为高压区,导致高渗透层成为高压区,低压层成为低压区,层间压力差的加大低压层成为低压区,层间压力差的加大导致地层变形和套管损坏;导致地层变形和套管损坏;注水开发油田注水开发
12、油田改变开采方式改变开采方式,导致地层,导致地层压力大起大落,岩体出现大幅度升降,压力大起大落,岩体出现大幅度升降,导致套管变形;导致套管变形;高压注水高压注水导致泥、页岩层吸水,加快套导致泥、页岩层吸水,加快套管损坏。管损坏。大庆油田南二区西部大庆油田南二区西部套损与注水压力关系曲线套损与注水压力关系曲线杏一至三区丙北块套损与杏一至三区丙北块套损与注水压力关系曲线注水压力关系曲线6、大型增产措施造成套管损坏、大型增产措施造成套管损坏压裂用支撑剂通过炮眼使射孔孔眼压裂用支撑剂通过炮眼使射孔孔眼不规则扩大,降低套管强度;不规则扩大,降低套管强度;大型压裂施工,井底压力有时高达大型压裂施工,井底压
13、力有时高达100多多MPa,超过,超过N80套管抗内压强套管抗内压强度,导致套管破裂;度,导致套管破裂;酸化排液不彻底腐蚀套管。酸化排液不彻底腐蚀套管。(三)腐(三)腐 蚀蚀 造成套管损坏造成套管损坏套管腐蚀根源套管腐蚀根源:套管本身、活性介质、:套管本身、活性介质、腐蚀条件腐蚀条件套管本身套管本身:是由含:是由含Fe原子的金属组成,失去电原子的金属组成,失去电子后变为子后变为Fe2+离子离子活性介质活性介质:原油中的硫、天然气中:原油中的硫、天然气中CO2、H2S、地层水中的盐类、结垢、溶解氧,酸化的酸液。地层水中的盐类、结垢、溶解氧,酸化的酸液。腐蚀条件腐蚀条件:温度、压力、:温度、压力、
14、Fe2+离子浓度、地层离子浓度、地层水中的还原菌等。水中的还原菌等。腐蚀造成套管损坏腐蚀造成套管损坏1、电化学腐蚀、电化学腐蚀2、化学腐蚀、化学腐蚀3、细菌腐蚀、细菌腐蚀4、结垢腐蚀、结垢腐蚀1、电化学腐蚀、电化学腐蚀电化学腐蚀是油田套管损坏最普遍的腐电化学腐蚀是油田套管损坏最普遍的腐蚀形式,电化学腐蚀是由内部离子交换蚀形式,电化学腐蚀是由内部离子交换引起的,需要具备两个条件:存在不同引起的,需要具备两个条件:存在不同金属和电解质。金属和电解质。不同金属:不同金属:套管与套管、套管与接箍,套管与套管、套管与接箍,甚至同一根套管不同成分甚至同一根套管不同成分 电解质:电解质:高矿化度水高矿化度水
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