大庆油田调整井预防标准层套损技术应用效果分析_郑殿富.pdf

2020年第8期西部探矿工程 * 收稿日期 2019-11-07修回日期 2019-11-12 第一作者简介 郑殿富 （1980-） ， 男 （汉族） ， 黑龙江巴彦人， 高级工程师， 现从事钻井、 固井工具及工艺研究及技术服务工作。 大庆油田调整井预防标准层套损技术应用效果分析 郑殿富*， 李玉海， 王春华， 李秋杰 （钻井工程技术研究院， 黑龙江 大庆 163413） 摘要套管损坏给油田生产带来了巨大的损失， 不但影响产量也产生大量修井费用。分析了大庆 油田标准层套损特点及原因， 阐述了水泥面控制工具预防标准层套损的工艺原理。统计分析了油田 自1996年至今应用水泥面控制工具预防标准层套损的效果及效益， 得出相应结论， 为下步预防标准 层套损提供依据。 关键词 套管损坏； 水泥面控制工具； 应用效果 中图分类号 TE242 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202008-0083-05 1大庆油田标准层套损特点及原因 1.1标准层套损的特点 标准层套损给油田开发带来的危害最大， 形式以 变形和错断为主， 占总套损的比例在23.86～37.3， 占比很大。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。 1.2标准层套损原因 1.2.1地质因素 （内因） 嫩二段埋深600～950m， 发育厚度200m左右。在 底部发育一套8～10m厚的黑色油页岩， 是油田一级标 准层。嫩二底标准层水平层理发育 （如图1所示） 、 沿层 理面密集分布生物化石， 存在微裂缝， 具有不吸水特 点， 抗剪切强度低。注入水进入后形成浸水域， 使抗剪 切强度进一步下降。在压力不均衡时， 易产生滑动位 移， 导致套损甚至成片， 对产量影响大。 1.2.2开发因素 （外因） 注入水窜入嫩二底标准层部位地层是造成套管损坏 的主要原因 （如图2所示） 一是注入水通过固井质量差、 嫩 二底错断、 报废不彻底的注水井窜入嫩二段底部油页岩 中， 形成浸水域降低了油页岩的抗剪强度； 二是超上覆岩 压注水和注采比过高导致注入水窜入嫩二段底部油页 岩； 三是区块内部地层压力失衡导致成片套损。 2应用水泥面控制工具技术预防标准层套损机理 标准层位于油层顶部以上， 2017年以前油田固井 只封固油层即可。水泥面控制工具防套损原理是在多 注水泥保证不漏封的情况下， 利用水泥面控制工具将图2嫩二底标准层套损成因 图1嫩二底标准层水平层理发育 83 ChaoXing 2020年第8期西部探矿工程 多余的水泥浆冲洗出去， 使标准层处的井段套管与井 壁环空充满泥浆 （其工艺如图3所示） 。保证井壁与套 管之间由钢性接触变为柔性接触， 从而延缓甚至避免 了由于地层的蠕动滑移而损坏套管。 2.1水泥面控制工具的结构 工具的结构包括 主体、 外滑套、 销钉、 密封圈、 卡 黄及套管短节组成。如图4所示。 图4控制水泥面工具结构示意图 2.2水泥面控制工具工作原理 将工具随管串下入到井内油顶上部非封固段蠕动 滑移地层下部位置， 在常规固井完成后， 用泵车憋压打 开工具的循环孔， 构成循环， 将易损层段的水泥洗出或 推倒上部环空， 同时投入数个小尼龙球， 随循环下行堵 住工具循环孔， 重新建立压力关闭工具。使用该工具 确保易损层段的环空充满钻井液， 避免套管与地层刚 性接触， 从而防止套管损坏。 2.3水泥面控制工具工艺流程 （1） 注入水泥至碰压工艺程序为正常固井程序， 但 要求替压不超过10MPa， 碰压不超过12MPa。 （2） 投球 当碰压的压力稳住以后方可投球， 否则 停止施工。碰压后投球8～10个。 （3） 试压 缓慢升压至14MPa进行套管试压， 稳住 后继续升压打开工具。 （4） 二次剪销、 关闭循环孔 按预先计算好的循环 量和时间 （井口至工具之间的套管内容积及其所需的 循环时间） ， 要求泵车的循环排量在1.2m3以上。碰压 后， 应迅速使压力升高至20MPa， 关闭工具的循环孔， 稳压1～2min， 完成全部控制水泥面工具的操作动作。 （5） 正式套管试压工具关闭停止循环后， 压力从 20MPa放回零， 再升压至15MPa等待1～2min， 无渗漏 现象， 则施工完毕。 3水泥面控制工具技术应用现状及效果分析 为减少套损对油田造成的巨大损失， 大庆油田自 1996年开始研发、 应用了水泥面控制工具预防标准层 套损， 到2017年底共计应用了21990口井， 取得了良好 的效果， 获得了开发部门的一致认可。现对此情况开 展了水泥面控制工具防套损效果及效益的分析。 3.1各采油厂中应用与未应用工具井的套损比例对比 现对各采油厂套损库和水泥面控制工具历年应用 数据库中应用水泥面控制工具的井与未应用工具的井 分别进行了统计对比。通过对相同采油厂同一区块内 应用工具的井与未应用工具的井的套损率进行了对比 分析， 从以下四个采油厂见表1中可以看出， 应用水泥 面控制工具井的平均套损率与未应用工具井相比下降 9以上， 取得了良好的效果 （水泥面控制工具主要应 用在套损严重区块） 。 3.2各采油厂中应用与未应用工具井的套损形式对比 标准层套损的形式上， 以变形和错断为主， 套管缩径 严重。从数据对比中不难看出 （图5） ， 水泥面控制工具在 套损严重的厂区， 在套管损坏严重的程度上比较， 应用工 具井的套管错断比例明显比未应用工具的井的比例低， 这就直接导致油井报废的比例的大幅下降。在套损后套 管直径的对比上看， 未应用工具套损后平均井径 90.3mm， 应用工具井套损后平均井径97.5mm， 平均增加 7.2mm， 充分说明了应用工具井受到的地层滑移剪切伤 害大幅下降， 工具起到了防套损的良好效果见表2。 3.3各采油厂中应用与未应用工具井的使用年限对比 应用水泥面控制工具在降低标准层套损率同时， 也能提高油水井使用寿命， 延长使用年限。由于丙厂 套损库投产日期部分缺失， 丁厂应用工具只有7口套 损， 不具代表性。现选取甲厂和乙厂自1997年水泥面 控制工具推广应用以来， 投产的井进行使用年限对比 （见表3） 。 可以看出， 应用工具井与未应用工具井的使用年 限相比平均延长3年左右， 增加了油水井使用寿命， 提 高了经济效益。见图6。 图3水泥面控制工具工艺原理 84 ChaoXing 2020年第8期西部探矿工程 3.4各采油厂应用水泥面控制工具经济效益分析 通过对采油一厂、 采油二厂、 采油四厂和采油六厂近 二十年的标准层套损的数据整理和对比分析， 能够清楚 的认识到该工具能够大大降低标准层套损率， 减少套管 变形量， 提高油水井使用寿命， 效益显著。现分析如下 （1） 直接经济效益 （投入产出比） 。 标准层套损的 主要形式为变形和错断， 通过与井下作业分公司调研得 知， 一般修复套管变形井平均作业费用为70.5万/口， 错 断井报废平均作业费用为85.8万/口。两者平均修井 费用为78.15万。 预防套损投入即为应用工具的费用T， 每支工具 1.62万。T应用工具数量每支工具费； 产出效益为因减少的套损井少发生修井的费用W 即为 W应用工具数降低的套损率78.15万/口； 表1各采油厂应用与未应用工具井的套损比例对比 采油厂 甲厂 乙厂 丙厂 丁厂 合计 总井数 19129 15002 15543 10449 60123 标准层套损 总井数 2537 1333 1407 326 5603 未应用水泥 面工具井数 11592 13195 8810 8210 41807 未应用水泥面 工具井标准层 套损井数 2129 1294 1308 319 5050 未应用水泥面 工具井标准层 套损比例 （） 18.4 9.8 14.85 3.8 12.07 应用水泥面 工具井数 7537 1807 6733 2239 18316 应用水泥面工 具标准层套损 井数 408 39 99 7 553 应用水泥面工具 井标准层套损比 例 （） 5.4 2.1 1.47 0.3 3.02 表2各采油厂中应用与未应用工具井的套损形式对比 采油 厂 甲厂 乙厂 丙厂 丁厂 合计 未应用水泥面控制工具套损井 未应用 套损井 数 2129 1294 1308 319 5050 变形 井数 669 672 530 92 1963 错断井 数 1428 510 774 197 2909 其它 32 112 4 30 178 错断比 例 （） 67.1 39.4 59.2 61.8 56.8 平均套 管直径 （mm） 91.2 94.8 92.9 82.4 90.3 应用水泥面控制工具套损井 应用套 损井数 408 39 99 7 553 变形 井数 127 21 60 4 212 错断 井数 273 14 38 3 328 其它 8 4 1 0 13 错断比 例 （） 66.9 35.9 38.4 42.8 46 平均套管 直径 （mm） 96.4 99.2 105.5 88.95 97.5 错断比 例降低 （） 0.2 3.5 20.8 19.0 10.1 套管井 径增加 （mm） 5.2 4.4 12.6 6.6 7.2 图5各采油厂应用工具与未应用工具井标准层套损比例对比 85 ChaoXing 2020年第8期西部探矿工程 投入产出比Z为 Z T/W 如表4所示， 应用水泥面控制工具减少套管损坏产 生的直接经济效益显著， 投入产出比效果好， 尤其工具 推广应用量大的采油一厂和四厂尤为明显。 （2） 间接经济效益。 众所周知， 油水井套损后将停 表3各采油厂中应用与未应用工具井的使用年限对比 序号 1 2 采油厂 甲厂 乙厂 1996年后投产未应用水泥面控制工具井 套损井数 710 635 使用年限 （年） 7.2 7.49 1996年后投产应用水泥面控制工具井 套损井数 408 39 使用年限 （年） 10.2 9.41 图6各采油厂应用工具与未应用工具井标准层套损比例对比 采油厂 甲厂 乙厂 丙厂 丁厂 应用工 具井数 7537 1807 6733 2239 单支工具费用 （万元） 1.62 1.62 1.62 1.62 投入费用T （万元） 12209.94 2927.34 10907.46 3627.18 减少套损 井数 980 138 901 79 套损井平均单井修 井费用 （万元） 78.15 78.15 78.15 78.15 产出效益W （万元） 76587 10784.7 70413.15 6173.85 投入产出比 T/W 1 6.3 13.7 1 6.5 1 1.7 表4各采油厂应用工具投入产出比 止注采生产， 同时使油田增加了修井作业费用和停产 时间， 也降低了油田产量， 并且一部分井由于套管错断 而无法修复而报废， 这也直接破坏了井网的完整性， 影 响了注采平衡， 间接损失巨大。为此， 因使用该工具技 术大大降低了标准层套损率， 减少套损两千余口井， 在 减少大量修井费用同时， 保住了油田产量， 保护了井网 结构， 间接经济效益巨大。 套损井增加大大增加了油田采油成本， 而应用水 泥面控制工具进行先期保护， 降低套损率， 减少了因套 损造成的经济损失， 从而降低了油田采油成本， 增加了 经济效益。从应用情况看， 可为油田节约成本 163958.7万元。 4结论 （1） 应用水泥面控制工具的井与未应用工具的井 相比， 其标准层套损率明显降低， 最高相差十倍以上； （2） 应用水泥面控制工具的井与未应用工具的井 相比， 套管变形量小， 套管错断率低， 这将大大降低修 井费用及油水井报废比例， 极大提高了经济效益； （3） 通过调查统计结果看， 应用水泥面控制工具的 （下转第94页） 86 ChaoXing 2020年第8期西部探矿工程 [1]王璞珺,迟元林,刘万洙,等.松辽盆地火山岩相 类型、 特征和 储层意义[J].吉林大学学报地球科学版,2003,334449-455. 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