注水开发引起泥岩层套管损坏机理研究

油田注水开发以后,由于泥岩层吸水软化,改变了作用在套管上的非对称外挤蠕变载荷分布而导致套管出现径向缩径变形的损坏现象。通过建立套管—水泥环—围岩的三维有限元数学模型,定量分析了注水开发引起泥岩蠕变对套管的影响,给出了注水开发引起泥岩层套管受蠕变载荷作用而损坏的机理。研究表明:蠕变载荷从0上升到最大的稳定值时间与泥岩的蠕变特性有关,一般约需400 d;当弹性系数由10 GPa降低到6 GPa时,套管所受径向载荷由61.95 MPa增大到68.36 MPa;泥岩吸水软化后,随着泥岩弹性模量的降低,套管外壁的附加载荷会明显增大,即泥岩在较高的注水压力下吸水软化,加剧蠕变载荷分布的非均匀性并加大蠕变载荷值,超过套管的抗外挤能力使套管柱发生径向缩径变形而损坏。     

高压注水下套管蠕变损坏的机理研究

油田注水开发以后,由于泥岩吸水蠕变,使非均匀地应力作用于水泥环和套管而导致水泥环和套管发生径向缩径变形。通过建立套管—水泥环—泥岩围岩蠕变力学模型,定量计算和分析了井壁泥岩蠕变载荷分布和变化规律,水泥环和套管外壁径向和环向载荷分布规律,揭示了套管外壁环向载荷分布规律是引起套管变形损坏的直接原因;套管外壁径向载荷与地应力分布规律、套管变形趋势相反说明水泥环在套管抵抗非均匀载荷时起到改变受力边界的作用。通过对套管损坏机理的研究,提出预防高压注水泥岩层的套管损坏主要从防止注入水窜入软弱的泥岩夹层和提高油层附近泥岩层段套管强度两方面入手,为后续套管损坏防治工作提供借鉴。     

泥岩蠕变导致套管变形损坏机理分析

油田注水开发以后，泥岩吸水蠕变使非均匀地应力作用于水泥环和套管，通过对泥岩吸水蠕变以后，在远场地应力作用下，对水泥环与地层接触的第二界面和水泥环与套管接触的第一界面压力的数值仿真分析，提出了泥岩吸水蠕变诱发地应力在井眼周围产生应力集中，迫使水泥环和套管在最大水平地应力方向产生椭圆形缩径变形，是造成套管变形损坏的直接原因，而且水泥环与套管接触的第一界面的椭圆形外压力分布规律与水平地应力方向、套管变形趋势相反，说明水泥环在套管抵抗非均布外载中起到改变受力边界条件的作用。     

吐哈油田套管损坏机理分析及套管保护技术

统计分析了吐哈油田各采油厂套管损坏情况，指出吐哈油田套损主要形式是套管变形，套损点对应岩层主要为泥岩，套损部位主要集中在油层段及其顶部以上30m以内，套损主要原园是高压注水导致泥岩吸水发生蠕变膨胀迫使套管变形，油井变形大干水井的原园与油井生产压差过大有直接关系。通过研究提出了套管损坏的预防方法。即开发前期的预防方法和开发中的预防方法。     

岩石特性与套管损坏关系研究

针对油水井套管损坏问题,通过对油田岩石力学特性进行测试,从岩石含水、泥岩膨胀、泥岩的蠕变等特性进行研究,确定了岩石的弹性模量、泊松比、内摩擦角等参数与含水、套管强度的关系。通过室内模拟试验,进一步弄清了非均匀地应力作用下地层流变对套管产生的外载分布规律及其随时间的变化规律,以及水泥环性质、地应力大小、泥岩含水量等对套管外载的影响规律,为解决套管损坏问题提供了依据。     

胜坨油田套管损坏规律及控制因素研究

胜坨油田目前已经进入开发后期,油水井套管损坏严重。分析顿坏套管的埋深、损坏类型以及套管损坏井使用寿命与开发阶段的关系,并从泥岩吸水蠕变和膨胀、储集层压力持续下降、套管腐蚀以及下套管和完井、固井过程中施工不当等方面分析了套管损坏的控制因素。研究发现,地层水腐蚀是造成胜坨油田明化镇组及浅层套管损坏的主要原因;泥岩吸水蠕变、储集层沉积压实是造成E_(s1)、E_(s2)段套管损坏主要原因。为有效减缓套管损坏速度,针对油田后期出现的油层压力持续下降,应合理调整注采井网,同时应防止注水窜入泥岩地层;提高注水质量,减缓污水对套管的腐蚀;在施工过程中应建立套管保护措施,防止时套管的人为损坏。     

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根据统计分析，大庆油田和吉林油田套管损坏绝大多数发生在泥岩层，泥岩浸水是引起套管井损坏的主要原因。由于固井质量不好或高强度压裂，从而使注入水窜入井眼周围的泥岩段，使岩石的物理性质发生变化，强度下降，在压差作用下致使套管损坏。为此，文章用实验的方法对泥岩层浸水规律进行了研究，研究结果发现，在围压一定时，注水压力决定浸水深度和浸水量，浸水速度随注水压力增大而加快。泥岩渗透率对岩石的浸水深度和浸水速度也起到很大作用，本研究结果将会为预测井底泥岩含水率，进而确定泥岩强度及其蠕变特性提供重要的试验数据。     

油水井套管损坏的原因及预防措施

油水井套管损坏是由多种因素共同作用的结果.高压注水引起泥岩吸水膨胀和蠕变、局部岩层失稳滑移和注水层地层变形等是导致花土沟油田套管损坏的主要原因.根据花土沟油田目前的生产状况和套管损坏的实际情况,采用两套注水系统,分层系注水;针对储层具有薄、多、散、杂的特点,在射孔时一定要考虑夹层的影响,严格控制射孔层段,把好射孔质量关;在今后的井网完善过程中,考虑套损的影响,采取提高套管钢级和壁厚等措施来预防套管的损坏.     

围岩流变对套管载荷的影响分析

针对由于地层具有流变特性对套管载荷的影响以及由于泥岩浸水等因素造成的地层流变特性改变而对套损产生影响等问题,根据开尔文模型推导了流变地层中套管载荷和地层粘度的关系,从而反映了套管载荷随时间的变化,在此基础上分析了流变地层岩石力学参数对套管载荷的影响.分析认为地层的粘性不同,其流变程度不同,导致套管达到最大载荷的时间不同.由于泥岩浸水导致岩石弹性模量降低,在相同地应力场作用下会明显加大最终作用在套管上的载荷,从而大大增加了套损的危险性.研究结果揭示了围岩流变导致套管损坏的机理.     

地层流变对套管载荷的影响研究

针对由于地层具有流变特性对套管载荷的影响以及由于泥岩浸水等因素造成的地层流变特性改变而对套损产生影响等问题，根据开尔文模型推导了流变地层中套管载荷和地层粘度的关系，从而反映了套管载荷随时间的变化，在此基础上分析了流变地层岩石力学参数对套管载荷的影响。分析认为地层的粘性不同，其流变程度不同，导致套管达到最大载荷的时间不同。由于泥岩浸水导致岩石弹性模量降低，在相同地应力场作用下会明显加大最终作用在套管上的载荷，从而大大增加了套损的危险性。研究结果揭示了围岩流变导致套管损坏的机理。     

不同驱替液水化膨胀泥岩层对套管载荷的影响

泥岩具有极强吸水性能，泥岩水化膨胀将会使套管服役环境恶化，降低套管使用寿命。为研究不同驱替液水化泥岩层后对套管服役的影响，首先针对目的区块泥岩进行组分、水化膨胀及力学实验，并在此基础上建立不同水化膨胀工况泥岩层的有限元模型，分析泥岩层水化膨胀对套管外挤载荷和套管应力变形影响。研究结果表明:泥岩层理发育，吸水后岩石易分散，聚合物化学液对泥岩水化作用相对更弱；泥岩水化后岩石强度降低，纯水和聚合物化学液浸泡后岩石强度分别降低为原样的1/20~1/15和1/3~1/2；泥岩水化膨胀增加了水化岩层段的套管外挤载荷和套管应力，与注纯水相比，注化学液可以降低套管外挤载荷和应力水平，对保护套管和延长套管使用寿命更加有利。     

非均匀载荷下套管强度的计算

在建立了泥岩蠕变非均匀外载模型基础上,提出了一种对泥岩蠕变引起的椭圆形非均匀外载下套管应力和强度的计算方法。在非均匀载荷下,套管所能承受的最大载荷迅速降低。当内压为0.1MPa时,套管的临界载荷平均约为均载情况下的11%.大庆榆树林油田泥岩段的套损分析表明高压注入水沿垂直裂缝进入泥岩层,引起泥岩层吸水蠕变,使得所用J-55套管难以承受较大的非均匀挤压力,导致套管损环。建议在易发生泥岩蠕变井段,应采用P-110型套管以确保井筒安全。     

大庆龙虎泡高台子区块套损原因分析及对策

从矿场实践出发,针对龙虎泡高台子区块套损的6个特点,从几个方面分析了龙虎泡高台子区块套损原因,首先从理论上进行了研究,得到了理论支持;其次综合分析了油田地质、开发特征及套损特点,提出了该区块套损的主要原因是注水过程中微裂缝开启、延伸,导致泥岩夹层进水,使泥岩吸水蠕变,产生非均匀外载超过套管的抗挤毁强度,从而使套管产生椭圆变形。最后结合现场实际情况,给出了相应的5个预防及治理措施,龙虎泡高台子区块套损速度得到缓解,对低渗透致密性油藏开发具有一定的借鉴意义。     

注水开发油田套管损坏的机理研究

据统计,我国各油田油层套管损坏井的总数已超过七千口,成为我国石油工业发展中必须研究解决的重要问题.本文通过有限单元法,对注水开发油田高压注水阶段套管损坏的原因和规律,初步进行定量研究认为,在现有的固井质量和开发工艺水平下,高压注水窜入泥岩软弱层,浸水域中地应力改变,产生地层位移.是这类套管损坏的主导原因,应该采取综合措施进行防治.     

远近围岩含水不同对套管岩压外载的影响

建立了围岩多层性受载模型，按粘弹对应原理，对均匀地应力场下及非均匀地应力场下蠕变引起的岩压外载及因远近含水量不同而引起的变化，从理论上进行了分析。     

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地层蠕变效应是引起套管大量损坏的主要原因之一，而解决此问题的有效途径之一是采用组合套管。文章通过引入柔度系数的概念，给出了任意多层组合套管压力传递系数的规准表达形式，同时，假设地层为粘弹性的，导出了多层组合套管的地层蠕变附加载荷计算公式。分析了双层组合套管的各尺寸对套管抗挤能力的影响，研究了套管层数与套管抗挤能力的关系。数值计算结果表明，尽管随着套管的层数增加地层的蠕变载荷增大，但是内管所承担的最大蠕变载荷仍将单调下降，不论是单层套管还是多层套管，地层进水后都将增大其危险性。文中所提供压力传递系数和粘弹性地层蠕变附加荷载计算公式可供多层套管设计参考。