套管损坏机理及研究PPT
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套管损坏的原因主要包括两方面的因素:地质因素和工程因素。
(1)地层的非均质性沉积的环境不同,油藏渗透性在层与层之间、层内平面都有较大的差别。
即使划分了层系,但同一层系内各小层渗透率仍相差很大,有的相差10倍,有的相差几十倍。
在注水开发过程中,油层的非均质性将直接导致注水开发的不均衡性,这是引发地层孔隙压力场不均匀分布的基本地质因素。
(a)(b)(2)地层(油层)倾角 陆相沉积的油田,一般储油构造多为背斜构造和向斜构造,由于背斜构造是受地层侧压应力为主的褶皱作用,一般在相同条件下,受岩体重力的水平分力的影响,地层倾角较大的构造轴部和陡翼部,比倾角较小的部位更容易出现套损。
图8-2 地层倾角影响图(3)岩石性质注水开发的泥砂岩油田,当油层中的泥岩及油层以上的页岩被注入水侵蚀后,不仅使其抗剪强度和摩擦系数大幅度降低,而且使套管受岩石膨胀力的挤压,同时当具有一定倾角的泥岩遇水呈塑性时,可将上覆岩层压力转移至套管,使套管受到损坏。
图8-3 岩性变化对套损的影响示意图(4)断层活动在沉积构造的油田中,地层沉降速度高的地区和油层断层本身所处的构造位置,均会促使断层活动,特别是注入水侵蚀后,更加剧对套管的破坏作用,造成成片套损区的发生。
套损深度与断层通过该井区的深度相同、断层活跃程度高的地区也恰好是现代地壳运动沉降速度较高的地区,而且是在油层构造的顶部和陡翼部。
图8-4 断层活动对套损的影响示意图(5)地震活动地震后,大量注入水通过断裂带或因固井胶结第二界面问题进入油顶泥岩、页岩,泥、页岩吸水后膨胀,又产生粘塑性,使岩体产生缓慢的水平运动,这种缓慢的蠕变速度超过10mm/a时,油水井套管将遭到破坏。
(6)地壳运动地球在不断地运转,地壳也在不停的缓慢运动中,其运动方向一般有两个:①水平运动(板块运动)②升降运动(地壳缓慢的升降运动产生的应力可以导致套管被拉伸损坏)(7)地面腐蚀地表地面腐蚀是不可忽视的套损原因之一。
高冲次导致套管破损分析在有杆泵抽油井,活塞上行程时自由悬挂油管下部弯曲,并存在应力中和点。
油管蠕动原因是接泵管子内部压力对管产生弯曲效应,油管内压力值是柱塞两端压差乘以柱塞面积。
上冲程时,作用在油管上的液柱载荷逐渐加在柱塞上,油管卸载。
在冲次大的时候,与泵筒联接的油管柱下部受到一个向上的虚拟力(柱状载荷)作用而发生螺旋弯曲变形,此时抽油杆柱因受到较大的张力而基本保持直线状态,这样就使杆与螺旋弯曲的管每隔一定距离就相互接触而磨损,并使油管在横向上有个摆动。
造成与套管碰触摩擦。
冲次越大,摆幅越大。
油管与套管间的摩擦越严重。
油管自由悬挂产生油管、套管、抽油杆之间的多重磨损, 缩短其使用寿命在油管自由悬挂的抽油井中, 随着作用在油管上的液柱载荷和振动载荷的交替变化, 油管除产生纵向伸缩外, 整个管串还会发生横向摆动, 受井眼轨迹的限制, 伸缩和摆动的结果直接导致油管和套管之间的磨。
最易受磨损的部位是油管接箍, 油管和套管内壁受到同样的磨损。
同时, 在油管内部, 抽油杆与油管内壁也产生磨损。
更为严重的是, 在油管自由悬挂的油井中, 常常发生油管扭曲现象。
对有杆泵抽油系统, 在柱塞的上行程, 柱塞下部的泵筒形成相对真空, 在液柱沉没压力下, 油流经固定凡尔流向泵筒, 筒内压力低于管外压力。
而在柱塞上部, 密封严密的柱塞以强力抽汲液体, 使管内压力又远远高于管外压力。
柱塞上下这种周而复始的压差作用,不断地使油管壁产生微弱的鼓胀和回缩。
虽然油管处于自重下的拉伸状态, 但泵到中和点之间的油管由于管内外压差、温升等综合因素导致的弯曲效应, 仍避免不了油管扭曲现象的发生。
直到柱塞的下行程, 游动凡尔打开, 使管内压力得到平衡, 扭曲的油管才在自重和液柱载荷下,拉直。
在油管扭曲的油井中, 抽油杆柱就象从麻花状的油管中反复抽拉一样, 加剧抽油杆在油管中的磨损和油管在套管中的磨损;同时,加大了抽油杆的拉伸应力,增大了光杆的负荷;加大了变速箱的输出扭矩;增加了动力消耗。
国内外油田套管损坏机理分析摘要:目前国内外很多油田都不同程度的存在套管损坏,随着油水井服役时间的延长,套管损坏率也不断增加,影响了油田的生产和效益。
分析认为套损机理主要分为地质因素和工程技术因素两类。
本文全面分析介绍了目前国内外油田影响套损的机理。
关键词:油田套管损坏套损机理地质因素工程技术因素地层的非均质性、地层断层活动、岩石性质、油层倾角、地震活动等地质因素是导致油水井套管损坏的客观条件,严重威胁油田的稳产。
注水、酸化压裂、固井质量、套管材质、套管伸缩等是引发地质因素产生破坏性地应力的主要原因,因此,这些因素综合作用便出现了套损井或套损区块。
套损不仅对油田的开采造成困难,增加开采成本,甚至可以导致油井报废。
为此本文全面介绍分析了目前国内外油田影响套损的机理研究,有助于指导预防和延缓套损发生,延长油、水井寿命。
1、国内外影响套损井的地质因素分析1.1 地面下沉及油层压实由于地面下沉及油层压实造成的套损主要发生在产层、超压负荷或超压层附近的层内。
在垂直应力作用下使套管周围岩石压实,导致应力发生变化,从而使套管发生弯曲或错断。
1.2 断层复活造成套损油田开发过程中原始地层压力发生变化,断层被诱发复活引起岩体力学性质和地应力改变,注入水侵蚀后发生成片套损区。
当注入水进入断层接触面后,造成接触面泥化使其内摩擦系数减小,从而导致套损发生。
一个区块被多条断层切割,且标准层和断层面都形成大范围的浸水域时,在区块压差的作用下,将导致成片套损的出现。
1.3 地震活动造成套管损坏较严重的地震可产生新的构造断裂和裂缝,使原生构造断裂和裂缝活化,因此地震引起地应力变化导致套管损坏的现象在国内外大量出现。
如美国威名顿油田在1951年的地震造成17口油井套管损坏,其直接原因是岩层产生水平位移,使套管严重弯曲变形,甚至剪切错断。
1.4 泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏泥岩的不稳定,会给吸水蠕变和膨胀造成套管等造成一定的影响,尤其是温度全面升高的时候,由于注入了一定的水质造成泥岩层改变泥岩的力学原理,发生不同程度的改变,从而影响到套管会被挤压变形乃至错断。