斷層密集區塊注水井注入壓力界限研究

劉紹軒,張慧芳

(中石油大慶油田第二采油廠地質大隊)

南二區西部套損風險區位于南1-丁4至南2-1排之間，共有水聚驅6套井網，區塊地質構造復雜，為背斜構造頂部，該背斜樞紐走向為北東向，背斜西翼較東翼陡，地層傾角2.0°～27.0°。井震聯合構造解釋結果表明，發育大小斷層69條，均為正斷層，走向為北西向或南西向，延伸長度270～5 045 m，最大斷距186.5 m。其中延伸距離較大的斷層有8條，長度均大于1 000 m，斷距大于20 m，將區塊大體分成三個較大的獨立油水運動區域和兩個相對較破碎的斷塊區，同時受斷層交叉分布影響，區域內分布多個封閉和半封閉小斷塊。區塊套損嚴重，是近年來油水井套管損壞高發區域。針對區塊現狀，開展了構造復雜區套損防控注入壓力界限研究[1]，確定不同地質區域注入壓力界限[2]。

一、影響套損因素及防控界限研究

1.斷層與套損相關性研究

在地層傾角變化大、斷層發育地區，套損井點相對密集，數量較多，套損井數達2 375口，占套損總井數的57.13%。套損受斷層、地層傾角構造因素影響大[3-4]。

根據油水井鉆遇斷層情況，劃定每一斷層直接影響區域，區域邊界外擴200 m構成新區域,定義為斷塊區，其它區域為非斷塊區。斷塊區累計投產井數7 382口，套損井數2 121口，套損率28.73%，高于非斷塊區5.48%。針對斷塊區，分析油水井套損與斷層距離的關系，當與斷層距離在100 m以內，鉆遇斷層套損井數占斷塊區套損井數的86.7%，斷層是影響套損主要內因,見表1。

表1 斷塊區油水井的套損井數與斷層距離變化統計

2.地層傾角與套損相關性研究

根據1 369口井地層傾角計算結果，地層傾角變化較大的區域，套損率較高，地層傾角在5°以上的區域套損率明顯加大，增幅近10%,見圖1。

圖1 地層傾角與套損關系

數理統計分析地層傾角對油水井單井套損的影響,油水井的單井地層傾角在5°及以上區域套損相對集中，占總套損井數的76.2%,見表2。

表2 地層傾角與油水井套損情況

計算不同開發層系地層傾角與區塊油水井累計套損率。當地層傾角達到5°以上，各井網套損率曲線斜率加大，累計套損率加大，套損速度加快,見表3。

表3 不同開發層系回歸曲線斜率情況

3.注入壓力與套損相關性研究

對全廠水聚兩驅和套損重點區塊的注入壓力與年度套損井數關系分析可知，水驅和聚驅一類注入壓力波動相對平穩的情況下，年均套損井數保持在63口左右。隨著不同區塊聚驅二類投產，注入壓力逐年升高，地下壓力場不穩定重新分布[5-7]，套損井數大幅度增加，當聚驅二類注入壓力達到10.3 MPa以后，年均套損井數達到147口,見表4。

表4 注入壓力與套損井統計表

進一步分析不同地層傾角地區，注入壓力對套損率的影響程度，對不同注入壓力下，地層傾角對套損率的影響統計分析，可知：套損率與注入壓力、地層傾角之間有較好的線性關系，在地層傾角較大區域，注入壓力升高后套損率加大；相同注入壓力條件下，地層傾角增加，套損速度加快。當注入壓力降低2 MPa，套損率下降5.04%,見圖2。

圖2 注入壓力及地層傾角與套損關系

4.注入壓力升幅與套損相關性研究

通過計算套損區域聚驅二類井注入壓力年升幅與目的層發生套損時間關系，建立相關圖版。統計結果顯示，二類井注入壓力年升幅在1.5 MPa以內，投產至套損的時間集中在20～100個月，當壓力升幅大于2.0 MPa以后，投產至套損的時間集中在40個月以內，套管安全生產年限縮短,見圖3。

圖3 注入壓力升幅與套損關系

5.制定合理防控調整界限

數理統計研究認為：在不同地質構造區域，斷層、地層傾角是易誘發油水井套損的地質因素，在外力注入壓力的作用下[8-10]，易導致構造復雜區油水井發生套損。針對不同地質構造區域制定合理的注入壓力能有效防止套損發生。二類井注入壓力升幅界限采用年升幅1.5 MPa，月升幅在0.12 MPa以內。

傾角小于5°：

(1)

傾角大于5°：

(2)

斷塊小于200 m：

(3)

式中：p允—注入井允許注入壓力，MPa；H—射孔頂界深度，m；φ—地層傾角，°。

二、應用及效果

依據防控界限，個性化分區調控。斷塊區調整112口，允許注入壓力下降1.34 MPa；對傾角大于5°構造翼部區域調整69口，平均注入壓力下降1.4 MPa，對傾角小于5°構造底部及零散外擴區調整14口，見表5。

表5 套損區控壓調整實施情況統計表

二類井以防控界限為依據，問題井修后恢復前期注清水，恢復過程中采取控速控壓[11-12]，區塊目前年壓力升幅平均為1.17 MPa，控制在界限以內。

通過實施調整套損速度大幅度下降。套損井數由高峰期的67口減少到2口，發現率由10.55%下降到0.42%。

三、結論及認識

(1)斷塊區套損率高于非斷塊區，且與斷層距離越近，套損率越高；斷塊內200 m范圍套損比例明顯較大。

(2)隨著地層傾角增加，套損率加大。傾角大于5°井區應加大調整力度。

(3)降低注入壓力，能有效延長套管安全生產年限。