断层密集区块注水井注入压力界限研究

刘绍轩,张慧芳

(中石油大庆油田第二采油厂地质大队)

南二区西部套损风险区位于南1-丁4至南2-1排之间，共有水聚驱6套井网，区块地质构造复杂，为背斜构造顶部，该背斜枢纽走向为北东向，背斜西翼较东翼陡，地层倾角2.0°～27.0°。井震联合构造解释结果表明，发育大小断层69条，均为正断层，走向为北西向或南西向，延伸长度270～5 045 m，最大断距186.5 m。其中延伸距离较大的断层有8条，长度均大于1 000 m，断距大于20 m，将区块大体分成三个较大的独立油水运动区域和两个相对较破碎的断块区，同时受断层交叉分布影响，区域内分布多个封闭和半封闭小断块。区块套损严重，是近年来油水井套管损坏高发区域。针对区块现状，开展了构造复杂区套损防控注入压力界限研究[1]，确定不同地质区域注入压力界限[2]。

一、影响套损因素及防控界限研究

1.断层与套损相关性研究

在地层倾角变化大、断层发育地区，套损井点相对密集，数量较多，套损井数达2 375口，占套损总井数的57.13%。套损受断层、地层倾角构造因素影响大[3-4]。

根据油水井钻遇断层情况，划定每一断层直接影响区域，区域边界外扩200 m构成新区域,定义为断块区，其它区域为非断块区。断块区累计投产井数7 382口，套损井数2 121口，套损率28.73%，高于非断块区5.48%。针对断块区，分析油水井套损与断层距离的关系，当与断层距离在100 m以内，钻遇断层套损井数占断块区套损井数的86.7%，断层是影响套损主要内因,见表1。

表1 断块区油水井的套损井数与断层距离变化统计

2.地层倾角与套损相关性研究

根据1 369口井地层倾角计算结果，地层倾角变化较大的区域，套损率较高，地层倾角在5°以上的区域套损率明显加大，增幅近10%,见图1。

图1 地层倾角与套损关系

数理统计分析地层倾角对油水井单井套损的影响,油水井的单井地层倾角在5°及以上区域套损相对集中，占总套损井数的76.2%,见表2。

表2 地层倾角与油水井套损情况

计算不同开发层系地层倾角与区块油水井累计套损率。当地层倾角达到5°以上，各井网套损率曲线斜率加大，累计套损率加大，套损速度加快,见表3。

表3 不同开发层系回归曲线斜率情况

3.注入压力与套损相关性研究

对全厂水聚两驱和套损重点区块的注入压力与年度套损井数关系分析可知，水驱和聚驱一类注入压力波动相对平稳的情况下，年均套损井数保持在63口左右。随着不同区块聚驱二类投产，注入压力逐年升高，地下压力场不稳定重新分布[5-7]，套损井数大幅度增加，当聚驱二类注入压力达到10.3 MPa以后，年均套损井数达到147口,见表4。

表4 注入压力与套损井统计表

进一步分析不同地层倾角地区，注入压力对套损率的影响程度，对不同注入压力下，地层倾角对套损率的影响统计分析，可知：套损率与注入压力、地层倾角之间有较好的线性关系，在地层倾角较大区域，注入压力升高后套损率加大；相同注入压力条件下，地层倾角增加，套损速度加快。当注入压力降低2 MPa，套损率下降5.04%,见图2。

图2 注入压力及地层倾角与套损关系

4.注入压力升幅与套损相关性研究

通过计算套损区域聚驱二类井注入压力年升幅与目的层发生套损时间关系，建立相关图版。统计结果显示，二类井注入压力年升幅在1.5 MPa以内，投产至套损的时间集中在20～100个月，当压力升幅大于2.0 MPa以后，投产至套损的时间集中在40个月以内，套管安全生产年限缩短,见图3。

图3 注入压力升幅与套损关系

5.制定合理防控调整界限

数理统计研究认为：在不同地质构造区域，断层、地层倾角是易诱发油水井套损的地质因素，在外力注入压力的作用下[8-10]，易导致构造复杂区油水井发生套损。针对不同地质构造区域制定合理的注入压力能有效防止套损发生。二类井注入压力升幅界限采用年升幅1.5 MPa，月升幅在0.12 MPa以内。

倾角小于5°：

(1)

倾角大于5°：

(2)

断块小于200 m：

(3)

式中：p允—注入井允许注入压力，MPa；H—射孔顶界深度，m；φ—地层倾角，°。

二、应用及效果

依据防控界限，个性化分区调控。断块区调整112口，允许注入压力下降1.34 MPa；对倾角大于5°构造翼部区域调整69口，平均注入压力下降1.4 MPa，对倾角小于5°构造底部及零散外扩区调整14口，见表5。

表5 套损区控压调整实施情况统计表

二类井以防控界限为依据，问题井修后恢复前期注清水，恢复过程中采取控速控压[11-12]，区块目前年压力升幅平均为1.17 MPa，控制在界限以内。

通过实施调整套损速度大幅度下降。套损井数由高峰期的67口减少到2口，发现率由10.55%下降到0.42%。

三、结论及认识

(1)断块区套损率高于非断块区，且与断层距离越近，套损率越高；断块内200 m范围套损比例明显较大。

(2)随着地层倾角增加，套损率加大。倾角大于5°井区应加大调整力度。

(3)降低注入压力，能有效延长套管安全生产年限。