海拉尔油田贝301区块套管损坏主要地质因素分析
摘要：在油田开发过程中，如何预防套管的损坏已经变成各大油田迫切解决的问题。储层的岩性物性在油田开发过程中的变化是导致套损的不可忽视的重要因素，本文通过研究海拉尔油田典型套损区块贝301区块的地质特征和开发因素分析了引起该区套损的主要地质因素，为以后的油田开发提供一些理论依据 关键词： 套损 成因 储层物性
海拉尔盆地是在古生界褶皱基底上发育起来的晚中生代断陷盆地，其沉积主体是白垩系的扎赉诺尔群，由于盆地被断裂强烈分割，形成了多个断陷，各断陷面积较小，一般呈长条状分布，各断陷相对独立，自成沉积体系，且每个断陷具有多个沉降、沉积中心。各断陷基本以洼陷深部为中心呈环带分布，主要的沉积相类型有：山麓洪积相、三角洲相、滨浅湖相、湖相、沼泽相、冲积平原相和湖沼相等。由于各断陷相对独立，在同时期各断陷沉积相类型有所差异，但在统一的区域构造运动下，其沉积特征有一定的相似性。
一 区域地质概况
1.1贝301主要地质特征
贝301区块是在基底隆起上发育的构造。受北东向反向正断层控制的向南东方向倾没的继承性断鼻构造，构造延伸方向北东向。组成本区断裂系统的断层发育，在南屯组油层顶面和中部构造图上各解释规模相对较大的断层14条，另外还发育一些较小的伴生断层。断层以反向正断层为主，走向一般为北东向，该区域内呼和诺仁油田南屯组油层主要为扇三角洲扇中、扇端亚相和滨浅湖亚相沉积，包括辫状水道、水道间、扇端薄层砂微相以及滨浅湖沉积。由下图图我们可以看出主要物源方向有两个，分别在贝301井西南和北部贝5井附近，主要物源及其通道前方存在扇三角洲、湖底扇等扇体。
贝301区块南屯组下部沉积时期，大部分地区为滨浅湖沉积，以深灰色泥岩、粉砂岩薄互层为主，在靠近两个物源方向存在杂色砾岩沉积。到南屯组中部沉积时期，湖盆逐渐发生水退，物源区的大量碎屑快速堆积于湖盆，在滨浅湖背景上形成多期叠置的扇体，沉积了以砂砾岩为主的岩体，靠近物源区砂砾岩以杂色为主，其他地区为灰色。 20494000204950002049600020497000呼和诺仁油田南二段油层Ⅰ油组8号小层沉积微相图20498000BEI70-56BEI3BEI66-56BEI68-565318000BEI58-52BEI60-52BEI62-52BEI64-545318000BEI66-58BEI64-56BEI61-530.8BEI62-540.80.81.1BEI65-57BEI66-60BEI59-53BEI56-50BEI60-54BEI58-54BEI56-522.0BEI61-554.11.84.11.4BEI63-60BEI62-601.21.23.63.60.50.5BEI62-62BEI57-532.02.01.81.0BEI59-55BEI59-56BEI60-56BEI61-57BEI52-50BEI54-52BEI52-52BEI51-51BEI55-531.00.80.8BEI62-611.02.21.6BEI64-64BEI58-56BEI56-545.01.22.41.2BEI57-55BEI49-50BEI60-62BEI58-X57BEI3-2BEI60-58BEI56-56BEI59-X590.86.50.62.1BEI49-51BEI47-50BEI50-52BEI52-54BEI54-541.41.2BEI55-55BEI60-60BEI45-50BEI46-51BEI41-50BEI44-51BEI45-51BEI48-52BEI49-53BEI50-541.21.2BEI51-54BEI52-561.41.81.62.61.8BEI54-56BEI55-572.0BEI59-X61BEI56-581.2BEI57-59BEI58-601.45317000BEI39-50BEI40-51BEI41-512.7BEI42-511.03.82.0BEI46-531.21.2BEI48-54BEI49-55BEI50-562.01.6BEI51-561.01.0BEI54-58BEI53-58BEI55-59BEI56-605.33.65317000BEI43-52BEI44-526.4BEI47-55BEI45-532.41.61.6BEI3-1BEI3-更13.20.80.81.60.58.06.0BEI46-55BEI48-561.02.2BEI52-582.20.81.6BEI54-601.0BEI42-536.2BEI49-572.1BEI43-541.00.6BEI44-544.02.60.8BEI38-51BEI36-504.00.60.6BEI40-527.03.4BEI50-58BEI47-检57BEI45-55BEI3-64.40.61.00.80.61.00.80.6BEI38-520.60.63.01.0BEI39-X533.21.00.8BEI41-53BEI42-553.72.01.8BEI48-582.0BEI43-56BEI44-561.64.00.41.01.05.55.5BEI35-51BEI33-504.42.6BEI36-523.42.4BEI3-5BEI40-X55BEI48-60BEI45-X59BEI3-70.50.80.50.5BEI42-X563.03.0BEI3-83.0BEI38-X54BEI34-52BEI35-534.62.22.2BEI40-56BEI36-544.01.01.01.81.8BEI3-96.46.96.76.4BEI44-60BEI32-52BEI34-542.20.8BEI38-564.4图 例主沟道辫状沟道中心微相53主沟堤辫状沟堤深水平原16000BEI40-580.81.01.0BEI41-59BEI3018.25.22.02.23.72.8BEI36-563.4BEI302BEI34-56BEI3-4BEI30-54BEI32-g56BEI32-56BEI34-58BEI28-540.66.82.43.4BEI38-581.8BEI39-59BEI36-583.01.85316000BEI37-59BEI30-56BEI32-58主沟阶地20494000204950002049600020497000辫状沟间深水浊积砂20498000 图1 贝301南二段I油组8号小层沉积微相图 1.2 介质划分特征 1.2.1 油层组划分
贝301区块油层主要集中在南屯组上、中两个油层组。南屯组沉积时期，由于火山活动和构造运动，使沉积地形变化较大，因此表现为油层沉积厚度在区块内有较大的变化，对南屯组三个油层组进行细划，上部、中部油层组各划分为3个砂岩组，下部油层组划分为2个砂岩组。南屯组共划分为8个砂岩组28个小层。下图即是根据改组各层数据所做出的连井剖面油层对比图（图1.2.1）。
图1.2.1 贝301南屯组油层对比图
1.2.2砂体分布特征
贝301区块南屯组储层以厚层砂砾岩为主，为多套扇体的垂向叠加，单井钻遇砂岩平均厚度102.1m。平面上南屯组油层砂岩分布受沉积扇体分布位置控制，在沿着贝39号大断层方向的扇三角洲主体部位砂砾岩发育，在贝3-7井组—贝3-1井和贝60-62井组砂岩厚度大于100 m，向周围逐渐减薄，局部的贝3井区及其北东向和构造低部位的部分区域，预测砂岩厚度小于50m（图3）。
图1.2.2 贝301南屯组砂岩厚度分布图
1.2.3 油层发育特征
南屯组油层有效厚度在平面上变化较大，在区块内构造较高的主体部位，油层有效厚度大，一般大于40m，向构造低部位和扇体边部逐渐减薄，到含油边界有效厚度变为零米。南屯组上部油层组有效厚度发育区为贝3-9—贝62-62井区，有效厚度大于20m，最大为41.5m，向周围逐渐减薄到零米。
以上从沉积特征、油层组细分、砂体分布特征和油层发育特征四个方面总体上分析了贝301区块的储层发育特征，我们可以得出以下结论：
贝301区块内南屯组油层主要为扇三角洲扇中、扇端亚相和滨浅湖亚相沉积，包括辫状水道、水道间、扇端薄层砂微相以及滨浅湖砂坝沉积，其中油层发育较好或砂岩厚度较厚处多为辨状水道和水道间沉积砂体，油层发育较差的地方常见滨浅湖沉积。
二 实际开发状况分析
实际上从平面分布上看，海塔盆地不存在成片套损的情况，主要集中在断层附近和局部注采不平衡的区块。经统计油田贝301开发资料，该区块内套损井多为水井，（共有套损井9口，其中2口套损油井和7口套损水井），而且从下图图我们可以看出大部分套损井分布
在断层附近。
图2.1 贝301区块套损井平面分布
由油田开发的经验来看，断层附近的水井常常存在着“断层导水”现象，即随着注水开发深入，部分注入水通过断层面导流到其他中、高渗透层或渗透到泥岩层，引起泥岩的膨胀蠕变，产生非均匀载荷而挤压套管，另一方面断层导水使断层侧面被“润滑”，摩擦角变小，易发生侧移，对套管产生剪切作用。
我们对其中区内几口油井进行了顶破裂压力分析如下图表： 1086420200404200408200412200504200508200512200604200608200612200704200708200712200804200808B32-56油压109876543210B58-60油压顶破裂压力吸水差，顶破裂压力200211200303200307200311200403200407200411200503200507200511200603200607200611200703200707200711200803200807200811200903200908
108642020050852-54油压60-62油压108642酸化2003052003092004012004052004092005012005052005092006012006052006092007012007052007092008012008052008092009012009052006062004062004122005062005122006062006122007062007122008062008122009062009120
图2.2 贝301套损井顶破裂压力注水状况
而且我们从各个区块的套损统计表（表2-1）可以看出水井套损数量多于油井，这就极有可 能说明了因为水井注水导致压力集中升高，油井产液致使压力降低的缘故。
区块 套损井（口） 油井 水井 贝301 9 2 7 贝28 9 2 7 贝16 6 3 3 苏131 2 1 1 贝中 2 1 1 乌东 1 1 塔南 1 1 合计（口） 共30口井，油井10口，水井20口 表2-1 按区块套损井统计表
进一步的来考虑，因为对贝301区块套损点的信息进行统计分析发现：贝301有9个套损点发生于射孔的顶界以上或底界以下（即非射孔层段），有8个套损点在细分小层的夹层
中，只有4个套损点是在储层中（表2-2）。
表2-2 贝301区块套损点的套损层位特征总结
井号 1 贝44-54 2 1 贝32-56 2 1 贝58-54 2 1 贝3-1 2 NII7+8+9（油层） 贝52-54 1 2 3 射孔顶界以上 NⅡ8～NII11-1夹层 NⅡ8～NII11-1夹层 射孔底界以下63.33m NII7+8+9（油层） 4 5 NII8～NII121夹层 射孔底界以下6m NII8（油层） 2 3 NII～NII1夹层 NII6～NII8夹层 射孔底界以下80.22m 贝58-60 1 NII6～NII7夹层 贝54-60 1 射孔顶界以上7m 射孔顶界以上5m 套边层位 NII3～NII4+5夹层 井号 贝46-55 1 套边层位 射孔顶界以上58.6m 射孔顶界以上26.75m 由此可见，对储层发育特征的总体分析并不能达到确定套损原因的目的，因此还需要进一步细致分析储层的岩性和物性特征。 三 储层岩性和物性特征
3.1 储层岩石学特征
由该区油田开发组提供的资料来看，南屯组油层储层岩石主要为长石岩屑细砂岩、粉砂岩、砾质砂岩、岩屑中粗砂岩、不等粒砂砾岩、泥砾岩。碎屑成分主要为岩屑、长石和石英。岩屑以岩浆岩、沉积岩为主，有少量变质岩，无或极少胶结物，储层分选性极差，大小颗粒杂乱堆积，泥质分布不均，大的砾石直径可达5?10cm，磨圆度为次圆状，小的砾石直径仅几毫米。颗粒之间多为点接触，属于孔隙式胶结。
3.2 储层物性特征
贝301区块南屯组油层储层砂岩物性变化大，孔隙度变化范围在8.1%?28.0%，其中
22孔隙度>15.0%的样品占89.5%；空气渗透率0.03×10μm?328.4×10 μm，空气渗透率>1
?3?3×10-3μm的样品占58.7%。有效厚度内储层物性在不同小层间变化较大，孔隙度分布在17.3?23.8%，空气渗透率分布在0.25?328.4×10-3um2。平面上单层厚度较大的辨状水道砂体储层物性较好，薄层砂体储层物性较差。
同属于中新生代断陷盆地的二连盆地与海拉尔盆地在沉积环境和沉积类型等多方面具有一定的相似性。我们将贝301区块与阿南、哈南两个已开发油田的储层砂岩类型、物性等进行了比较（表3-1）。 油田 岩性 孔隙度 (%) 19.8 16.5 15.1 渗透率 （?10?m） -322有效峰位 （μm） 0.24-6.3 0.13-21 0.25-8.25 峰值(%) 7.1-17.86 3.8-42.5 结构系数 分选系数 2.31 半径均值 （μm） 0.10-2.52 0.84-9.71 0.8-9.37 贝301区块 砂砾岩、粉砂岩 阿南油田 含砾砂岩-粉砂岩 哈南油田 中-细粒混合砂岩 44.79 90.2 74.7 1.24 2.79 0.82 2.99 表3-1 呼和诺仁油田贝301区块与二连盆地部分油田储层特征对比表
可见贝301区块油层渗透率相对略低一些，储层孔喉结构也略差于二连盆地的阿南和
哈南油田。
影响南屯组油层储层物性的因素很复杂，由上分析我们可以看出沉积作用对储层物性的控制是其中的重要因素之一。近物源快速堆积的沉积体，储层分选性极差，大小颗粒混杂堆积和较高的泥质含量，使颗粒之间孔隙堵塞，孔隙分布不均，因此造成储层孔隙度和渗透率变化较大。 四 储层敏感性
因长期的开发作业，区域地层地质状况难免会发生改变，为此我们注意到一个比较重要的因素：储层的敏感性：储层对于各种地层损害的敏感度，就本质而言，是储层与外来流体发生各种物化作用使储层孔隙结构和渗透率发生变化。
4.1 水敏性
储层的水敏性是指与地层流体不配伍的外来流体进入地层后引起的粘土膨胀、分散和运移，从而导致渗透率下降的现象。由储层水敏性产生的储层伤害在油田开发的过程中越来越受到很高的重视，经油田开发区提供的相关岩石资料和开发的数据，我们筛选和分析其储层介质结构，可以看出贝301表现出强水敏特征（表3-1-1）。
表3-1-1 贝301区块南屯组油层水敏性评价数据表
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 岩 样 编 号 26-1 26-4 35-2 35-4 3-1 7-1 11-3 12-1 14-2 气体渗透率 孔隙度 (10-3μm2) 274.00 532.00 762.00 79.60 51.60 4.11 239.00 3.70 479.00 (%) 20.78 20.53 20.69 16.34 20.04 21.78 23.62 16.63 23.63 地层水 渗透率 次地层水 渗透率 损害后 渗透率 (10-3μm2) 0.68 8.41 1.60 0.43 0.68 0.17 2.38 0.30 18.84 水 敏 指 数 0.84 0.62 0.88 0.76 0.75 0.86 0.86 0.73 0.54 水 敏 类 型 强水敏 中等偏强 强水敏 强水敏 强水敏 强水敏 强水敏 强水敏 中等偏强 井号 层位 (10-3μm2) (10-3μm2) 4.19 22.09 13.21 1.76 2.69 1.19 17.27 1.11 41.29 2.26 12.42 2.62 0.58 0.68 0.16 9.56 0.44 29.90 贝3-1 贝3-1 贝3-1 贝3-1 贝3-5 贝3-5 贝3-5 贝3-5 贝3-5 NⅡ NⅡ NⅡ NⅡ NⅡ NⅡ NⅡ NⅡ NⅡ 在注水开发过程中，区块储层随着注入水的不断介入，储层中的粘土矿物将逐渐膨胀并不断降低储层的渗流能力，最终将导致区块注水压力逐渐升高，影响注入能力，甚至注不进去水
4.2、速敏性 速度敏感性是指因流体流动速度变化引起地层微粒运移堵塞喉道，造成渗透率降低的现象。贝301区块储层粘土中速敏矿物高岭石和伊利石含量高，当注入速度超过一定界限时，将发生速敏现象，引起地层微粒运移堵塞喉道，造成渗透率降低的现象，日积月累会严重损害地层，导致注水量下降，注水压力升高。将以上实验流量转换成真实线速度得出，贝301区块油层的临界速度为1.28m/d。 4.3测井解释
在分析了贝301区块沉积特征、岩性特征的基础上我们对贝301区块的套损井进行了测井解释，解释结果显示套损点大部分位于泥岩段或者是储层中的非有效薄层段，其中很多非有效薄层为泥质含量较高处甚至是薄泥岩小夹层（图5）
118032-56 CURVERS井径 20 60 60 30 声波时差球型聚焦 180 40 0.2 20 20 20 解释结论新解释射孔有效厚度套损点泥质含量 0 1 0 0 浅感应 100 深感应 100 自然伽玛深测向深度补偿中子孔隙度 120 (m) 15 50 0.2 自然电位 80 补偿密度浅侧向 1.2 2.8 0.2 NⅡ4NⅡ5N2Ⅰ312002.4 N2Ⅰ5NⅡ6NⅡ7NⅡ80.9 0.8 1N2Ⅰ612201.8 N2Ⅰ7图5贝32-56测井解释成果图
由上图我们可以看出，大部分套损井出现在泥岩段套损严重。
五 分析的结果
由以上分析可以得出结论：贝301区块套管损坏与其断层发育，泥岩浸水，储层强水敏、强速敏等地质特征密切相关。
12401、断层处水井多数套损，说明了该区块高压注水后“断层导水”和断层滑动剪切甚至复活的可能性很大。但是，断层复活滑动剪切往往导致成片套损，贝301套损未有这么严重，所以断层复活的可能性较低。
2、储层非均质性严重。储层非均质性的存在，往往导致开采时层间干扰严重，破坏地层原来的平衡压力系统，导致某些部位压力集中，挤压套管变形。
3、储层物性差，连通性差，尤其是低渗透油层易导致套损。低渗透油层往往表现出注水困难，压力上升快的特征，即典型的憋压特征，尤其是滨浅湖沉积背景上的低渗透区域内的水井，油压常常短期内突破顶破裂压力，成为套损多发区。
4、粘土矿物高含量对套损的影响。贝301区块粘土矿物中伊利石相对含量较高，混层粘土矿物含量少，高岭石、伊利石贴附颗粒，充填粒间孔隙。高粘土含量使贝301区块表现出强水敏和强速敏，随着注水开发的进行，储层物性逐次变差，必将导致注水压力居高不下，甚至长期处于憋压的情况，这是贝301区块套损的重要因素之一。 六 结论
我们通过对套损多发的区块——贝301做典型性分析我们可以进一步确定影响整个区域油田套管损坏的常见因素，油田开发时期的注水引起的储层的性质变化、区域的储层物性和敏感性都是需要考虑的重要因素，为今后油田开发提供理论依据。
参考文献：
[1] 王仲茂. 油田油水井套管损坏的机理及防治. 石油工业出版社,1994:61～1261 [2] 崔一平 浅析海塔盆地套损机理及治理措施 2009年论文发布会 采油工程—02 [3] 舒干、李现东、赵志超等. 套管损坏机理研究. 江汉石油学院学报,1999,21 (1): [4] 周胜民 萨中开发区套管损坏原因及预防措施研究.大庆油田开发论文集.2000.12 [5] 蔡国华、王先荣. 高压注水对油田套管的损坏及防治分析.石油钻采工艺,2001,29 (3):
[6] Biot M A.General Solution of the Equation of Elasticity and Consolidation for Porous Material.Jour
Appl.Mech,1956,78:.91- 96
NⅡ8NⅡ91