油水井套管堵漏修復(fù)技術(shù)

1、油水井套管堵漏修復(fù)技術(shù)（勝利油田中利石油工程技術(shù)有限公司）前言勝利油田由于特殊復(fù)雜的地質(zhì)條件，加上長期的注水開發(fā)，特別是增壓注水，油水井破損現(xiàn)象十分普遍，井況惡化問題日益突出，特別是一些老井，由于油層套管使用年限過長，固井水泥又沒有完全封固油層套管，在套管自由段和封固段因腐蝕造成穿孔，再加上套管變形、破損等現(xiàn)象造成了地層出泥漿、出水，嚴(yán)重影響油水井的正常生產(chǎn)。套損井的出砂、出水、漏失，嚴(yán)重影響了油水井的正常生產(chǎn)，制約了部分采油工藝的應(yīng)用，加大了措施難度和投入，降低了油田開發(fā)水平及經(jīng)濟效益。目前，解決油水井因腐蝕和其它原因造成的套管破漏穿孔問題主要采用常規(guī)無機膠凝材料堵漏和熱固性樹脂堵漏方法，以

2、及部分換套大修工藝和內(nèi)襯小直徑套管等工藝技術(shù)。但這些技術(shù)常常由于受到使用效果、使用有效期和施工費用限制，許多油水井的漏失問題不能得到有效及時的解決，制約了油氣生產(chǎn)。以最常用的無機膠凝材料堵漏技術(shù)（如水泥般土堵漏技術(shù)）和熱固性樹脂堵漏技術(shù)（如尿醛樹脂堵漏技術(shù)）為例，對于油水井的化學(xué)堵漏修復(fù)而言，主要存在下列問題：1、堵劑不能有效地駐留在封堵層位，堵劑替至目的層后未凝固前就已漏失掉，造成堵漿注入量大，施工時間長。2、堵劑形成的固化體脆性大，易收縮，不能與周圍介質(zhì)形成牢固的界面膠結(jié)，在注采壓力的作用下使封堵失效，縮短了施工有效期。3、堵劑適應(yīng)性和安全可靠性差，現(xiàn)場施工風(fēng)險大。施工設(shè)備一旦出現(xiàn)問題造成

3、時間延誤時，往往使施工無法進行，甚至發(fā)生事故。為了克服上述工藝的技術(shù)缺陷，更好地解決勝利油田油水井破損套管的修復(fù)問題，降低油水井生產(chǎn)作業(yè)成本，提高油氣開發(fā)經(jīng)濟效益，我們重點針對套管破損穿孔漏失等問題，開展了油水井化學(xué)堵漏技術(shù)的研究，研制開發(fā)出了能在漏失位置有效駐留，并能形成界面膠結(jié)強度高、有效期長的封固層的新型高強度微膨脹化學(xué)堵劑YLD-1，先后在文33-107井等10口井推廣應(yīng)用，新型油水井化學(xué)堵漏技術(shù)取得重大突破，顯示出良好的應(yīng)用前景。一、主要研究內(nèi)容（一）堵劑材料的選擇及其功能 1、結(jié)構(gòu)形成劑，主要功能是快速形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 2、膠凝固化劑，主要功能是使化學(xué)堵劑形成高強度的固化體。 3

4、、膨脹型活性填充劑，主要功能是強化堵劑固化體的界面膠結(jié)強度。 4、活性微晶增強劑，主要功能是使固化體結(jié)構(gòu)致密，強化固化體本體強度和界面膠結(jié)強度。 5、活性增韌劑，主要功能是提高堵劑固化體的韌性，提高界面膠結(jié)強度。 6、施工性能調(diào)節(jié)劑，主要調(diào)節(jié)堵劑的初終凝時間。（二）油水井破損套管化學(xué)堵漏技術(shù)對化學(xué)堵劑的性能要求根據(jù)油水井破損套管化學(xué)堵漏技術(shù)施工的特殊要求，所研究的化學(xué)堵劑必須達到下列性能：1、化學(xué)堵劑進入封堵層后，能夠通過特殊的機制，快速形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效地滯留在封堵層內(nèi)。2、在井下溫度和壓力的養(yǎng)護條件下，通過有機和無機材料的協(xié)同效應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)，能夠在封堵層位形成抗壓強度高、韌性好、微脹漲

5、和有效期長的固化體。3、在各種油水井破損套管化學(xué)堵漏技術(shù)工況下，都能將周圍介質(zhì)膠結(jié)成一個牢固的整體，與所膠結(jié)的界面具有較高的膠結(jié)強度，從而大大提高施工有效期。4、配制的堵漿流動性和穩(wěn)定性好，擠注壓力低，固化時間易于調(diào)整。5、堵劑固化體的本體強度優(yōu)于油井水泥。 6、現(xiàn)場施工驗收指標(biāo)為：油井15MPa，30min壓降0.5MPa；水井25MPa，30min壓降0.5MPa。（三）油水井破損套管化學(xué)堵漏劑的性能研究1、駐留性和膠結(jié)強度研究現(xiàn)場實踐表明油水井封堵層的失效往往不是封堵層本身的強度不夠，而是與周圍界面不能形成良好的膠結(jié)，即膠結(jié)強度不夠。因此，在保證封堵層本體強度的基礎(chǔ)上（達到或超過水泥），

6、通過強化封堵層與封堵界面的膠結(jié)強度和封堵層自身的韌性和致密性，是提高油水井化學(xué)堵漏有效期的技術(shù)關(guān)鍵。表1固化體膠結(jié)強度試驗樣品號互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成時間 s網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成后的承壓能力 MPa突破壓力MPa擊穿壓力MPa化學(xué)堵劑204.08.524.0油井水泥無網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成03.87.5超細(xì)水泥無網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成04.58.2從表1可以看出，所研究的化學(xué)堵劑與水泥相比具有截然不同的性能。水泥漿進入漏層后不能形成具有一定承壓能力的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且擊穿壓力很低，說明是由于水泥與外界的膠結(jié)界面存在一個結(jié)構(gòu)薄弱的過渡層，還有水化反應(yīng)后的收縮效應(yīng)的影響。而我們研究的化學(xué)堵劑YLD-1，由于引入了結(jié)構(gòu)形成劑和多種活

7、性材料，堵劑進入巖心后能夠在很短時間內(nèi)形成具有一定承壓能力的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于堵漿在漏失層內(nèi)的駐留；而且由于活性材料與膠結(jié)固化材料形成的水化反應(yīng)，使界面過渡層硬度和強度大大提高，再加上堵劑的微膨脹作用，強化了界面膠結(jié)強度。表2 封堵層的形成速度和強度試驗樣品號封堵層形成時間s封堵層厚度mm封堵層粘接強度KPa備 注化學(xué)堵劑283250.39油井水泥無封堵層形成00全部穿過模擬漏失層超細(xì)水泥無封堵層形成00全部穿過模擬漏失層從表2的數(shù)據(jù)可以進一步看出，化學(xué)堵劑進入漏失層后能快速形成封堵層，不會從漏失層中全部漏失掉，有較強的駐留性。并且封堵層的形成速度越快，其強度越高。兩種水泥漿在漏失層中都沒有

8、駐留性。2、施工性能研究上述研究表明化學(xué)堵劑進入漏失層后能快速形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從試驗中還可以看出化學(xué)堵劑YLD-1性能的另一個特點，即堵劑只要不進入漏失層，不產(chǎn)生失水，就不會很快起反應(yīng)，反而具有很溫和的性能，能長時間保持良好的流動性，這對現(xiàn)場施工十分有利。表3化學(xué)堵劑YLD-1施工性能研究編號表觀粘度mPa.s塑性粘度mPa.s動切力Pa初切/終切Pa初凝/終凝h115.515.00.52.5/5.015/17.4227.525.02.52.8/5.512/13.5354.043.011.03.0/6.09/10.5通過室內(nèi)試驗我們看出，用化學(xué)堵劑YLD-1配制的堵漿，配制容易，流動性好，懸

9、浮穩(wěn)定性強，可泵性好易于施工。而且只要不進漏失層，堵漿在套管內(nèi)能長時間保持流動性，初終凝時間容易調(diào)整，根本不會出現(xiàn)閃凝現(xiàn)象，大大地保證了施工安全。3、抗溫性能研究使用ZLS智能HTHP封堵模擬實驗儀研究了溫度對所研究的化學(xué)堵劑的影響，試驗結(jié)果見圖1。圖1 溫度與膠結(jié)強度的關(guān)系由試驗可以看出化學(xué)堵劑YLD-1在高溫下反而有較高的膠結(jié)強度，可用于高溫深井（30-150）。4、抗鹽性能研究評價條件：Ca+=1500mg/L，Mg+=1000mg/L，Cl-= 150000 mg/L，總礦化度=200000mg/L。從圖2可以得到：無論單獨無機鹽或復(fù)合鹽，其礦化度不同的地層水對化學(xué)堵劑YLD-1的強度

10、幾乎沒有影響，即所研制新型高強度微膨脹化學(xué)堵漏劑YLD-1有抗鹽的能力。（四） 作用機理1、化學(xué)堵劑進入封堵層后，能夠通過特殊的機制，快速形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效地滯留在封堵層內(nèi)，具有很好的抗竄能力。用于油水井化學(xué)堵漏劑，在壓差的作用下，組份中的結(jié)構(gòu)形成劑迅速將化學(xué)堵劑的其它組份聚凝在一起，擠出堵漿中的自由水，從而快速形成具有一定強度的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增大了堵劑在漏失層中的流動阻力，限制了堵劑往漏失層深部的流動。隨著堵劑的間斷擠入，互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空隙不斷地被充填，擠入壓力不斷上升，相鄰的析水較差的漏失層得以啟動和封堵，保證了堵漏修復(fù)的可靠性和成功率。2、在井下溫度和壓力的養(yǎng)護條件下，通過有機和無機

11、組份的協(xié)同效應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)，能夠在封堵層位形成抗壓強度高、韌性好、微脹漲和有效期長的固化體。施工結(jié)束后，擠注過程中形成的封堵層中的膠凝材料在井下溫度壓力作用下，通過微晶材料、增韌劑和活性微細(xì)填充劑的協(xié)同增效作用，使界面上的水化反應(yīng)產(chǎn)物，不再是造成界面強度薄弱晶體，而是具有高強度的水化產(chǎn)物，改變了界面過渡層的性質(zhì)，增強了界面硬度和強度。由此形成了本體強度和界面膠結(jié)強度高的固化體，將周圍介質(zhì)牢固地膠結(jié)為一個牢固的整體，從而有效地進行油水井化學(xué)堵漏，化學(xué)修復(fù)套損得以實現(xiàn)。3、在各種油水井化學(xué)堵漏工況下，都能將周圍介質(zhì)膠結(jié)成一個牢固的整體，與所膠結(jié)的界面具有較高的膠結(jié)強度，從而大大提高施工有效期。化學(xué)堵

12、劑YLD-1中的微膨脹活性組分在與膠凝材料形成高強度水化產(chǎn)物的同時，通過自身的微膨脹作用進一步增強了界面膠結(jié)的緊密程度，在封閉性的內(nèi)壓力作用下使堵劑微粒緊密接觸，形成的水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)細(xì)密，水化反應(yīng)充分，促進了固化體本體和界面膠結(jié)強度的提高。4、堵劑固化體的本體強度優(yōu)于油井水泥結(jié)構(gòu)形成劑本身是一種多孔的微細(xì)材料，能吸附大量的水分，在水化反應(yīng)過程中能不斷形成水化產(chǎn)物充填空隙，并放出吸附水，保證了界面水化反應(yīng)的順利進行。隨著水化產(chǎn)物的不斷發(fā)育，水化產(chǎn)物不斷壯大，形成的本體結(jié)構(gòu)不斷增強，優(yōu)于油井水泥。用掃描電鏡（SEM）觀察堵劑固化體和G級油井水泥石的微觀結(jié)構(gòu)，如圖3和圖4，從圖3看出水泥石是顆粒與顆粒

13、互相搭接起來的結(jié)構(gòu)，在顆粒表面有纖維狀水化物，養(yǎng)護30天的(圖4)比8天的更加明顯，而且纖維質(zhì)變粗；從圖5和圖6、圖7、圖8照片中堵劑固化體照片中可以看出，堵劑固化體也是顆粒之間的搭接結(jié)構(gòu)，而且在顆粒周圍存在許多針狀水化物，其水化產(chǎn)物非常致密，但顆粒之間的空洞比水泥石少，結(jié)構(gòu)比水泥石致密，強度比水泥石高。圖3 水泥石8d 圖4 水泥石30d圖5 堵劑固化體8d 圖6 堵劑固化體30d圖7 油井水泥固化體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)圖8 YLD-1堵劑固化體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)（五） 施工工藝技術(shù)1、根據(jù)施工井的具體情況，制定配漿方案，使之適應(yīng)不同漏失程度、不同井溫和不同漏失特征的施工井。2、根據(jù)施工難度和深度，選擇空

14、井筒全井平推、下管柱擠堵和下管柱下封隔器擠堵等施工方法。3、在現(xiàn)場施工過程中動態(tài)調(diào)整各項施工參數(shù)。二、現(xiàn)場應(yīng)用示例油水井化學(xué)堵漏技術(shù)目前已應(yīng)用了10井次，其中堵高壓鹽水層1井次，破損套管堵漏修復(fù)4井次，封竄1井次，堵炮眼和封堵大孔道4井次，一次封堵成功率在94%以上。 下面簡單介紹各種工況下施工作業(yè)示例。1、W33-107井（油井堵套漏、封層），是1984年4月投產(chǎn)的一口老井，完鉆井深3300米。該井2000年4月大修，下封隔器化堵時，封隔器于2196米遇阻，化堵時套壓打平衡14MPa，60min漏失約10m3清水。2000年7月?lián)Q封未成，下114mm2mm通井規(guī)于2605米遇阻，該井起油管2

15、2根時有卡鉆現(xiàn)象，經(jīng)活動后解卡。該井盡管投入了近200萬元大修費，因自由段套管腐蝕穿孔漏失和封固段套管變形破裂造成的漏失嚴(yán)重，且漏失點多，具體位置不清，作業(yè)效果不好，準(zhǔn)備報廢。因此該井的施工，必須解決自由段破漏套管的化學(xué)堵漏修復(fù)、變形破裂段套管嚴(yán)重竄漏的堵漏修復(fù)和S2下2，4，52762.6-2880米的擠堵封層三個難題。鉆井泥漿技術(shù)研究所應(yīng)用新型油水井破損套管化學(xué)堵漏修復(fù)技術(shù)，首次采用邊找漏邊進行化學(xué)堵漏修復(fù)施工的新技術(shù)分三次成功地完成了850-1500米自由段套漏、2000-2300米套管變形破漏的堵漏修復(fù)和S2下2，4，5的封層堵漏施工，施工后自由段套管承壓達到32MPa以上，封固段套管

16、承壓42MPa以上。該井經(jīng)堵漏修復(fù)后，又煥發(fā)了青春，措施前，產(chǎn)油0.4t/d，含水99%，措施后產(chǎn)油4-5.6t/d,含水30%，經(jīng)注水見效后，產(chǎn)量穩(wěn)到6.7t/d，挽救了這口瀕于報廢的油井。2、WC2-36井（油井封竄堵漏），完鉆井深1610米，油氣層井段：S3下3，41477-1542米，該井于2000年4月投產(chǎn)，因固井質(zhì)量差而造成套管外竄，含水達99%，無產(chǎn)油量。實施新型的化堵技術(shù)后，成功地進行了封竄，堵住了水層，措施前產(chǎn)油0t/d，含水100%，措施后，產(chǎn)油7.8t/d，含水20%。3、R125井（油井堵套漏、封層），完鉆井深1863.86m，水泥返高187，地質(zhì)提供套漏井段1264-

17、1349m，層位漏失井段，漏失量682m3/d7 MPa，實施化堵技術(shù)后，15 MPa試壓合格，措施前關(guān)井，措施后產(chǎn)油8.9t，不含水。三、應(yīng)用前景對于自由段及封固段套管腐蝕穿孔和變形破裂，一般采用起換套大修井工藝。由于工藝和費用成本的限制，許多腐蝕穿孔和變形破裂的套損井得不到及時的修復(fù)利用，影響了油田的開發(fā)效益和產(chǎn)能的提高。采用新型油水井化學(xué)堵漏技術(shù)在腐蝕穿孔和變形破裂的套損井的修復(fù)方面具有下列優(yōu)點：1、不用上修井架子，只用普通的作業(yè)架子就能滿足施工需要。2、不受井深和井眼條件的限制，施工簡單安全，成功率高，最深施工井深已經(jīng)達到3850m。3、一般情況下，采用油水井化學(xué)堵漏技術(shù)進行修井施工，

18、從施工到試壓合格只需3-4天時間，而普通的取換套施工需要20天左右的時間，大大節(jié)約了作業(yè)時間。4、對于某些腐蝕穿孔特別嚴(yán)重，同時因條件限制，無法確定具體套損井深的復(fù)雜井，使用這項新技術(shù)，可以免去找漏工序，直接進行修復(fù)施工，實現(xiàn)找漏堵漏一體化的要求。5、可以比常規(guī)的大修工藝節(jié)約成本40-50%，經(jīng)現(xiàn)場實驗證明使用期高于水泥擠封的井。另外，該技術(shù)還能廣泛應(yīng)用于封堵炮眼、封堵大孔道、漏失層、封串等增產(chǎn)作業(yè)，具有廣闊的應(yīng)用前景。四、幾點認(rèn)識油水井破損套管化學(xué)堵漏技術(shù)的研究重點針對油水井破損套管管外沖蝕嚴(yán)重、漏失層漏失量大和界面膠結(jié)難度大等問題，通過新型微膨脹化學(xué)堵劑YLD-1的研究，重點解決了下列問題：1、堵漿的駐留性、抗竄性問題對于套管破損位置在自由段或高滲透的大孔道地層，新型化學(xué)堵劑進入漏層能有效地駐留，使堵漿注入量減少，堵漏修復(fù)成功率大大提高。2、提高界面膠結(jié)強度所施工井通過提高界面膠結(jié)強度，提高了堵漏修復(fù)的有效期和對增壓注水等高壓作業(yè)的承受能力。