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(zhǎng)期的注水開(kāi)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(wèn)題日益突出，特別是一些老井，由于油層套管使用年限過(guò)長(zhǎng)，固井水泥又沒(méi)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(kāi)發(fā)水平及經(jīng)濟(jì)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(wèn)題主要采用常規(guī)無(wú)機(jī)膠凝材料堵漏和熱固性樹(shù)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(fèi)用限制，許多油水井的漏失問(wèn)題不能得到有效及時(shí)的解決，制約了油氣生產(chǎn)。以最常用的無(wú)機(jī)膠凝材料堵漏技術(shù)（如水泥般土堵漏技術(shù)）和熱固性樹(shù)脂堵漏技術(shù)（如尿醛樹(shù)脂堵漏技術(shù)）為例，對(duì)于油水井的化學(xué)堵漏修復(fù)而言，主要存在下列問(wèn)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(shí)間長(zhǎng)。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(chǎng)施工風(fēng)險(xiǎn)大。施工設(shè)備一旦出現(xiàn)問(wèn)題造成

3、時(shí)間延誤時(shí)，往往使施工無(wú)法進(jìn)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(wèn)題，降低油水井生產(chǎn)作業(yè)成本，提高油氣開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益，我們重點(diǎn)針對(duì)套管破損穿孔漏失等問(wèn)題，開(kāi)展了油水井化學(xué)堵漏技術(shù)的研究，研制開(kāi)發(fā)出了能在漏失位置有效駐留，并能形成界面膠結(jié)強(qiáng)度高、有效期長(zhǎng)的封固層的新型高強(qiáng)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?jī)?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(qiáng)度的固化體。

4、3、膨脹型活性填充劑，主要功能是強(qiáng)化堵劑固化體的界面膠結(jié)強(qiáng)度。 4、活性微晶增強(qiáng)劑，主要功能是使固化體結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)化固化體本體強(qiáng)度和界面膠結(jié)強(qiáng)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(qiáng)度。 6、施工性能調(diào)節(jié)劑，主要調(diào)節(jié)堵劑的初終凝時(shí)間。（二）油水井破損套管化學(xué)堵漏技術(shù)對(duì)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(dá)到下列性能：1、化學(xué)堵劑進(jìn)入封堵層后，能夠通過(guò)特殊的機(jī)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(hù)條件下，通過(guò)有機(jī)和無(wú)機(jī)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(qiáng)度高、韌性好、微脹

5、漲和有效期長(zhǎng)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(gè)牢固的整體，與所膠結(jié)的界面具有較高的膠結(jié)強(qiáng)度，從而大大提高施工有效期。4、配制的堵漿流動(dòng)性和穩(wěn)定性好，擠注壓力低，固化時(shí)間易于調(diào)整。5、堵劑固化體的本體強(qiáng)度優(yōu)于油井水泥。 6、現(xiàn)場(chǎng)施工驗(yàn)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(qiáng)度研究現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明油水井封堵層的失效往往不是封堵層本身的強(qiáng)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(qiáng)度不夠。因此，在保證封堵層本體強(qiáng)度的基礎(chǔ)上（達(dá)到或超過(guò)水泥）

6、，通過(guò)強(qiáng)化封堵層與封堵界面的膠結(jié)強(qiáng)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(qiáng)度試驗(yàn)樣品號(hào)互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成時(shí)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(wú)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成03.87.5超細(xì)水泥無(wú)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(jìn)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(shuō)明是由于水泥與外界的膠結(jié)界面存在一個(gè)結(jié)構(gòu)薄弱的過(guò)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

7、種活性材料，堵劑進(jìn)入巖心后能夠在很短時(shí)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(guò)渡層硬度和強(qiáng)度大大提高，再加上堵劑的微膨脹作用，強(qiáng)化了界面膠結(jié)強(qiáng)度。表2 封堵層的形成速度和強(qiáng)度試驗(yàn)樣品號(hào)封堵層形成時(shí)間s封堵層厚度mm封堵層粘接強(qiáng)度kpa備 注化學(xué)堵劑283250.39油井水泥無(wú)封堵層形成00全部穿過(guò)模擬漏失層超細(xì)水泥無(wú)封堵層形成00全部穿過(guò)模擬漏失層從表2的數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步看出，化學(xué)堵劑進(jìn)入漏失層后能快速形成封堵層，不會(huì)從漏失層中全部漏失掉，有較強(qiáng)的駐留性。并且封堵層的形成速度越快，其強(qiáng)度越高。兩種水泥漿在漏失層中都

8、沒(méi)有駐留性。2、施工性能研究上述研究表明化學(xué)堵劑進(jìn)入漏失層后能快速形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從試驗(yàn)中還可以看出化學(xué)堵劑yld-1性能的另一個(gè)特點(diǎn)，即堵劑只要不進(jìn)入漏失層，不產(chǎn)生失水，就不會(huì)很快起反應(yīng)，反而具有很溫和的性能，能長(zhǎng)時(shí)間保持良好的流動(dòng)性，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工十分有利。表3 化學(xué)堵劑yld-1施工性能研究編號(hào)表觀粘度mpa.s塑性粘度mpa.s動(dòng)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(guò)室內(nèi)試驗(yàn)我們看出，用化學(xué)堵劑yld-1配制的堵漿，配制容易，流動(dòng)性

9、好，懸浮穩(wěn)定性強(qiáng)，可泵性好易于施工。而且只要不進(jìn)漏失層，堵漿在套管內(nèi)能長(zhǎng)時(shí)間保持流動(dòng)性，初終凝時(shí)間容易調(diào)整，根本不會(huì)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(shí)驗(yàn)儀研究了溫度對(duì)所研究的化學(xué)堵劑的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。圖1 溫度與膠結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系 由試驗(yàn)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(qiáng)度，可用于高溫深井（30-150）。4、抗鹽性能研究評(píng)價(jià)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(wú)論單獨(dú)無(wú)機(jī)鹽或復(fù)合鹽，其礦化度不同的地層水對(duì)化學(xué)堵劑yld-

10、1的強(qiáng)度幾乎沒(méi)有影響，即所研制新型高強(qiáng)度微膨脹化學(xué)堵漏劑yld-1有抗鹽的能力。（四） 作用機(jī)理1、化學(xué)堵劑進(jìn)入封堵層后，能夠通過(guò)特殊的機(jī)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(qiáng)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(dòng)阻力，限制了堵劑往漏失層深部的流動(dòng)。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(dòng)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(hù)條件下，通過(guò)有

11、機(jī)和無(wú)機(jī)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(qiáng)度高、韌性好、微脹漲和有效期長(zhǎng)的固化體。施工結(jié)束后，擠注過(guò)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(guò)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(qiáng)度薄弱晶體，而是具有高強(qiáng)度的水化產(chǎn)物，改變了界面過(guò)渡層的性質(zhì)，增強(qiáng)了界面硬度和強(qiáng)度。由此形成了本體強(qiáng)度和界面膠結(jié)強(qiáng)度高的固化體，將周圍介質(zhì)牢固地膠結(jié)為一個(gè)牢固的整體，從而有效地進(jìn)行油水井化學(xué)堵漏，化學(xué)修復(fù)套損得以實(shí)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(gè)牢固的整體，與所膠結(jié)的界面具有較高的膠結(jié)強(qiáng)度，從而大大提高施工有效期

12、?；瘜W(xué)堵劑yld-1中的微膨脹活性組分在與膠凝材料形成高強(qiáng)度水化產(chǎn)物的同時(shí)，通過(guò)自身的微膨脹作用進(jìn)一步增強(qiáng)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(jìn)了固化體本體和界面膠結(jié)強(qiáng)度的提高。4、堵劑固化體的本體強(qiáng)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(guò)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(jìn)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(qiáng)，優(yōu)于油井水泥。用掃描電鏡（sem）觀察堵劑固化體和g級(jí)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

13、粒與顆粒互相搭接起來(lái)的結(jié)構(gòu)，在顆粒表面有纖維狀水化物，養(yǎng)護(hù)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(qiáng)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

14、深度，選擇空井筒全井平推、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(chǎng)施工過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整各項(xiàng)施工參數(shù)。二、現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)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(shí)，封隔器于2196米遇阻，化堵時(shí)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，

15、該井起油管22根時(shí)有卡鉆現(xiàn)象，經(jīng)活動(dòng)后解卡。該井盡管投入了近200萬(wàn)元大修費(fèi)，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(diǎn)多，具體位置不清，作業(yè)效果不好，準(zhǔn)備報(bào)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(gè)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(jìn)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(dá)到32mpa以上

16、，封固段套管承壓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(jiàn)效后，產(chǎn)量穩(wěn)到6.7t/d，挽救了這口瀕于報(bào)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(dá)99%，無(wú)產(chǎn)油量。實(shí)施新型的化堵技術(shù)后，成功地進(jìn)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

17、段1264-1349m，層位漏失井段1589.2-1601.2m，漏失量682m3/d7 mpa，實(shí)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(duì)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(fèi)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(shí)的修復(fù)利用，影響了油田的開(kāi)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(diǎn)：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(jiǎn)單安全，成功率高，最深施工井深已經(jīng)達(dá)到3850m。3、一般情況

18、下，采用油水井化學(xué)堵漏技術(shù)進(jìn)行修井施工，從施工到試壓合格只需3-4天時(shí)間，而普通的取換套施工需要20天左右的時(shí)間，大大節(jié)約了作業(yè)時(shí)間。4、對(duì)于某些腐蝕穿孔特別嚴(yán)重，同時(shí)因條件限制，無(wú)法確定具體套損井深的復(fù)雜井，使用這項(xiàng)新技術(shù)，可以免去找漏工序，直接進(jìn)行修復(fù)施工，實(shí)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)認(rèn)識(shí)油水井破損套管化學(xué)堵漏技術(shù)的研究重點(diǎn)針對(duì)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(wèn)題，通過(guò)新型微膨脹化學(xué)堵劑yld-1的研究，重點(diǎn)解決了下列問(wèn)題：1、堵漿的駐留性、抗竄性問(wèn)題對(duì)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(jìn)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(qiáng)度所施工井通過(guò)提高界面膠結(jié)強(qiáng)度，提高了堵漏修復(fù)的有效期和對(duì)增壓注水等高壓作業(yè)的承受能力。3、