油水井破損套管堵漏修復(fù)技術(shù)_圖文

1、油水井破損套管堵漏修復(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(zhǎng),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(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題主要采用常規(guī)無機(jī)膠凝材料堵漏和熱固性樹脂堵漏方法,

2、以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)和熱固性樹脂堵漏技術(shù)(如尿醛樹脂堵漏技術(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)問題造成時(shí)

3、間延誤時(shí),往往使施工無法進(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)問題,降低油水井生產(chǎn)作業(yè)成本,提高油氣開發(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)出了能在漏失位臵有效駐留,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。3、膨脹型活

4、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,通過有機(jī)和無機(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、微脹漲和有效期長(zhǎng)的固化體

5、。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)到或超過水泥,通過強(qiáng)化封堵層與封堵界

6、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20 4.0 8.5 24.0油井水泥無網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成0 3.8 7.5超細(xì)水泥無網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成0 4.5 8.2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)形成劑和多種活性材料,堵

7、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28 32 50.39油井水泥無封堵層形成0 0 全部穿過模擬漏失層超細(xì)水泥無封堵層形成0 0 全部穿過模擬漏失層從表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(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h1 15.5 15.0 0.5 2.5/5.0 15/17.42 27.5 25.0 2.5 2.8/5.5 12/13.53 54.0 43.0 11.0 3.0/6.0 9/10.5 通過室內(nèi)試驗(yàn)我們看出,

9、用化學(xué)堵劑YLD-1配制的堵漿,配制容易,流動(dòng)性好,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)果見圖1。圖1 溫度與膠結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系圖1 溫度與膠結(jié)強(qiáng)度之關(guān)系10203040溫度膠結(jié)強(qiáng)度M P a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

10、 mg/L ,總礦化度=200000mg/L 。從圖2可以得到:無論單獨(dú)無機(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-1的強(qiáng)度幾乎沒有影響,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

11、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,通過有機(jī)和無機(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(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)。

12、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。化學(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

13、結(jié)構(gòu)不斷增強(qiáng),優(yōu)于油井水泥。 0102030抗壓強(qiáng)度(MPa鈣離子氯離子自來水圖2 地層水礦化度對(duì)YLD-1的影響鈣離子鎂離子氯離子總礦化度自來水用掃描電鏡(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看出水泥石是顆粒與顆?；ハ啻罱悠饋淼慕Y(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

14、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 YLDYLD-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

15、業(yè)示例。 33油井堵套漏、封層） ，是 1、W33-107 井（油井堵套漏、封層） ， 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， 3 化堵時(shí)套壓打平衡 14MPa，60min 漏失約 10m 清水。2000 年 7 月?lián)Q封未成，下 114mm×2mm 通井規(guī)于 2605 米遇阻，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

16、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，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%

17、， 經(jīng)注水見效后，產(chǎn)量穩(wěn)到 6.7t/d，挽救了這口瀕于報(bào)廢的油井。 3， 4 WC2 ， 油氣層井段：3 下 1477-1542 S 2、 2-36 井 油井封竄堵漏）完鉆井深 1610 米， WC （油井封竄堵漏） 5 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%。 油井堵套漏、封層） ，完鉆井深 1863.86m，水泥返高 187，地質(zhì) 3、R125 井（油井堵套漏、封層） 3 提供套漏井段 1264

18、-1349m，層位漏失井段 1589.2-1601.2m，漏失量 682m /d×7 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