長(zhǎng)慶油田套管堵漏用有機(jī)樹脂研發(fā)及應(yīng)用

郭鋼，李瓊瑋，楊立華，盧文偉

（1.長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院，西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018）

0 引言

長(zhǎng)慶油田目前有套損井2400 余口，近年來新增套損井達(dá)200 口/年左右。隔采工藝和水泥堵漏技術(shù)作為套損治理的主體技術(shù)，初步解決了關(guān)鍵材料、工具設(shè)計(jì)和施工工藝等難題，但目前仍然存在成功率低、有效期短等問題[1]。尤其是對(duì)吸水量小于200 L/min 的套損段，水泥材料顯得一籌莫展[2]。

近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，堵漏技術(shù)有了較大的進(jìn)步，堵漏材料的品種也不斷增多。樹脂由于具有低黏注入和良好流變性，高耐鹽、耐酸、耐油，抗壓能力強(qiáng)，有效周期長(zhǎng)的特性，因而逐漸被用作油井堵漏材料[3]。在美國(guó)、沙特等國(guó)，該技術(shù)的使用獲得了顯著的技術(shù)效果并且已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的水泥堵劑而成為最受歡迎的堵漏化學(xué)體系[4]。國(guó)內(nèi)近幾年也開始了大范圍的有機(jī)樹脂化學(xué)堵漏工藝探索，取得了一定進(jìn)展。介紹了長(zhǎng)慶油田套管堵漏用液態(tài)樹脂的選擇與合成，對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

1 套管堵漏用液態(tài)樹脂的合成

目前市場(chǎng)上主要的液態(tài)樹脂堵劑材料為：環(huán)氧樹脂類、聚酯樹脂、呋喃樹脂和硅烷醇樹脂[5]，他們?cè)谂c不同固化劑的作用下，發(fā)生空間網(wǎng)狀交聯(lián)，形成高強(qiáng)度固體。主要產(chǎn)品有：美國(guó)M&D 公司的ERS 樹脂堵劑、哈里伯頓公司的Well Lock、FRAC 公司的Well care@樹脂堵劑、挪威TEC 公司的Well CEM。

長(zhǎng)慶油田通過改性環(huán)氧樹脂與咪唑類固化劑、縮水甘油醚增韌劑、聚乙烯蠟類流變促進(jìn)劑，按照比例攪拌均勻后制得油氣田套管堵漏用樹脂材料。

2 樹脂性能評(píng)價(jià)

為了滿足套管堵漏現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，液態(tài)樹脂堵劑必須滿足以下性能：良好的流動(dòng)性來保證注入性；在不同溫度下的固化時(shí)間；機(jī)械耐壓強(qiáng)度，包括與鋼管的內(nèi)外剪切強(qiáng)度及與巖石的膠結(jié)強(qiáng)度；耐鹽及原油特性；耐形變性能；可鉆性。針對(duì)以上性能要求，對(duì)制得的樹脂材料進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。

1）流動(dòng)性。液態(tài)樹脂優(yōu)于水泥體系的主要特點(diǎn)之一就是優(yōu)異的流動(dòng)性，表現(xiàn)出良好的注入性，尤其是在一些低吸水量套損井治理中顯得尤為重要。測(cè)得自制的樹脂體系黏度為25～75 mPa·s，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。表現(xiàn)為在地面具有流動(dòng)性，進(jìn)入地層后流動(dòng)能力降低，直至無法流動(dòng)，達(dá)到封堵的目的[6]。

2）固化性能。樹脂堵劑具有在不同地層溫度下，通過調(diào)整不同配方實(shí)現(xiàn)不同的固化時(shí)間。固化時(shí)間過短，對(duì)于施工較為危險(xiǎn)，容易發(fā)生“插旗桿”現(xiàn)象[7]；固化時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致試壓時(shí)承壓能力不足。對(duì)不同溫度下，不同環(huán)氧樹脂與固化劑比例的產(chǎn)品固化時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著溫度的升高，固化時(shí)間逐漸縮短；固化劑占比增大，固化反應(yīng)加快。

表1 套管堵漏用液態(tài)樹脂的固化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在50℃觀察凝膠成膠變化。測(cè)試方法：將裝有凝膠液離心管放平，測(cè)量放置不同時(shí)間后離心管內(nèi)液體停止流動(dòng)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。從表2 可以看出，不同樹脂與固化劑比例，體系失去流動(dòng)性時(shí)間不同，現(xiàn)場(chǎng)施工可以根據(jù)不同施工工藝選擇體系比例。

表2 套管堵漏用液態(tài)樹脂的固化流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

3）機(jī)械耐壓強(qiáng)度測(cè)試。耐壓強(qiáng)度反映了樹脂本身的承壓性能，這也是樹脂體系強(qiáng)于水泥體系優(yōu)點(diǎn)之一。運(yùn)用壓力機(jī)對(duì)液態(tài)樹脂進(jìn)行耐壓性能測(cè)試[8]。圖1 中，樹脂在58 kN 發(fā)生形變，內(nèi)部未出現(xiàn)裂痕，只是發(fā)生了塑性形變，壓力達(dá)到105 kN 時(shí)，樹脂外圍才出現(xiàn)破碎。樹脂直徑為2.5 cm，計(jì)算得樹脂發(fā)生形變耐壓強(qiáng)度為118 MPa，表現(xiàn)出良好的機(jī)械性能。

圖1 樹脂耐壓測(cè)試

4）膠結(jié)強(qiáng)度。堵漏樹脂不但自身要有很好的機(jī)械強(qiáng)度，而且必須與套管及地層有較好的膠結(jié)強(qiáng)度，才能保證一定的封堵性能。運(yùn)用壓力機(jī)對(duì)堵漏樹脂的膠結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試。堵漏樹脂與鋼管抗外剪切強(qiáng)度為15.4 MPa，內(nèi)剪切強(qiáng)度為26.1 MPa。與巖石內(nèi)剪切強(qiáng)度為10.5 MPa，表現(xiàn)出良好的膠結(jié)強(qiáng)度[9]。

5）耐鹽及耐油特性。將配制好的堵漏樹脂與標(biāo)準(zhǔn)鹽水、煤油按照1∶1 完全混合后，在50 ℃進(jìn)行固化，再進(jìn)行耐壓測(cè)試。如圖2 所示，堵漏樹脂在與鹽水、煤油混合后能夠完全固化，與鹽水混合固化后耐壓強(qiáng)度為95 MPa，與煤油混合固化后略有分層，耐壓強(qiáng)度為83 MPa，均能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，耐鹽耐油性能良好。

圖2 樹脂與鹽水（左）、煤油（右）混合后固化實(shí)驗(yàn)

6）耐形變力學(xué)性能。堵漏樹脂不僅要有高強(qiáng)硬度，更要有一定形變韌性，有利于封堵細(xì)小裂縫。運(yùn)用MTS 力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)堵漏樹脂進(jìn)行測(cè)試。測(cè)得堵漏樹脂楊氏模量為8811 MPa（長(zhǎng)7 巖心25 000 MPa），泊松比為0.36（長(zhǎng)7 巖心0.3～0.4）能夠較好地抵抗彈性形變，強(qiáng)度較大。同時(shí)該系統(tǒng)模擬儲(chǔ)層圍壓30 MPa 情況下，最大載荷40.76 kN，樹脂最大抗壓強(qiáng)度83.03 MPa[10-11]。

7）可鉆性。套管堵漏作業(yè)由于要將堵劑擠入井筒并在破損段固化，因此必然會(huì)在井筒內(nèi)留堵劑塞。為了后續(xù)生產(chǎn)，堵劑塞必須進(jìn)行鉆磨去除。若其不好鉆磨，導(dǎo)致工期長(zhǎng)，成本增加。為此，對(duì)堵漏樹脂的可鉆磨性進(jìn)行了測(cè)試。將樹脂做成φ120 mm×850 mm 圓柱，用鉆機(jī)進(jìn)行鉆磨，鉆壓1400～1840 kg，扭矩100～460 N·m，轉(zhuǎn)速320 r/min，鉆磨時(shí)間36.5 min，表現(xiàn)出良好的鉆磨特性。

與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，長(zhǎng)慶油田有機(jī)樹脂堵劑各類指標(biāo)接近國(guó)外水平，在抗壓力能力等部分性能存在一定不足，考慮國(guó)外體系25 萬元/m3的價(jià)格，長(zhǎng)慶樹脂體系能夠滿足生產(chǎn)需求，較為實(shí)用。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

由于有機(jī)樹脂堵劑優(yōu)異的性能，2018 年長(zhǎng)慶油田進(jìn)行5 口現(xiàn)場(chǎng)套管堵漏試驗(yàn)，封堵成功率100%。

鎮(zhèn)A 井已生產(chǎn)8 年，初期日產(chǎn)液4.86 m3，日產(chǎn)油3.15 t，含水22.8%。2017 年3 月套管破損，含水至100%。套管破損前日產(chǎn)液1.40 m3，日產(chǎn)油0.81 t，含水31.6%。該井隔采2 次，恢復(fù)油量1.0 t，但有效期短。工測(cè)穿孔點(diǎn)1605 m，經(jīng)封隔器驗(yàn)證求吸水更正為1708～1711 m，差距100 m 以上。擠堵劑分3 次，壓力在12～16 MPa 之間；進(jìn)入地層樹脂0.16 m3。截至目前，鎮(zhèn)A 井累計(jì)復(fù)產(chǎn)油量277 t，日均產(chǎn)油1.66 t/d，含鹽量施工前為5971 mg/L，施工后為85 512 mg/L，生產(chǎn)曲線見圖3。

圖3 鎮(zhèn)A 井生產(chǎn)曲線

華B 井為2018 年新井，在壓裂第3 段時(shí)壓力下降20 MPa，疑似套管漏失。隨后停止壓裂施工，通過井下電視、噪聲測(cè)井、井溫測(cè)井測(cè)得634～635 m 處存在漏點(diǎn)。通過先降漏失、后擠堵劑方式成功封堵漏失段。堵漏后完成后續(xù)16 段施工，最高油/套管壓力為59.3/47.5 MPa，平均施工油套管壓力為33.4/34.1 MPa，平均每段施工時(shí)間為150 min。樹脂堵漏滿足了壓裂施工要求，壓裂曲線見圖4。

圖4 華B 井第11 段壓裂曲線

4 結(jié)論

1.液態(tài)樹脂由于其良好的流動(dòng)、注入等特性逐漸成為套管堵漏新型材料方向。

2.長(zhǎng)慶油田通過改性環(huán)氧樹脂形成了液態(tài)堵漏樹脂體系。該體系低黏、易注入、固化時(shí)間可控、耐壓強(qiáng)度高、膠結(jié)強(qiáng)度高、耐鹽耐油、耐形變能力強(qiáng)、可鉆性良好。

3.油田礦場(chǎng)試驗(yàn)表明，液態(tài)樹脂堵劑施工成功率高、耐壓強(qiáng)度大，為油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)提供一條新的技術(shù)途徑。同時(shí)，液體樹脂堵劑也可在老井井筒再造、氣井封氣竄降套壓、封井等作業(yè)中使用。