河南油田采油一廠自由段漏失套管機理及化學堵漏技術(shù)

何飛龍

摘 要：本文針對不同區(qū)塊油水井套管腐蝕特點分析了自由段套管漏失機理，研制了新型高強度自由段套管化學堵漏劑，配套了3種現(xiàn)場施工工藝?，F(xiàn)場施工證明，新型堵漏劑及堵漏工藝成功率高，節(jié)約成本顯著。

關(guān)鍵詞：自由段;套管漏失;堵漏劑;堵漏工藝

0 引言

套管漏失井導(dǎo)致生產(chǎn)、注入方式的改變，嚴重影響了區(qū)塊的注采平衡，影響開發(fā)井網(wǎng)完善，且導(dǎo)致管柱復(fù)雜，易造成井下復(fù)雜事故。

1 自由段套管漏失機理

造成套管漏失的因素主要是腐蝕，腐蝕套管的介質(zhì)包括淺層套管外流體介質(zhì)及注入介質(zhì)。

1.1 水中溶解氧腐蝕機理

鐵受水中溶解氧的腐蝕是一種電化學腐蝕，鐵和氧形成腐蝕電池。鐵是陽極，遭到腐蝕，氧為陰極，進行還原，溶解氧起陰極去極化作用。

1.2 水中溶解CO2腐蝕機理

CO2在溶解水中，形成H2CO3，金屬在H2CO3溶液液中發(fā)生電化學腐蝕，CO2溶于水中電離出的H+參與陰極反應(yīng)，成為陰極去極化劑，加快陽極Fe的腐蝕。

1.3 水中溶解H2S腐蝕機理

H2S只有溶解在水中才具有腐蝕性。H2S在水中電離產(chǎn)生的H+參與陰極反應(yīng)，成為陰極去極化劑，加快陽極Fe的腐蝕。

腐蝕產(chǎn)物為FexSy，電極電位比碳鋼正，覆蓋在碳鋼表面的腐蝕產(chǎn)物，成為腐蝕電池的陰極，加速了陽極Fe的腐蝕。氫進入金屬基體并在晶體缺陷處積聚形成內(nèi)壓巨大的氫氣泡。

1.4 水中硫酸鹽還原菌腐蝕機理

在無氧的中性環(huán)境中，鋼鐵的腐蝕是很微弱的，金屬的陰極反應(yīng)是氫離子的還原，但氫活化電位高，腐蝕反應(yīng)不易進行，陰極上只被一層氫原子覆蓋，而硫酸鹽還原菌卻把氫原子消耗，于是去極化反應(yīng)得以順利進行。

1.5 套管外流體腐蝕

淺層地層水溶解氧、Cl-含量高。Cl-的存在會破壞金屬表面的保護膜，Cl-半徑小，具有很強穿透性，易穿過鈍化氧保護膜（垢或腐蝕產(chǎn)物）形成垢下局部腐蝕。碳鋼在中性介質(zhì)中的腐蝕速率隨Cl-含量的增加而增加，溶液的電導(dǎo)率愈大，愈加劇微電池作用。

2 化學堵漏工藝

2.1 堵劑選擇

常用超細水泥等防漏堵漏劑漏點處難駐留，堵劑到達設(shè)計位置未凝固前就已漏失掉，造成堵劑用量大、施工時間長[1];堵劑形成的固化體脆性大，易收縮，不能與周圍介質(zhì)形成牢固的膠結(jié)界面[2]，即與套管和地層膠結(jié)程度低，在注采壓差下使封堵失效，因而堵漏成功率低且有效期短。

通過大量的室內(nèi)試驗，研制了抗拉伸性能、界面交接強度、微膨脹性能、流動性能、封堵性能較好的化學堵漏劑。其配方為：堵漏劑結(jié)構(gòu)形成劑+高效分散劑+活性增強劑+膠凝延遲劑+清水。

2.1.1 抗拉伸性能評價

套管堵漏劑顆粒分散均勻，主要依靠網(wǎng)狀纖維的阻裂和增韌特性，利用纖維對載荷的傳遞，使堵漏劑固化體內(nèi)部缺陷的應(yīng)力集中減小，增加堵漏劑固化體的抗沖擊性能力，提高固化體抗拉伸性。

在相同實驗條件下，分別將套管堵漏劑、超細水泥和油井水泥等三種不同的堵劑在恒溫條件下固化48h，并測其抗拉伸性能，實驗結(jié)果如表2-1所示。

2.1.2 膠結(jié)強度對比

參考GB11177-89，無機膠粘劑套接壓縮剪切強度實驗方法，制作了相應(yīng)的套接模型，在相同條件下分別將套管堵漏劑、超細水泥、油井水泥等恒溫固化48h后，分別在萬能材料試驗機上進行壓縮實驗，測定其膠結(jié)強度，結(jié)果如表2-2所示。

將套管堵漏劑、超細水泥、油井水泥等在相同條件下分別恒溫固化48h后，分別測定其膨脹率，結(jié)果如圖2-1所示。由于套管堵漏劑通過各組分之間互相反應(yīng)形成結(jié)晶，補償硬化過程中的干縮拉應(yīng)力和部分水化熱引起的溫差應(yīng)力，從而使堵劑固化體具有微脹性能和較高的強度。

2.2 現(xiàn)場施工工藝

根據(jù)現(xiàn)場油水井套管漏失類型，并結(jié)合井筒情況，形成了三種自由段套管漏化學堵漏工藝。

2.2.1 單點循環(huán)封堵

堵漏工藝：循環(huán)固井+擠注封堵

現(xiàn)場施工：保護油層→清水洗井→循環(huán)擠前置水泥漿（3h初凝）→關(guān)閉表套出口→擠注后置水泥漿（5h初凝）→替清水→候凝。

2.2.2 單點擠注封堵

堵漏工藝：促凝+封堵

現(xiàn)場施工：保護油層→清水洗井→擠注氯化鈣溶液（促凝）→清水隔離→擠注封堵水泥漿→替清水→候凝。

2.2.3 多點漏失封堵

堵漏工藝：預(yù)封堵+促凝+封堵

現(xiàn)場施工：保護油層→清水洗井→擠前置水泥漿（3h初凝）→清水隔離→擠注氯化鈣溶液（促凝）→清水隔離→擠注后置水泥漿（5h初凝）→替清水→候凝。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

根據(jù)不同井況，在趙安2131、魏258等5口井進行了現(xiàn)場應(yīng)用。封堵一次成功率100%，按照標準試壓合格，降本480余萬元。

4 結(jié)論

①不同區(qū)塊套管漏失機理不一致。主要包括溶解氧腐蝕、溶解CO2腐蝕、溶解H2S腐蝕、硫酸鹽還原菌腐蝕、套管外流體腐蝕、注入介質(zhì)腐蝕;

②新型化學堵漏劑各項指標性能均優(yōu)于常用化學堵劑;

③新型化學堵漏劑配套現(xiàn)場施工工藝施工效果顯著，節(jié)約成本明顯。

參考文獻：

[1]高學生，徐忠，田冰等.TC-1觸變水泥堵漏劑的研制與應(yīng)用[J].精細石油化工進展，2005，6（2）.

[2]王學強，蔣建勛，王寶明等.套損井化學堵漏修復(fù)技術(shù)及其在長慶油田的推廣[J].天然氣勘探與開發(fā)，2007，30（4）.