低溫淺層氣井環(huán)空帶壓封竄工藝

高果成 王文斌 黃偉 楊超

關(guān)鍵詞：蘇碼頭區(qū)；淺層；低溫；環(huán)空帶壓；疏通地層；暫堵井周；封竄

0 引言

蘇碼頭構(gòu)造位于四川盆地川西中新生代沉積坳陷區(qū)南部，靠近成都凹陷東側(cè)，其淺層氣存在于侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組，井深600～800 m，井溫31.83～41.8 ℃，深層氣則存在于須家河組，井深1 700～1 900 m，井溫64.9～59.52 ℃［1］。套管程序?yàn)椋?244.5 mm 表層套管下至井深200 m，?139.7 mm 技術(shù)套管下至蓬萊鎮(zhèn)組或須家河組。受生產(chǎn)技術(shù)限制，單井采用正注反擠方式固井，生產(chǎn)套管中段固井均存在600～900 m 空套。2008 年進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期，生產(chǎn)規(guī)模逐年減小，氣井整體產(chǎn)量降低，其中33 口井存在井筒及環(huán)空出氣帶壓?jiǎn)栴}，需要對(duì)該區(qū)單井進(jìn)行永久性封堵［2］。封堵前對(duì)環(huán)空帶壓原因進(jìn)行了分析，研究認(rèn)為，該區(qū)單井環(huán)空帶壓主要由套管外環(huán)空封固質(zhì)量［3］或套損、射孔［4］引起儲(chǔ)層氣體逸竄至環(huán)空及井筒造成的。

封井前對(duì)各層求吸水，須家河組擠入壓力6～8 MPa，30 min 壓降至1 MPa 以內(nèi)，環(huán)空壓力上升，出氣量增大，鄰井壓力波動(dòng)，1 d 后緩慢降低；蓬萊鎮(zhèn)組擠入壓力4～5 MPa，30 min 壓降至1 MPa 以內(nèi)，環(huán)空有氣液返出，鄰井環(huán)空竄氣量增大，井筒壓力上升，1 d 后緩慢降低；淺表層擠入壓力不大于2 MPa，環(huán)空有返出，鄰井壓力波動(dòng)明顯；對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行擠封，5d 后擠封失效，環(huán)空及井筒壓力上升。分析認(rèn)為原因如下 ：（1） 蓬萊鎮(zhèn)組以粉砂巖和細(xì)砂巖為主，屬于中低孔致密儲(chǔ)層，平面內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)，竄流通道連通性差，導(dǎo)致地層吸水性較差；（2） 蓬萊鎮(zhèn)組原始地層壓力8.187 MPa，與表層存在較大壓差，叢式井地層間壓力傳遞［5］，井間氣竄明顯，常規(guī)水泥漿防竄性能不足導(dǎo)致擠封失效；（3） 該區(qū)均存在300～900 m固井空段，水泥環(huán)封固段越長(zhǎng)，封竄通道連通性差別越大［6］。（4） 淺層采用常規(guī)水泥堵劑會(huì)出現(xiàn)低溫凝結(jié)時(shí)間難以控制問(wèn)題［7］，固化過(guò)程中失重且滯氣性差，且水泥固化后體積收縮，因此存在二次氣竄風(fēng)險(xiǎn)［8］。如果按照API 推薦，整井采用一次擠封方式無(wú)法有效控制堵劑進(jìn)入蓬萊鎮(zhèn)組及上部淺層氣竄環(huán)空。油井封竄中曾采取先堵后固工藝，即用凝膠體系暫堵溢流裂縫再用水泥漿體系封堵井筒及近井帶，該措施對(duì)單井封竄效果較好。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)氣井井間竄流的有效封堵，進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)［9］，提出了“一梳二堵三封”封竄工藝：（1） 根據(jù)氣體泄漏速率對(duì)須家河組竄逸氣源進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分類(lèi)，基于分類(lèi)結(jié)果選擇合適的堵劑；（2） 利用驅(qū)替液對(duì)蓬萊鎮(zhèn)組及淺層進(jìn)行疏通處理，提高地層對(duì)堵劑的滲吸能力，之后擠入高強(qiáng)G521 凝膠提高近井帶承壓能力；（3） 采用高強(qiáng)度油溶性樹(shù)脂固井工作液確保封堵劑低溫固化后力學(xué)性能，對(duì)見(jiàn)氣孔道尾追堵劑完成環(huán)空及淺層封堵封竄。

1 治理工藝設(shè)計(jì)

對(duì)蘇碼頭區(qū)帶壓井進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)44 口待封井中有33 口井存在帶壓情況，見(jiàn)表1。針對(duì)淺層低溫、井叢竄流采取了針對(duì)性治理措施，保證了該區(qū)單井封井封竄的順利進(jìn)行。

1.1 封堵竄氣源層位

為安全環(huán)保起見(jiàn)，對(duì)儲(chǔ)層氣體泄漏速率進(jìn)行了檢測(cè)，并據(jù)此確定封竄堵劑及其用量，以確保對(duì)氣源層位有效封堵［10］。對(duì)氣體泄漏速率接近可燃介質(zhì)0.085 kg/s 時(shí)使用防氣竄抗固相離散水泥漿體系封堵［11］，水泥漿配方為：G 級(jí)油井水泥+1 000 目超細(xì)水泥+0.1%～0.15% 多元共聚物抗分散絮凝劑+0.1%～0.3% 聚磺酸鹽減阻劑+0.06%～0.12% 直連型羥基有機(jī)酸鹽緩凝劑（化劑產(chǎn)品均來(lái)自西安川秦石油科技有限公司，下同），W/C 為0.44。該體系初期稠度可達(dá)32 Bc，通過(guò)調(diào)節(jié)體系黏度保證其防氣竄性能，抗分散絮凝劑不僅是一種高效降失水劑，能成膜以降低靜態(tài)固化過(guò)程中氣竄風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)該體系在水中展現(xiàn)出穩(wěn)定的流動(dòng)膠團(tuán)狀態(tài)，防止氣體突破水泥漿體系；對(duì)于氣體泄露速率明顯低于可燃介質(zhì)0.085kg/s 的情況采用微膨脹低摩阻水泥漿體系［12］，水泥漿配方為：G 級(jí)油井水泥+0.2%～0.4% 聚丙烯酸減阻劑+2.5%～4.5% 改性橡膠增韌劑+1.2%～1.5% 改性AMPS 降失水劑（G409F1）+2.5%～4% 硫鋁酸鈣/氧化鈣復(fù)配膨脹劑，水灰比為0.55。通過(guò)調(diào)節(jié)減阻劑降低儲(chǔ)層擠入摩阻，增加擠入量，通過(guò)膨脹劑增大水泥漿體系固化后體積，提高對(duì)孔隙及氣竄通道的填充效率。2 種水泥漿體系性能見(jiàn)表2，因該區(qū)塊徐家河組溫度低于60 ℃，同時(shí)考慮循環(huán)溫度導(dǎo)致井筒溫度的暫時(shí)降低，因此抗壓強(qiáng)度測(cè)試條件50 ℃、48h，失水量測(cè)試條件是50 ℃、6.9 MPa、30 min。

1.2 疏通蓬萊鎮(zhèn)組地層

為提高暫堵凝膠及封竄堵劑在蓬萊鎮(zhèn)組封堵效果，決定選用前置驅(qū)替液先疏通地層［13］。優(yōu)選的納米前置驅(qū)替液配方為：0.3% 改性親水納米二氧化硅驅(qū)油劑+0.25% 陰-非離子型表面活性劑+0.05% 生物脂肽類(lèi)表面活性劑。該前置驅(qū)替液改善了納米材料表面親水性能，可以去除儲(chǔ)層巖石孔隙附著物、分散有機(jī)物并降低黏度，減少油水相賈敏效應(yīng)從而逆轉(zhuǎn)巖石潤(rùn)濕性，降低流動(dòng)阻力，并提高巖石孔隙自發(fā)吸水能力，其結(jié)果就是降低了注入壓力，增加了擠入量［14］。在室溫下進(jìn)行流體巖心自滲驅(qū)替效能對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1，納米前置驅(qū)替液較其他驅(qū)替液有效提高了巖石滲吸能力。其增強(qiáng)的吸收率主要在20～60 h 內(nèi)發(fā)生，而擴(kuò)散過(guò)程在96 h 內(nèi)完成。

1.3 凝膠封堵近井帶高滲層

借鑒油井堵水封口思路，使用聚丙烯酰胺類(lèi)高強(qiáng)度凝膠封堵近井高滲層［15］。通過(guò)擠入凝膠并過(guò)頂替，在見(jiàn)氣通道井周2 m 外建立一道凝膠隔離墻。采用RS6000 流變儀在常溫、12 h 條件下對(duì)高強(qiáng)度凝膠進(jìn)行黏度測(cè)試，凝膠黏度可達(dá)到1.0×104 mPa·s，24 h 內(nèi)成膠黏度可達(dá)37×104 mPa·s，能滿足壓力屏蔽需求［16］。圖2 為該凝膠黏度隨時(shí)間的變化曲線，可以看出：前期凝膠黏度發(fā)展速度緩慢，能滿足施工需求；后期黏度發(fā)展速度快，可滿足候凝需求。

1.4 封淺層及環(huán)空

“油溶性改性環(huán)氧樹(shù)脂+丙酮/苯甲醇復(fù)配稀釋劑+脂肪胺/低分子聚酰胺/改性胺”與固化劑復(fù)配形成的高強(qiáng)度油溶性樹(shù)脂固井工作液可用來(lái)封堵淺層及環(huán)空。在室溫、48 h 條件下對(duì)多種堵劑進(jìn)行了基礎(chǔ)力學(xué)性能對(duì)比，其中彈性模量、泊松比為168 h 測(cè)試值，由表3 可知：高強(qiáng)度油溶性樹(shù)脂固化體抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度均高于其他水泥石，其彈性模量低、泊松比高，力學(xué)性能優(yōu)異；在低溫下黏度約等于300mPa·s，氣體在液流中流阻較大，能有效防止氣體形成連續(xù)逸氣通道，解決了固化過(guò)程中的氣竄問(wèn)題；且因其為高分子無(wú)固相特征，因此具有可填充微小空隙的特點(diǎn)，能降低近井孔隙滲透率。

壓力變化會(huì)引起部分微小環(huán)空氣竄通道開(kāi)啟和閉合［17］，油溶性樹(shù)脂能夠有針對(duì)性地填充氣竄通道，固化后體積收縮率約為0.2%，導(dǎo)致油溶性樹(shù)脂在環(huán)空氣竄通道內(nèi)不能連續(xù)填充，因此需要選擇含有小粒徑固相顆粒的骨架材料填充該類(lèi)氣竄通道，防止高滲、疏松層蠕變，支撐竄逸通道形態(tài)，以免壓力下降時(shí)竄氣通道壓縮［18］。常規(guī)水泥漿體系大粒徑固相顆粒會(huì)造成擠入壓力過(guò)高，甚至無(wú)法擠入，因此提出采用超細(xì)晶須膨脹水泥漿作為骨架材料，增強(qiáng)油溶性樹(shù)脂的固化形態(tài)穩(wěn)定性；超細(xì)材料可以填充30 μm 以下孔隙，形成的晶枝晶須可以提高封固強(qiáng)度，同時(shí)采用具有水化后發(fā)熱膨脹的硫鋁酸鈣/氧化鈣復(fù)配膨脹劑材料提高水泥的固化填充效果。水泥漿配方：G 級(jí)油井水泥+0.2%～0.3% 聚丙烯酸減阻劑+1% 納米枝晶超細(xì)晶須材料（G439）+1.5%～2.5%改性AMPS 降失水劑（G409F1）+0.4% 硫鋁酸鈣/氧化鈣膨脹劑，水灰比為0.44。注入方式為先注入油溶性樹(shù)脂后尾追水泥漿。3 種水泥漿體系膨脹率對(duì)比如圖3 所示，可以看出，超細(xì)晶須膨脹體系膨脹效果較常規(guī)膨脹體系優(yōu)異。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為驗(yàn)證工藝策略的可行性，選擇了位于蘇碼頭區(qū)塊成都天府新區(qū)的Q17-2 井叢作為試驗(yàn)對(duì)象，該井叢距成都市中心21 km，井口距離最近樓盤(pán)50 m。通過(guò)一系列治理措施，實(shí)現(xiàn)了對(duì)MQ17 井叢管外竄流的成功治理，監(jiān)測(cè)至今再未發(fā)現(xiàn)帶壓出氣，如表4 所示。具體治理過(guò)程如下。

2.1 擠封氣源層

通過(guò)排液法測(cè)量單井氣體泄漏量為7～12 L/min，天然氣密度按照0.717 4 kg/m3 計(jì)算，氣體泄露速率為0.000 14 kg/s，低于可燃介質(zhì)0.085 kg/s，射孔段擠封直徑設(shè)計(jì)為3 m，采用7 m3 微膨脹低摩阻水泥漿體系同時(shí)對(duì)3 口井儲(chǔ)層進(jìn)行封堵，擠封后井口及環(huán)空繼續(xù)帶壓，但帶壓均降低0.3～0.5 MPa，出氣量降至3.6～5.5 L/min。對(duì)氣源層試壓15 MPa，30 min 壓降為0 MPa，須家河組氣源層封堵成功。

2.2 “一疏二堵三封”工藝實(shí)施

封堵氣源層結(jié)束后開(kāi)始疏通上部氣層段，通過(guò)水泥承留器封隔上部井筒，關(guān)閉外環(huán)空，對(duì)氣層段及淺層以150 L/min 排量擠入前置驅(qū)替液50 m3，擠入壓力8～10 MPa，關(guān)井浸泡48 h。分析認(rèn)為因三井同時(shí)擠入，且關(guān)閉環(huán)空，導(dǎo)致吸水壓力明顯高于前期吸水壓力。后用清水以150 L/min 排量測(cè)試吸水壓力，2 d 后地層吸水壓力降低2～3 MPa；之后關(guān)閉外環(huán)空，通過(guò)水泥承留器以150 L/min 排量向井內(nèi)擠入20 m3 高強(qiáng)度凝膠，并過(guò)頂替10 m3 清水保壓候凝48 h，觀察到環(huán)空仍有氣體泄漏，但環(huán)空帶壓持續(xù)變小，流量降至3 L/d；關(guān)閉環(huán)空后采用微膨脹低摩阻水泥漿體系對(duì)淺層儲(chǔ)層以250 L/min 排量擠封后，環(huán)空僅存在出氣泡情況，分析認(rèn)為是因1 000 m 以上淺表層及環(huán)空殘余氣體引起的；敞開(kāi)環(huán)空并使用高強(qiáng)度油溶性樹(shù)脂固井工作液+超細(xì)晶須膨脹水泥漿共計(jì)15 m3 封竄淺層管外竄通道后，井口氣泡和壓力問(wèn)題均得到徹底解決。

3 結(jié)論

（1） 針對(duì)淺層氣竄問(wèn)題，提出了“一疏二堵三封”治理工藝，通過(guò)納米級(jí)二氧化硅前置驅(qū)替液疏通地層、高強(qiáng)度聚丙烯酰胺凝膠暫堵氣竄層、室溫下可固化高強(qiáng)度油溶性樹(shù)脂工作液并尾追可自發(fā)熱膨脹超細(xì)晶須膨脹水泥漿封堵環(huán)空竄氣通道，將一次封竄成功率提高至100%，解決了蘇碼頭區(qū)井口及環(huán)空帶壓的治理需求，具有經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的雙重價(jià)值。

（2） 現(xiàn)場(chǎng)吸水量測(cè)試表明鄰井存在壓力波動(dòng)，分析認(rèn)為原因是井間存在氣竄，但未對(duì)井間氣竄機(jī)理進(jìn)行研究，下一步應(yīng)對(duì)井間氣竄影響因素和動(dòng)態(tài)特性展開(kāi)研究，以提高工藝成效。

（3） 雖然解決了采用籠統(tǒng)擠封法封竄易失效的問(wèn)題，但下一步還要對(duì)該工藝在更加復(fù)雜井況下的封堵效果及其長(zhǎng)期穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。