普光氣田連續(xù)油管注水泥塞施工難點及對策

秦克明

（中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽457000）

D405-3井是普光氣田的一口探井轉(zhuǎn)開發(fā)井，管柱結(jié)構(gòu)和基本數(shù)據(jù)如圖1和表1所示。該井于2006年10月完鉆，2007年2月完成試氣施工，2012年7月投入生產(chǎn)，2015年1月泄壓發(fā)現(xiàn)油、套壓同步，隨后通過加注環(huán)空保護(hù)液、環(huán)空液面監(jiān)測，判斷環(huán)空竄漏、保護(hù)液漏失嚴(yán)重。由于油層套管為普通抗硫套管，環(huán)空保護(hù)液漏失失去保護(hù)，腐蝕風(fēng)險大；油層套管變形嚴(yán)重、固井質(zhì)量差，且技套帶壓，井筒不宜再利用，甲方?jīng)Q定采用連續(xù)油管水泥塞作業(yè)進(jìn)行棄井封井。P105-2井是普光氣田的一口開發(fā)井，該井采氣管柱結(jié)構(gòu)如圖2所示，堵水層位及注水泥塞后情況如表2所示。該井因為地層出水，關(guān)井后再次開井，無法復(fù)產(chǎn)，設(shè)計先采用連續(xù)油管水泥塞堵水，降低氣井出水量；再進(jìn)行儲層改造，解除儲層污染，恢復(fù)氣井生產(chǎn)。

兩口井的注水泥施工作業(yè)方式相同，都是通過下入1.75吋連續(xù)油管至射孔層段，進(jìn)行注水泥作業(yè)，達(dá)到封堵目的后，再進(jìn)行下一步的棄井或復(fù)產(chǎn)作業(yè)。

1 施工難點

連續(xù)油管水泥塞施工面臨的難點主要有以下幾點[1-2]：

（1）井的生產(chǎn)時間較長，會導(dǎo)致油套管生產(chǎn)通道內(nèi)壁結(jié)垢，通井刮削會在人工井底沉降，因地層壓力系數(shù)低，無法建立循環(huán)洗井，連續(xù)油管探底時易造成管腳處堵塞。

（2）水泥漿在連續(xù)油管中運移段長，連續(xù)油管內(nèi)徑小，易造成泵壓過高、連續(xù)油管負(fù)荷過大。

（3）井內(nèi)硫化氫及二氧化碳等酸性流體含量高，且地層水礦化度高，對水泥漿的抗污染性能和水泥石的抗腐蝕性能都有很高的要求[3]。

（4）長期產(chǎn)氣，地層虧空導(dǎo)致地層壓力系數(shù)低，開泵井口不返漿，無法建立循環(huán)，水泥漿很容易在射孔段漏失，造成塞面不足。

（5）一次注入水泥量小，替漿量小，施工精度高。

表1 D405-3井和P105-2井的基本數(shù)據(jù)

表2 D405-3井和P105-2井地層流體情況

2 解決對策

2.1 水泥漿體系優(yōu)選

針對高含硫化氫等酸性流體，采用高抗腐蝕膠乳水泥漿體系。設(shè)計水泥漿密度1.85g/cm3，性能指標(biāo)要求和實驗結(jié)果見表3。

表3 高抗腐蝕水泥漿基本性能

針對水泥石對二氧化碳和硫化氫的抗腐蝕性能進(jìn)行評價[4]，腐蝕實驗設(shè)計條件：水泥石為耐腐蝕防竄水泥石，溶液為蒸餾水，H2S和CO2的分壓分別為1.7MPa和1.0MPa，總壓為10MPa，溫度為125℃，時間為7d。腐蝕前后水泥石性能評價結(jié)果見表4。

從表4可以看出，耐腐蝕水泥水泥石經(jīng)過酸性氣體腐蝕后，由于該水泥石表面形成了一層鈍化膜以及在水泥石中的成膜作用，造成腐蝕后的水泥石反而在抗壓強(qiáng)度、滲透率、孔隙度測試結(jié)果上優(yōu)于腐蝕前相應(yīng)的測試結(jié)果。

該水泥漿體系主要用于主力氣層射孔段的封堵，在上部封井水泥塞使用常規(guī)防竄水泥漿體系。配方為30%石英砂+5%微硅+2%G33S型降失水劑+2.0%G401型膨脹劑+0.3%纖維+1.4%GH-9型緩凝劑，漿體性能見表5。

以P105-2井為例，應(yīng)用上述水泥漿，通過計算機(jī)模擬，施工泵壓最高20.4MPa，施工壓力在正常范圍內(nèi)，滿足施工要求。

同時，為了檢驗在特定排量下，水泥漿在連續(xù)油管內(nèi)的摩阻大小，采用施工所用連續(xù)油管，在地面進(jìn)行了模擬注水泥施工實驗，實驗流程見表6。

施工排量0.15m3/min下，施工最高泵壓25MPa，實際施工過程中連續(xù)油管展開下入井內(nèi)，與地面盤在滾筒上相比，同樣排量下，泵壓要低于地面模擬結(jié)果。

在現(xiàn)場注水泥塞施工過程中，控制注替排量在200～300L/min，泵壓20～29MPa，與軟件和地面注水泥模擬結(jié)果基本相符。

表4 腐蝕前后水泥石性能測試結(jié)果

表5 常規(guī)防竄水泥漿性能

2.2 水泥漿與地層水的配伍性實驗

該井井筒地層水無法取到，只能取到鄰井同一層位的地層水來作為與水泥漿的配伍性實驗對象。所取得鄰井地層水所含硫化氫含量較高，室內(nèi)實驗時，硫化氫從水樣中揮發(fā)溢出，導(dǎo)致實驗風(fēng)險性極大，實驗人員背空呼操作化驗。根據(jù)實驗結(jié)果，地層流體和水泥漿的配伍性不存在問題。

表6 地面施工模擬流程

2.3 防止水泥漿漏失的施工技術(shù)

針對地層能量虧空、壓力系數(shù)低的問題，為了防止水泥塞替到位后漏失的問題，主要采取了以下2個方面的措施：

（1）在水泥漿中混入一定比例的堵漏纖維，提高水泥漿的堵漏能力。根據(jù)地層情況，模擬地層動態(tài)漏失，主要方法為：

①在堵漏實驗儀的下部安裝堵漏實驗用裂縫板，從堵漏實驗儀上部倒入4L堵漏水泥漿，打開出口開關(guān)，觀察無壓力情況下水泥漿的自流情況，并記錄；

②蓋上堵漏實驗儀的頂蓋，并通過氮氣瓶分別加壓 0.5MPa、0.7MPa、1MPa、3MPa、5MPa、7MPa，每次穩(wěn)壓15min，觀察各壓力下的水泥漿自流情況，并記錄；

③模擬滲透性裂縫實驗：去掉裂縫板，在漿筒中放入裝有指定直徑鋼珠的鋼珠籃，其它實驗步驟同①、②。

纖維水泥漿漏失模擬實驗結(jié)果見表7。

表7 纖維水泥漿漏失模擬實驗結(jié)果

從表7可以看出，該堵漏水泥漿體系對于窄長裂縫性及高滲透性漏失地層具有很明顯的堵漏效果，對于較大尺寸的裂縫堵漏效果不明顯。

（2）施工前在井底注入一定量的暫堵劑[5]，提高地層承壓，保證水泥漿在井筒內(nèi)滯留。使用的KY型暫堵劑，在清水中配置，加量一般在0.3%～0.7%。它本身具有以下特點：一定壓力下它在固體表面具有較強(qiáng)的吸附性；在一定壓力下它具有較好的滯留性；在規(guī)定時間內(nèi)，在水中只溶脹而不溶解；在規(guī)定時間內(nèi)可生物降解性，降解率達(dá)100%；抗高溫，最高達(dá)150℃；抗高礦化度，最高達(dá)28×104mg/L；具有抗硫化氫的特性，不受硫化氫濃度高低影響其特性。主要作用機(jī)理為：在水中只迅速溶脹、不溶解，當(dāng)它遇到炮眼時，若炮眼內(nèi)壓力大于井筒內(nèi)壓力，暫堵劑就牢固地吸附在炮眼上，產(chǎn)生暫時吸附性封堵炮眼；若地層炮眼內(nèi)壓力小于井筒內(nèi)壓力，暫堵劑就變形收縮進(jìn)入炮眼內(nèi)，靠其膨脹性卡塞在炮眼內(nèi)，并牢固地吸附在巖石表面，從而產(chǎn)生暫時膨脹卡塞性封堵的目的，2種封堵作用均能防止入井液漏失到地層。

同時，針對需要復(fù)產(chǎn)的井，進(jìn)入地層的暫堵劑，會在特定的時間內(nèi)進(jìn)行生物降解成溶于水的小分子，最后完全降解，暫時封堵也會完全解除，從而使井具備復(fù)產(chǎn)條件。

P105-2井在注水泥塞施工過程中，出現(xiàn)了水泥漿漏失，塞面無法達(dá)到設(shè)計要求的問題。后使用了該暫堵材料。注水泥漿前，從井口通過采氣管將暫堵劑柱泵送入井，注入量30m3，泵清水從井口平推到底，使其全部從炮眼進(jìn)入地層，提高地層的承壓[6]。本次注水泥塞施工，注入水泥漿1.6m3，管內(nèi)理論高度為87m，候凝72h后探塞面，實際管內(nèi)水泥塞高度為64m，達(dá)到本次封堵目的。相比于之前2次水泥塞管內(nèi)留塞長度14m和11m的高度，本次使用效果顯著。

2.4 其它技術(shù)措施

（1）為保證施工精度和施工的連續(xù)性，對水泥漿采取預(yù)混配作業(yè)。按設(shè)計要求先配置好1.5～2m3的水泥漿，測量密度無誤后，再開始注前置液、水泥漿、后置液及清水替漿作業(yè)。

（2）施工排量方面，注替排量控制在200～300L/min，泵壓控制在30MPa以內(nèi)，根據(jù)泵壓隨時調(diào)整施工排量。

（3）為保證施工尤其是連續(xù)油管安全，在水泥漿出管腳0.4m3后以10～12m/min的速度上提連續(xù)油管，略低于水泥漿上返速度。并在上提至設(shè)計塞頂位置處時，在滾筒處連續(xù)油管上噴紅漆標(biāo)記，為探灰面深度提供參考。

（4）為保證水泥塞順利替漿到位，采用水泥車清水替漿，試氣隊計量水罐，固井水泥車清水罐、流量計輔助計量，通過三方計量確保準(zhǔn)確無誤。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2016～2017年已在D405-3井和P105-2井進(jìn)行了11次的連續(xù)油管注水泥塞施工，地面施工作業(yè)成功率100%。成功完成D405-3井的棄井作業(yè)，P105-2井也完成了堵水作業(yè)，最后一次施工結(jié)束后，探塞面位置6068m，與設(shè)計塞面相差僅2m。2口井均達(dá)到了設(shè)計要求，解決了井下的復(fù)雜問題，為下一步的安全作業(yè)創(chuàng)造了良好的井眼和地面條件。

4 結(jié)論

（1）普光區(qū)塊的連續(xù)油管注水泥塞主是為了解決井下復(fù)雜狀況進(jìn)行的施工，主要是為了封固射孔段氣層，為井下進(jìn)一步作業(yè)創(chuàng)造安全無硫化氫條件。這類施工安全難度大，施工精度高。

（2）驗證地層水和水泥漿的配伍性實驗是本次施工安全的重要保證，為此通過取鄰井同地層地層水來做配伍性實驗。在水中高含硫化氫的情況下，保證人員及設(shè)備安全的前提下，完成了實驗。

（3）這類井的主要施工難度在施工精度和水泥塞面的控制，而地層承壓能力低導(dǎo)致水泥塞面更難控制。通過在水泥漿中加入一定量的堵漏纖維和使用暫堵材料，能夠很好地解決漏失的問題，再通過精確的計量，保證了水泥塞施工的成功率。

（4）高含硫化氫環(huán)境下，水泥石的抗腐蝕性能要求高，能否長期有效地封堵氣層是施工的最終目的所在，通過室內(nèi)評價抗腐蝕性能，優(yōu)選了高抗硫化氫腐蝕的膠乳水泥漿體系，為井下長期安全提供了保證。