高危地區(qū)棄置井封堵技術(shù)研究與應(yīng)用

鄒小萍，齊行濤，劉 賀，王 浩

中國石油大港油田分公司石油工程研究院 （天津 300280）

高危棄置井主要指位于工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、海上、灘涂及儲(chǔ)氣（油）庫等安全及環(huán)境保護(hù)十分敏感的區(qū)域，由于各種原因報(bào)廢停產(chǎn)的油氣水井。近些年因這些井的油氣泄漏造成人員傷亡和環(huán)境污染事故時(shí)有發(fā)生，給國家造成重大損失和不良影響。中國石油大港油田分公司位于天津市濱海新區(qū)中心地帶，又是華北地區(qū)地下儲(chǔ)氣庫主要建設(shè)基地[1]。因此高質(zhì)量的完成棄置井封堵作業(yè),對(duì)于保護(hù)周邊人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有十分重要的意義。通過對(duì)不同油氣藏儲(chǔ)層特點(diǎn)，針對(duì)性開發(fā)出多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑和膠乳、超細(xì)顆粒高強(qiáng)度堵劑，優(yōu)化研究了高危棄置井封堵工藝，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用，達(dá)到了棄置井永久性安全的目的。

1 不同儲(chǔ)層類型高危棄置井儲(chǔ)層封堵堵劑體系研究

1.1 膠乳-超細(xì)顆粒高強(qiáng)度堵劑配方研究

針對(duì)海上、儲(chǔ)氣庫等高危地區(qū)老井封堵需要堵劑有較高的強(qiáng)度、良好的韌性及防氣竄性能，以減少地層應(yīng)力變化對(duì)堵劑的影響，提高棄置井封堵質(zhì)量和安全性[2]。研究的膠乳、超細(xì)顆粒堵劑主要由膠乳聚合物、超微細(xì)顆粒、助流劑、防氣竄劑和緩凝劑組成。通過室內(nèi)大量實(shí)驗(yàn)研究確定了70℃條件下膠乳、超細(xì)顆粒堵劑的配方：超微細(xì)顆粒FHK+20%膠乳聚合物+5%助流劑SYZ+3%緩凝劑BXF-200 L+6%防氣竄劑FQC+淡水。

1.2 膠乳、超細(xì)顆粒高強(qiáng)度堵劑性能評(píng)價(jià)

以膠乳、超細(xì)顆粒堵劑配方為基礎(chǔ)，對(duì)其稠化時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、氣測(cè)滲透率等性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)[3]。

1）采用高溫高壓稠化儀，在70℃、20 MPa條件下對(duì)研發(fā)的堵劑稠化時(shí)間進(jìn)行了評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論為在70℃，20 MPa下膠乳、超細(xì)顆粒高強(qiáng)度堵劑稠化時(shí)間大于250 min，可以滿足棄置井封堵施工安全要求。

2）配置膠乳、超細(xì)顆粒高強(qiáng)度堵劑，置于70℃水浴條件下常壓恒溫養(yǎng)護(hù)3 d，采用抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)儀對(duì)堵劑的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)論為70℃水浴養(yǎng)護(hù)3 d后，膠乳、超細(xì)顆粒高強(qiáng)度堵劑抗壓強(qiáng)度達(dá)到35 MPa以上，可以滿足高危地區(qū)棄置井封堵永久性安全要求。

3）將相同固液比條件下的G級(jí)水泥與膠乳、超細(xì)顆粒堵劑的抗折強(qiáng)度進(jìn)行了對(duì)比、評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)條件均為70℃恒溫水浴養(yǎng)護(hù)3 d后所測(cè)，抗折強(qiáng)度可達(dá)到7 MPa以上,是普通水泥類堵劑的2倍以上。

4)利用氣相滲透率測(cè)定儀對(duì)膠乳、超細(xì)顆粒堵劑的防氣竄性能進(jìn)行了室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，并將其與普通G級(jí)水泥漿、超細(xì)水泥堵劑進(jìn)行了對(duì)比（表1）。

表1 膠乳、超細(xì)顆粒堵劑氣測(cè)滲透率評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

從表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，膠乳-超細(xì)顆粒堵劑固化后的氣相滲透率明顯小于普通的G級(jí)油井水泥和目前常用的超細(xì)水泥堵劑，這表明膠乳、超細(xì)顆粒堵劑具有優(yōu)良的防氣竄性能。

5）將配置好的膠乳、超細(xì)顆粒堵劑倒入養(yǎng)護(hù)模型中，放入70℃、20 MPa的條件下養(yǎng)護(hù)，根據(jù)不同的養(yǎng)護(hù)時(shí)間來測(cè)量抗壓強(qiáng)度的變化（表2）。

表2 膠乳、超細(xì)顆粒堵劑強(qiáng)度衰退評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

膠乳、超細(xì)顆粒堵劑固化后具有較好的強(qiáng)度抗衰退性能，膠乳作為復(fù)合添加劑之一的組劑，其主體還是超細(xì)水泥堵劑，在長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)下強(qiáng)度衰退非常緩慢，可以認(rèn)定為長(zhǎng)期有效。

2 多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑優(yōu)化

多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑主要應(yīng)用于淺層、極淺層低壓易漏失疏松砂巖油藏高危棄置井儲(chǔ)層封堵，可有效減少堵劑沿特高滲透帶或大孔道竄流，保障棄置井封堵的均勻性和質(zhì)量[4]。

2.1 多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑配方

多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑主要由顆粒固結(jié)劑、超細(xì)水泥、纖維和多功能懸浮劑按一定比例組成（表3）。

2.2 多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑性能評(píng)價(jià)

1）室內(nèi)采用可視砂床漏失評(píng)價(jià)儀裝置，在裝置底部裝入0.4～0.8 mm石英砂，分別將G級(jí)油井水泥漿，纖維水泥漿，多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑倒入，加壓0.7 MPa,每5 min測(cè)堵劑漏過砂子的體積，記錄數(shù)據(jù)。體積越大，表明堵劑在模擬儲(chǔ)層駐留能力越差，防漏失效果越差（表4）。

表3 多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑材料優(yōu)選表

表4 砂床漏失性能評(píng)價(jià)對(duì)比實(shí)驗(yàn)

相比于G級(jí)油井水泥和纖維水泥漿，多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑在漏失15 min后，堵劑在漏層表面已形成低滲屏蔽帶，漏失速率明顯減緩，0.5 h漏失量與水泥類堵劑相比漏失量降低40%以上,表明多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑具有較好的快速暫堵防漏失能力。

2）配制多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑，70℃水浴常壓養(yǎng)護(hù)3 d，用抗壓強(qiáng)度測(cè)定儀測(cè)抗壓強(qiáng)度大于20 MPa以上，可以滿足淺層、極淺層高危地區(qū)棄置井封堵工藝要求。

3 高危棄置井封堵工藝優(yōu)化

高危棄置井封堵工藝在執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)已射開儲(chǔ)層，根據(jù)儲(chǔ)層性質(zhì)不同，封堵采用多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑和膠乳、超細(xì)顆粒材料高強(qiáng)度堵劑，以提高封堵半徑和封堵強(qiáng)度，從源頭切斷天然氣的來源，提高堵劑抗應(yīng)力變化能力，并結(jié)合井筒的高質(zhì)量封堵提高棄置井的安全性[5]。①采用清洗劑清洗套管壁，提高堵劑和水泥塞與套管的膠結(jié)強(qiáng)度；②采用先替后擠、帶壓侯凝工藝擠注多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑和膠乳、超細(xì)顆粒材料高強(qiáng)度堵劑，防止堵劑反吐，提高堵劑與地層的膠結(jié)質(zhì)量；③井筒留200～300 m堵劑塞，克服水泥塞防氣竄能力差的缺陷；④井筒選合適位置下橋塞，注水泥塞與機(jī)械封堵相結(jié)合，提高井筒封堵質(zhì)量；⑤對(duì)于固井水泥返高較深的井選擇井段進(jìn)行二固處理。

4 高危棄置井封堵工藝技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)各類棄置井不同儲(chǔ)層需要采用多級(jí)粒徑組合防漏失堵劑、膠乳、超細(xì)材料高強(qiáng)度堵劑以及優(yōu)化的高危棄置井封堵工藝，2017年在大港油田高危地區(qū)共計(jì)實(shí)施棄置井封堵29井次，封堵合格率100%。

5 結(jié)論

1）膠乳、超細(xì)顆粒堵劑主要由膠乳聚合物、超微細(xì)顆粒、助流劑、防氣竄劑和緩凝劑組成,通過室內(nèi)大量實(shí)驗(yàn)研究確定了膠乳、超細(xì)顆粒堵劑的配方：超微細(xì)顆粒FHK+20%膠乳聚合物+5%助流劑SYZ+3%緩凝劑BXF-200L+6%防氣竄劑FQC+淡水，稠化時(shí)間大于250 min，抗壓強(qiáng)度為35 MPa,抗折強(qiáng)度7 MPa，該體系具有較強(qiáng)的抗折性能及本體強(qiáng)度，滿足棄置井封堵劑的要求。

2）多級(jí)粒徑防漏失堵劑由顆粒固結(jié)劑、超細(xì)水泥、纖維和多功能懸浮劑按一定比例組成，抗壓強(qiáng)度達(dá)到20 MPa，0.5 h漏失量與水泥類堵劑相比漏失量降低40%以上,具有較好的快速暫堵防漏失能力，該體系對(duì)淺層特別是疏松砂巖等油藏特點(diǎn)的棄置井封堵效果較好。

3）高危棄置井封堵工藝在執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高封堵的安全性，對(duì)已射開儲(chǔ)層，根據(jù)儲(chǔ)層性質(zhì)不同，封堵采用不同類型的堵劑，以提高封堵半徑和封堵強(qiáng)度，從源頭切斷天然氣的來源，提高堵劑抗應(yīng)力變化能力，結(jié)合井筒的高質(zhì)量封堵提高棄置井的安全性。2017年在大港油田高危地區(qū)共計(jì)實(shí)施棄置井封堵29井次，封堵合格率100%。