新型環(huán)氧樹脂在四川殼牌區(qū)塊棄井項目的應(yīng)用

王純?nèi)蠲榔剑w常青，劉世彬，鄧 理，孫紅偉

（中石油川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司）

王純?nèi)?新型環(huán)氧樹脂在四川殼牌區(qū)塊棄井項目的應(yīng)用.鉆采工藝，2019，42（5）：110-112

環(huán)氧樹脂材料在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，加入混凝土中能提高抗壓強度、膠結(jié)強度、增加韌性、耐腐蝕性［1-3］，而在石油工業(yè)應(yīng)用不多，其中環(huán)氧樹脂在文留油田堵水、熱敏性樹脂在華北油田封竄效果較理想［4-6］。四川殼牌區(qū)塊井身結(jié)構(gòu)為油層套管垂深3 300～4 700 m，技術(shù)套管垂深2 500～3 000 m，部分井由于生產(chǎn)或固井等原因造成A、B環(huán)空帶壓，屬于高溫高壓井。該區(qū)塊進(jìn)行永久棄井，應(yīng)滿足高溫高壓及高含硫井完整性指南要求至少設(shè)置兩道永久井屏障［7］，必須治理環(huán)空帶壓問題。部分井多次擠水泥封堵環(huán)空帶壓問題未成功，導(dǎo)致套管內(nèi)帶壓。采用新型環(huán)氧樹脂，階梯式擠入環(huán)空微間隙，封堵環(huán)空，解決了這一難題。

一、封竄難點及方案

1.封竄難點

（1）試擠吃入量小。該區(qū)塊地層致密、地層壓力高，破裂壓力當(dāng)量密度高達(dá)2.6 g／cm3以上，地層未破裂前擠入困難。套管外部的泥漿竄槽可能沒有與射孔或鍛銑井段連通，一些裂縫性微環(huán)間隙可能只允許氣體通過而水泥漿無法進(jìn)入［8］。擠水泥前試擠吃入量很低，在30～50 MPa條件下，壓降小于0.5 MPa／10 min。

（2）水泥固有特性封竄難。常規(guī)水泥顆粒粒徑范圍為1～100μm，水泥很難進(jìn)入微環(huán)隙。水泥硬化形成大孔隙、微孔隙，水泥石的滲透率在0.01～0.1 mD，純水泥凝結(jié)28 d的水泥石的收縮率約5%左右［9］，現(xiàn)場加降失水劑的水泥漿形成的水泥石7 d滲透率0.02～0.06 mD，易形成竄氣通道。

（3）高壓擠注造成水泥環(huán)密封性下降。由于套管與水泥環(huán)的彈性形變能力不同，高壓擠注再泄壓時，在套管與水泥環(huán)間（第一界面）產(chǎn)生了微環(huán)隙或者水泥環(huán)中產(chǎn)生微間隙［10-11］，造成水泥環(huán)的密封性下降。

2.封竄方案

（1）擠入前對套管鍛銑井段或射孔井段，采用化學(xué)沖洗液清洗，提高液體進(jìn)入地層或微環(huán)隙的能力。

（2）采用新型環(huán)氧樹脂，更易進(jìn)入地層或微環(huán)隙。

（3）采用階梯式擠入，擠入壓力前期逐漸升高，后期逐漸降低，避免產(chǎn)生微環(huán)隙。

二、新型環(huán)氧樹脂的組成及性能

1.新型環(huán)氧樹脂組成及常規(guī)性能

新型環(huán)氧樹脂主要由環(huán)氧樹脂A、環(huán)氧樹脂及B及固化劑組成，不溶于水，密度1.10～1.13 g／cm3。適用于井底靜止溫度小于107℃。稠化時間根據(jù)各成分比例可調(diào)至滿足設(shè)計要求，與水泥漿稠化實驗一致。

表1 新型環(huán)氧樹脂在不同溫度下范式旋轉(zhuǎn)黏度計的讀數(shù)

2.流變性能

新型環(huán)氧樹脂液體的流變性受溫度影響大，室內(nèi)實驗測試不同溫度下的黏度，從表1可知環(huán)氧樹脂的黏度受溫度升高而降低?，F(xiàn)場通過連續(xù)油管穩(wěn)定排量泵注樹脂1.0 m3后用清水頂替入井（見圖1），可以看出隨著溫度的升高泵壓逐漸降低，最后頂替施工壓力與泵注清水壓力差別不大。

圖1 頂替環(huán)氧樹脂施工壓力

3.抗壓強度及韌性

環(huán)氧樹脂凝結(jié)后抗壓強度高達(dá)86.2 MPa，變形量達(dá)21%［12］，比常規(guī)水泥石抗壓強度和韌性更優(yōu)，見圖2。

圖2 環(huán)氧樹脂的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系

現(xiàn)場在88℃實驗條件養(yǎng)護(hù)48 d，抗壓強度60 MPa；32.2℃實驗條件養(yǎng)護(hù)48 h，抗壓強度16.6 MPa，抗壓強度明顯高于水泥石。

4.防氣竄性能

新型環(huán)氧樹脂由液態(tài)變成固態(tài)過程中，不發(fā)生失重，仍然傳遞靜液柱壓力。模擬實驗顯示，當(dāng)氣體壓力超過樹脂液柱壓力時，有氣泡產(chǎn)生，但不形成連續(xù)的竄槽通道［12］。

5.穿透裂縫或微間隙能力

由于環(huán)氧樹脂中無固相顆粒，且流變性受溫度影響大，高溫下黏度接近于水，故穿透力優(yōu)于水泥漿等其他含固相的液體。環(huán)氧樹脂由于沒有固體顆粒搭橋而生成容易滲透微孔材料，因此環(huán)氧樹脂凝結(jié)后沒有孔隙，滲透率為零［13］。

三、現(xiàn)場應(yīng)用

1.Z4井?dāng)D樹脂封竄實例

1.1 基本情況

Z4井井深4 532 m，井段3 589～4 470 m壓裂后，A環(huán)空壓力漲至28 MPa，在井段3 426～4 200 m注水泥塞，并鍛銑了10 cm套管，擠入環(huán)空0.8 m3水泥漿，環(huán)空壓力為零，關(guān)井4個月后環(huán)空壓力漲至3.2 MPa，采用水泥漿封竄非常困難。

1.2 封竄情況

第一次擠環(huán)氧樹脂。井段3 250～3 240 m，注樹脂0.8 m3，頂替4.7 m3，停泵10 min，擠入壓力最高58.1 MPa，逐漸降至7 MPa關(guān)井，共擠入0.08 m3樹脂，關(guān)井候凝24 h后，環(huán)空有氣泡排出。

第二次擠環(huán)氧樹脂。井段2 942～2 932 m，注樹脂1.0 m3，頂替4.7 m3，停泵10 min，擠入壓力最高37.5 MPa，逐漸降至7 MPa關(guān)井，共擠入0.12 m3樹脂，關(guān)井候凝24 h，觀察15 d后，環(huán)空無氣泡排出，A環(huán)空封竄成功。

1.3 擠樹脂封竄效果分析

第一次擠環(huán)氧樹脂壓力高，在58 MPa壓力條件下，15 min壓力降低了0.42 MPa，擠入樹脂量極少，甚至沒有擠入。可能是射孔未與環(huán)空微間隙連通，導(dǎo)致擠環(huán)氧樹脂封竄效果差。第二次擠入壓力最高達(dá)37.5 MPa，擠入樹脂量明顯增加，環(huán)空氣泡逐漸減少，最后無氣泡排出，封竄效果良好。封竄效果表明，新型環(huán)氧樹脂雖然穿透微間隙的能力強，環(huán)空封竄的關(guān)鍵是能否成功擠入微間隙。

2.Z19井?dāng)D樹脂封竄實例

2.1 基本情況

井深4 691 m，對須家河地層壓裂后，A環(huán)空壓力漲至約42 MPa，在井段4 170～4 655 m注水泥塞封堵壓裂井段后，在3 475～3 505 m、3 120～3 130 m、980～990 m套管射孔擠水泥后，套管內(nèi)無壓力，但A環(huán)空壓力3 d逐漸漲至7.6 MPa，6 d漲至21.2 MPa。

重新鍛銑套管3 097.3～3 104.3 m，擠水泥，并在850～1 015 m井段注水泥塞，套管內(nèi)16 h測試無壓力，環(huán)空壓力有少量氣泡。觀察6個月后套管內(nèi)壓力26 MPa，A環(huán)空壓力16.5 MPa，采用水泥漿第二階段環(huán)空封竄失敗。

2.2 封竄情況

第一次擠環(huán)氧樹脂。井段2 990～3 000 m，注樹脂0.8 m3，頂替4.8 m3，停泵10 min，擠入壓力最高55.2 MPa，逐漸降至35 MPa關(guān)井，共擠入0.062 m3樹脂，24 h后，環(huán)空有連續(xù)氣泡排出。

第二次擠環(huán)氧樹脂。井段2 669～2 679 m，注樹脂0.6 m3，頂替4.8 m3，停泵10 min，擠入壓力最高54.5 MPa，逐漸降至7 MPa關(guān)井，共擠入0.105 m3樹脂，24 h后，環(huán)空氣泡間斷排出，封竄取得明顯效果。

第三次擠環(huán)氧樹脂。井段871～873 m，注樹脂0.6 m3，頂替4.8 m3，停泵10min，擠入壓力最高48.6 MPa，逐漸降至7 MPa關(guān)井，共擠入0.044 m3樹脂，15 d后環(huán)空無氣泡排出，封竄成功。

2.3 擠樹脂封竄效果分析

第一次擠樹脂關(guān)井35 MPa壓力候凝24 h，環(huán)空無氣泡排出，當(dāng)套管泄壓后，環(huán)空有連續(xù)氣泡排出，表明樹脂沒有進(jìn)入微間隙，泄壓后套管收縮形成微間隙，成為氣竄通道。第二次汲取教訓(xùn)，采用關(guān)井7 MPa候凝后，取得明顯效果。第三次擠入壓力更低，樹脂較易進(jìn)入微間隙，封竄成功。

3.部分井封竄情況

在Z4、Z19井采用階梯式擠注環(huán)氧樹脂進(jìn)行環(huán)空封竄取得成功的基礎(chǔ)上，在殼牌四川項目推廣運用此技術(shù)取得成功，部分井施工統(tǒng)計見表2。

表2 擠環(huán)氧樹脂環(huán)空封竄成功的部分井施工統(tǒng)計

四、結(jié)論

（1）擠環(huán)氧樹脂進(jìn)行環(huán)空封竄方案是成功的，環(huán)氧樹脂有效進(jìn)入環(huán)空微間隙，階梯式擠注減少了環(huán)空微間隙的產(chǎn)生。新型環(huán)氧樹脂在四川殼牌區(qū)塊棄井項目中成功封堵環(huán)空氣竄問題，提高井筒完整性，為四川殼牌區(qū)塊棄井項目提供了關(guān)鍵技術(shù)保障。

（2）新型環(huán)氧樹脂由于沒有固體顆粒，穿透微間隙的能力明顯比水泥強，環(huán)空封竄的關(guān)鍵是能否成功擠入微間隙。

（3）新型環(huán)氧樹脂凝結(jié)后無滲透率，抗壓強度高，韌性好，建議進(jìn)行環(huán)氧樹脂水泥漿研究，提高封隔高溫、高壓井的環(huán)空油氣流的能力，增強井筒的長期完整性。