油性環(huán)氧樹脂水泥漿棄井治理環(huán)空帶壓的應(yīng)用

王純?nèi)瑖?yán)海兵，張作宏，付雨晗

(中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司，四川 成都 610051)

隨著天然氣勘探開發(fā)，由于管柱失效、固井質(zhì)量差、水泥環(huán)完整性被破壞、溫度壓力變化等原因，造成環(huán)空帶壓越來越多，給井筒完整性帶來挑戰(zhàn)，提出套管密封失效修復(fù)、提高水泥環(huán)完整性設(shè)計(jì)、完井生產(chǎn)控制等措施進(jìn)行防治，制定了一整套鉆井和生產(chǎn)管理方案[1-3]。環(huán)氧樹脂能提高混凝土的抗壓強(qiáng)度、膠結(jié)強(qiáng)度、增加韌性、耐腐蝕性[4]在建筑工業(yè)廣泛應(yīng)用。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明水溶性環(huán)氧樹脂水泥漿提高了抗污染能力、改善水泥石的強(qiáng)度和韌性[5]，并沒有現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用實(shí)例。親油性環(huán)氧樹脂在石油行業(yè)的堵水、棄井環(huán)空帶壓治理等方面得到應(yīng)用[6]。永久棄井必須滿足至少設(shè)置兩道永久井屏障要求[7]，角56 井水泥塞棄井過程中出現(xiàn)B 環(huán)空帶壓，采用電測(cè)井溫、擠環(huán)氧樹脂水泥漿等措施成功封堵環(huán)空氣竄。

1 基本情況

1.1 井身結(jié)構(gòu)

角56 井與鄰井角59 井的井口位置相距4m，均是長(zhǎng)期開采大安寨目的層的老井，無開采價(jià)值，準(zhǔn)備在套管內(nèi)注水泥塞棄井，詳細(xì)井身結(jié)構(gòu)見表1、表2。

表1 角56井井身結(jié)構(gòu)

表2 角59井井身結(jié)構(gòu)

1.2 環(huán)空帶壓情況

角56 井和角59 井在套管內(nèi)注水泥塞棄井前環(huán)空均不帶壓，注水泥塞后套管內(nèi)不帶壓，但角56井B環(huán)空（273.05mm 套管與177.8mm 套管之間）關(guān)井1 周內(nèi)逐漸漲至0.5MPa，開井點(diǎn)火，火焰高1～3m，持續(xù)10～15min。

1.3 嘗試的封竄情況

角59 井的C 環(huán)空（339.7mm 套管與244.5mm 套管之間）上部沒有封固，分別在1207～1209m 井段和1007～1009m井段對(duì)139.7mm套管和244.5mm套管進(jìn)行射孔，用封隔器試擠環(huán)空，壓力達(dá)24MPa而無法建立循環(huán)（當(dāng)量漏失壓力梯度3.0g/cm3），受套管安全強(qiáng)度影響，重新封固環(huán)空嘗試失敗。

2 封竄難點(diǎn)及方案

2.1 封竄難點(diǎn)

（1）氣竄來源無法確定。角56井與角59井兩井口位置只相距4m，有相互竄通可能，氣體的來源難確定，難制定針對(duì)性封竄措施。

（2）試擠吃入量小。由于套管多年老化，抗內(nèi)壓強(qiáng)度低，角59井環(huán)空液體沉淀多年，無法建立環(huán)空循環(huán)通道。地層致密、當(dāng)量密度達(dá)到3.0g/cm3地層才發(fā)生漏失，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。

（3）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）×10-3μm2，純水泥凝結(jié)28d的水泥石的收縮率約5%左右。

（4）環(huán)氧樹脂成本高，耐久性存疑。業(yè)主考慮成本高，文獻(xiàn)[8]對(duì)環(huán)氧樹脂的耐久性進(jìn)行長(zhǎng)壽命預(yù)測(cè)，雖然環(huán)氧樹脂在國(guó)外的棄井項(xiàng)目有成功運(yùn)用，也在四川殼牌區(qū)塊棄井取得較好的封竄效果[6]，但運(yùn)用時(shí)間短，未得到長(zhǎng)時(shí)間實(shí)踐證明。

2.2 封竄方案

（1)用電測(cè)井溫方法判斷氣體可能來源。

（2)套銑套管并進(jìn)行擴(kuò)眼清洗，提高液體進(jìn)入地層或微環(huán)隙的能力。

（3）采用環(huán)氧樹脂水泥漿在機(jī)橋上注水泥塞后階梯式擠入。

3 環(huán)氧樹脂水泥漿的組成及性能

3.1 環(huán)氧樹脂組成及稠化時(shí)間

環(huán)氧樹脂水泥為80%水泥漿和20%環(huán)氧樹脂比例混合，密度為1.74g/cm3。環(huán)氧樹脂密度為1.10g/cm3，由100%環(huán)氧樹脂1+33.3%環(huán)氧樹脂2+38.7%固化劑組成。水泥漿密度為1.90g/cm3，由100%嘉華G級(jí)水泥+5%膨脹劑+0.1%降水劑A+0.5%降水劑B+0.8%分散劑+0.2%緩凝劑+0.06%消泡劑組成。

環(huán)氧樹脂水泥漿稠化時(shí)間，460min/35℃×21MPa；308min/45℃×21MPa。

3.2 抗壓強(qiáng)度及韌性

環(huán)氧樹脂水泥漿隨著環(huán)氧樹脂的增加水泥石的抗壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度增加和楊式彈性模量降低，加入20%環(huán)氧樹脂的水泥漿凝結(jié)后抗壓強(qiáng)度增加7%而剪切強(qiáng)度增加了18%，水泥石的滲透率降低了75%[9]。環(huán)氧樹脂抗污染性能強(qiáng)，被鉆井液污染不大于30%條件下能形成強(qiáng)度[10]。

從表3可以看出，分別取現(xiàn)場(chǎng)水泥漿和環(huán)氧樹脂水泥漿同時(shí)養(yǎng)護(hù)，環(huán)氧樹脂水泥漿水泥石抗壓強(qiáng)度分別提高11%和12.9%。

3.3 穿透裂縫或微間隙能力

水泥顆粒不能進(jìn)入微裂縫或間隙時(shí)，由于環(huán)氧樹脂中無固相顆粒粘度低和搭橋封堵，親油的環(huán)氧樹脂水泥漿的環(huán)氧樹脂能進(jìn)入微裂縫或微間隙，提高穿透微裂縫或微間隙能力。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

4.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

（1）電測(cè)井溫找環(huán)空氣體可能來源。根據(jù)流體流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致井溫異常而判斷氣竄的井段，下放和上提電測(cè)儀器電測(cè)的井溫梯度都在角59井井深1330m（校正）左右時(shí)發(fā)生降低現(xiàn)象，確定最可能的氣體來源為該處（圖1）電測(cè)井溫判斷，氣體是從角59 井的C 環(huán)空（339.7mm套管與244.5mm套管之間）竄向角56井的B環(huán)空（273.05mm套管與177.8mm套管之間）。

圖1 電測(cè)角59井井溫梯度部分圖

（2）井筒準(zhǔn)備。角59 井933.3～938.8m 井段的244.5mm 套管，用偏心鍛銑器鍛銑井段并擴(kuò)眼至311.2mm，電測(cè)井徑，最小井徑318mm，最大井徑達(dá)368mm。在套管943m處坐封了一個(gè)機(jī)橋，采用清水置換井筒液體，大排量清洗鍛銑井段，確保井筒清潔。

（3）施工情況。下?73mm 油管至939.3m，注環(huán)氧樹脂水泥漿2.8m3，頂替水2.7m3，上提油管至884m 反循環(huán)洗井1 周，采用階梯擠樹脂水泥漿，關(guān)井7MPa 候凝24h，擠樹脂水泥情況如圖2所示。高壓時(shí)有部分液體進(jìn)入地層或者微間隙，階梯擠樹脂水泥漿約0.149m3。

圖2 角59井?dāng)D樹脂水泥漿施工壓力

4.2 封堵效果及分析

角59井關(guān)井候凝24h后壓力降至3MPa，角56井B環(huán)空氣體逐漸減少至無，4 年后未發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w，環(huán)空氣竄成功封堵，角56井環(huán)空氣竄治理成功。

角59 井套銑后擴(kuò)眼至最大外徑368mm，而樹脂水泥漿滲透率低，膠結(jié)強(qiáng)度大，水泥塞的密封效果良好。高壓時(shí)有部分環(huán)氧樹脂液體進(jìn)入地層或者微間隙，階梯擠樹脂水泥漿約0.149m3，有效封堵環(huán)空微間隙。

4.3 存在問題

溫度明顯影響水泥漿的稠化時(shí)間，將環(huán)氧樹脂緩慢流入水泥漿并攪拌均勻10min 后，環(huán)氧樹脂水泥漿在室外溫度15℃條件下，溫度升至44℃左右，考慮第一次使用，在溫度35℃×21MPa 條件下環(huán)氧樹脂水泥漿稠化時(shí)間調(diào)至460min，溫度高點(diǎn)（45℃）稠化時(shí)間為308min。由于本井的循環(huán)溫度低，溫度的異常升高，入井會(huì)降低水泥漿溫度，注水泥塞施工時(shí)間為150min，施工是安全的，立即進(jìn)行施工。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)未發(fā)生溫度的異常升高，現(xiàn)場(chǎng)混拌作業(yè)時(shí)發(fā)生可能的原因是雜質(zhì)或者添加劑沖突，需要進(jìn)一步分析。

5 結(jié)論建議

（1）采用電測(cè)井溫找環(huán)空氣竄的來源、注環(huán)氧樹脂水泥漿、階梯擠注等措施封堵鄰井環(huán)空成功治理角56井環(huán)空氣竄，為以后治理環(huán)空帶壓和提高井筒長(zhǎng)期完整性提供了借鑒。

（2）環(huán)氧樹脂無固相、粘度低、抗污染能力強(qiáng)有利于進(jìn)入微間隙或微裂縫封堵氣竄通道。

（3）在混拌時(shí)，環(huán)氧樹脂水泥漿溫度異常升高，需要進(jìn)一步研究環(huán)氧樹脂水泥漿的綜合性能。