低溫淺層氣井環空帶壓封竄工藝

高果成 王文斌 黃偉 楊超

關鍵詞：蘇碼頭區；淺層；低溫；環空帶壓；疏通地層；暫堵井周；封竄

0 引言

蘇碼頭構造位于四川盆地川西中新生代沉積坳陷區南部，靠近成都凹陷東側，其淺層氣存在于侏羅系蓬萊鎮組，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］。套管程序為：?244.5 mm 表層套管下至井深200 m，?139.7 mm 技術套管下至蓬萊鎮組或須家河組。受生產技術限制，單井采用正注反擠方式固井，生產套管中段固井均存在600～900 m 空套。2008 年進入開發后期，生產規模逐年減小，氣井整體產量降低，其中33 口井存在井筒及環空出氣帶壓問題，需要對該區單井進行永久性封堵［2］。封堵前對環空帶壓原因進行了分析，研究認為，該區單井環空帶壓主要由套管外環空封固質量［3］或套損、射孔［4］引起儲層氣體逸竄至環空及井筒造成的。

封井前對各層求吸水，須家河組擠入壓力6～8 MPa，30 min 壓降至1 MPa 以內，環空壓力上升，出氣量增大，鄰井壓力波動，1 d 后緩慢降低；蓬萊鎮組擠入壓力4～5 MPa，30 min 壓降至1 MPa 以內，環空有氣液返出，鄰井環空竄氣量增大，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，環空有返出，鄰井壓力波動明顯；對儲層進行擠封，5d 后擠封失效，環空及井筒壓力上升。分析認為原因如下 ：（1） 蓬萊鎮組以粉砂巖和細砂巖為主，屬于中低孔致密儲層，平面內非均質性強，竄流通道連通性差，導致地層吸水性較差；（2） 蓬萊鎮組原始地層壓力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，常規水泥漿防竄性能不足導致擠封失效；（3） 該區均存在300～900 m固井空段，水泥環封固段越長，封竄通道連通性差別越大［6］。（4） 淺層采用常規水泥堵劑會出現低溫凝結時間難以控制問題［7］，固化過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險［8］。如果按照API 推薦，整井采用一次擠封方式無法有效控制堵劑進入蓬萊鎮組及上部淺層氣竄環空。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，該措施對單井封竄效果較好。為了實現對氣井井間竄流的有效封堵，進行了技術升級［9］，提出了“一梳二堵三封”封竄工藝：（1） 根據氣體泄漏速率對須家河組竄逸氣源進行風險評估分類，基于分類結果選擇合適的堵劑；（2） 利用驅替液對蓬萊鎮組及淺層進行疏通處理，提高地層對堵劑的滲吸能力，之后擠入高強G521 凝膠提高近井帶承壓能力；（3） 采用高強度油溶性樹脂固井工作液確保封堵劑低溫固化后力學性能，對見氣孔道尾追堵劑完成環空及淺層封堵封竄。

1 治理工藝設計

對蘇碼頭區帶壓井進行了統計，發現44 口待封井中有33 口井存在帶壓情況，見表1。針對淺層低溫、井叢竄流采取了針對性治理措施，保證了該區單井封井封竄的順利進行。

1.1 封堵竄氣源層位

為安全環保起見，對儲層氣體泄漏速率進行了檢測，并據此確定封竄堵劑及其用量，以確保對氣源層位有效封堵［10］。對氣體泄漏速率接近可燃介質0.085 kg/s 時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 級油井水泥+1 000 目超細水泥+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% 直連型羥基有機酸鹽緩凝劑（化劑產品均來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32 Bc，通過調節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，能成膜以降低靜態固化過程中氣竄風險，同時該體系在水中展現出穩定的流動膠團狀態，防止氣體突破水泥漿體系；對于氣體泄露速率明顯低于可燃介質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/氧化鈣復配膨脹劑，水灰比為0.55。通過調節減阻劑降低儲層擠入摩阻，增加擠入量，通過膨脹劑增大水泥漿體系固化后體積，提高對孔隙及氣竄通道的填充效率。2 種水泥漿體系性能見表2，因該區塊徐家河組溫度低于60 ℃，同時考慮循環溫度導致井筒溫度的暫時降低，因此抗壓強度測試條件50 ℃、48h，失水量測試條件是50 ℃、6.9 MPa、30 min。

1.2 疏通蓬萊鎮組地層

為提高暫堵凝膠及封竄堵劑在蓬萊鎮組封堵效果，決定選用前置驅替液先疏通地層［13］。優選的納米前置驅替液配方為：0.3% 改性親水納米二氧化硅驅油劑+0.25% 陰-非離子型表面活性劑+0.05% 生物脂肽類表面活性劑。該前置驅替液改善了納米材料表面親水性能，可以去除儲層巖石孔隙附著物、分散有機物并降低黏度，減少油水相賈敏效應從而逆轉巖石潤濕性，降低流動阻力，并提高巖石孔隙自發吸水能力，其結果就是降低了注入壓力，增加了擠入量［14］。在室溫下進行流體巖心自滲驅替效能對比實驗，實驗結果見圖1，納米前置驅替液較其他驅替液有效提高了巖石滲吸能力。其增強的吸收率主要在20～60 h 內發生，而擴散過程在96 h 內完成。

1.3 凝膠封堵近井帶高滲層

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

1.4 封淺層及環空

“油溶性改性環氧樹脂+丙酮/苯甲醇復配稀釋劑+脂肪胺/低分子聚酰胺/改性胺”與固化劑復配形成的高強度油溶性樹脂固井工作液可用來封堵淺層及環空。在室溫、48 h 條件下對多種堵劑進行了基礎力學性能對比，其中彈性模量、泊松比為168 h 測試值，由表3 可知：高強度油溶性樹脂固化體抗壓強度及抗折強度均高于其他水泥石，其彈性模量低、泊松比高，力學性能優異；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逸氣通道，解決了固化過程中的氣竄問題；且因其為高分子無固相特征，因此具有可填充微小空隙的特點，能降低近井孔隙滲透率。

壓力變化會引起部分微小環空氣竄通道開啟和閉合［17］，油溶性樹脂能夠有針對性地填充氣竄通道，固化后體積收縮率約為0.2%，導致油溶性樹脂在環空氣竄通道內不能連續填充，因此需要選擇含有小粒徑固相顆粒的骨架材料填充該類氣竄通道，防止高滲、疏松層蠕變，支撐竄逸通道形態，以免壓力下降時竄氣通道壓縮［18］。常規水泥漿體系大粒徑固相顆粒會造成擠入壓力過高，甚至無法擠入，因此提出采用超細晶須膨脹水泥漿作為骨架材料，增強油溶性樹脂的固化形態穩定性；超細材料可以填充30 μm 以下孔隙，形成的晶枝晶須可以提高封固強度，同時采用具有水化后發熱膨脹的硫鋁酸鈣/氧化鈣復配膨脹劑材料提高水泥的固化填充效果。水泥漿配方：G 級油井水泥+0.2%～0.3% 聚丙烯酸減阻劑+1% 納米枝晶超細晶須材料（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脂后尾追水泥漿。3 種水泥漿體系膨脹率對比如圖3 所示，可以看出，超細晶須膨脹體系膨脹效果較常規膨脹體系優異。

2 現場試驗

為驗證工藝策略的可行性，選擇了位于蘇碼頭區塊成都天府新區的Q17-2 井叢作為試驗對象，該井叢距成都市中心21 km，井口距離最近樓盤50 m。通過一系列治理措施，實現了對MQ17 井叢管外竄流的成功治理，監測至今再未發現帶壓出氣，如表4 所示。具體治理過程如下。

2.1 擠封氣源層

通過排液法測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 計算，氣體泄露速率為0.000 14 kg/s，低于可燃介質0.085 kg/s，射孔段擠封直徑設計為3 m，采用7 m3 微膨脹低摩阻水泥漿體系同時對3 口井儲層進行封堵，擠封后井口及環空繼續帶壓，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”工藝實施

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

3 結論

（1） 針對淺層氣竄問題，提出了“一疏二堵三封”治理工藝，通過納米級二氧化硅前置驅替液疏通地層、高強度聚丙烯酰胺凝膠暫堵氣竄層、室溫下可固化高強度油溶性樹脂工作液并尾追可自發熱膨脹超細晶須膨脹水泥漿封堵環空竄氣通道，將一次封竄成功率提高至100%，解決了蘇碼頭區井口及環空帶壓的治理需求，具有經濟發展和環境保護的雙重價值。

（2） 現場吸水量測試表明鄰井存在壓力波動，分析認為原因是井間存在氣竄，但未對井間氣竄機理進行研究，下一步應對井間氣竄影響因素和動態特性展開研究，以提高工藝成效。

（3） 雖然解決了采用籠統擠封法封竄易失效的問題，但下一步還要對該工藝在更加復雜井況下的封堵效果及其長期穩定性進行評估。