高危地區棄置井封堵技術研究與應用

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區、居民區、海上、灘涂及儲氣（油）庫等安全及環境保護十分敏感的區域，由于各種原因報廢停產的油氣水井。近些年因這些井的油氣泄漏造成人員傷亡和環境污染事故時有發生，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中心地帶，又是華北地區地下儲氣庫主要建設基地[1]。因此高質量的完成棄置井封堵作業,對于保護周邊人民生命財產安全具有十分重要的意義。通過對不同油氣藏儲層特點，針對性開發出多級粒徑組合防漏失堵劑和膠乳、超細顆粒高強度堵劑，優化研究了高危棄置井封堵工藝，經現場推廣應用，達到了棄置井永久性安全的目的。

1 不同儲層類型高危棄置井儲層封堵堵劑體系研究

1.1 膠乳-超細顆粒高強度堵劑配方研究

針對海上、儲氣庫等高危地區老井封堵需要堵劑有較高的強度、良好的韌性及防氣竄性能，以減少地層應力變化對堵劑的影響，提高棄置井封堵質量和安全性[2]。研究的膠乳、超細顆粒堵劑主要由膠乳聚合物、超微細顆粒、助流劑、防氣竄劑和緩凝劑組成。通過室內大量實驗研究確定了70℃條件下膠乳、超細顆粒堵劑的配方：超微細顆粒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、超細顆粒高強度堵劑性能評價

以膠乳、超細顆粒堵劑配方為基礎，對其稠化時間、抗壓強度、抗折強度、氣測滲透率等性能進行了評價[3]。

1）采用高溫高壓稠化儀，在70℃、20 MPa條件下對研發的堵劑稠化時間進行了評價。實驗結論為在70℃，20 MPa下膠乳、超細顆粒高強度堵劑稠化時間大于250 min，可以滿足棄置井封堵施工安全要求。

2）配置膠乳、超細顆粒高強度堵劑，置于70℃水浴條件下常壓恒溫養護3 d，采用抗壓強度試驗儀對堵劑的抗壓強度進行了測定。實驗結論為70℃水浴養護3 d后，膠乳、超細顆粒高強度堵劑抗壓強度達到35 MPa以上，可以滿足高危地區棄置井封堵永久性安全要求。

3）將相同固液比條件下的G級水泥與膠乳、超細顆粒堵劑的抗折強度進行了對比、評價。實驗條件均為70℃恒溫水浴養護3 d后所測，抗折強度可達到7 MPa以上,是普通水泥類堵劑的2倍以上。

4)利用氣相滲透率測定儀對膠乳、超細顆粒堵劑的防氣竄性能進行了室內評價實驗，并將其與普通G級水泥漿、超細水泥堵劑進行了對比（表1）。

表1 膠乳、超細顆粒堵劑氣測滲透率評價實驗

從表1實驗結果可以看出，膠乳-超細顆粒堵劑固化后的氣相滲透率明顯小于普通的G級油井水泥和目前常用的超細水泥堵劑，這表明膠乳、超細顆粒堵劑具有優良的防氣竄性能。

5）將配置好的膠乳、超細顆粒堵劑倒入養護模型中，放入70℃、20 MPa的條件下養護，根據不同的養護時間來測量抗壓強度的變化（表2）。

表2 膠乳、超細顆粒堵劑強度衰退評價實驗

膠乳、超細顆粒堵劑固化后具有較好的強度抗衰退性能，膠乳作為復合添加劑之一的組劑，其主體還是超細水泥堵劑，在長期養護下強度衰退非常緩慢，可以認定為長期有效。

2 多級粒徑組合防漏失堵劑優化

多級粒徑組合防漏失堵劑主要應用于淺層、極淺層低壓易漏失疏松砂巖油藏高危棄置井儲層封堵，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量[4]。

2.1 多級粒徑組合防漏失堵劑配方

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

2.2 多級粒徑組合防漏失堵劑性能評價

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

表3 多級粒徑組合防漏失堵劑材料優選表

表4 砂床漏失性能評價對比實驗

相比于G級油井水泥和纖維水泥漿，多級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）配制多級粒徑組合防漏失堵劑，70℃水浴常壓養護3 d，用抗壓強度測定儀測抗壓強度大于20 MPa以上，可以滿足淺層、極淺層高危地區棄置井封堵工藝要求。

3 高危棄置井封堵工藝優化

高危棄置井封堵工藝在執行相關標準的基礎上，對已射開儲層，根據儲層性質不同，封堵采用多級粒徑組合防漏失堵劑和膠乳、超細顆粒材料高強度堵劑，以提高封堵半徑和封堵強度，從源頭切斷天然氣的來源，提高堵劑抗應力變化能力，并結合井筒的高質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強度；②采用先替后擠、帶壓侯凝工藝擠注多級粒徑組合防漏失堵劑和膠乳、超細顆粒材料高強度堵劑，防止堵劑反吐，提高堵劑與地層的膠結質量；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，注水泥塞與機械封堵相結合，提高井筒封堵質量；⑤對于固井水泥返高較深的井選擇井段進行二固處理。

4 高危棄置井封堵工藝技術應用

根據各類棄置井不同儲層需要采用多級粒徑組合防漏失堵劑、膠乳、超細材料高強度堵劑以及優化的高危棄置井封堵工藝，2017年在大港油田高危地區共計實施棄置井封堵29井次，封堵合格率100%。

5 結論

1）膠乳、超細顆粒堵劑主要由膠乳聚合物、超微細顆粒、助流劑、防氣竄劑和緩凝劑組成,通過室內大量實驗研究確定了膠乳、超細顆粒堵劑的配方：超微細顆粒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，稠化時間大于250 min，抗壓強度為35 MPa,抗折強度7 MPa，該體系具有較強的抗折性能及本體強度，滿足棄置井封堵劑的要求。

2）多級粒徑防漏失堵劑由顆粒固結劑、超細水泥、纖維和多功能懸浮劑按一定比例組成，抗壓強度達到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，該體系對淺層特別是疏松砂巖等油藏特點的棄置井封堵效果較好。

3）高危棄置井封堵工藝在執行相關標準的基礎上，為了進一步提高封堵的安全性，對已射開儲層，根據儲層性質不同，封堵采用不同類型的堵劑，以提高封堵半徑和封堵強度，從源頭切斷天然氣的來源，提高堵劑抗應力變化能力，結合井筒的高質量封堵提高棄置井的安全性。2017年在大港油田高危地區共計實施棄置井封堵29井次，封堵合格率100%。