新型環氧樹脂在四川殼牌區塊棄井項目的應用

王純全，李美平，趙常青，劉世彬，鄧 理，孫紅偉

（中石油川慶鉆探工程公司井下作業公司）

王純全等.新型環氧樹脂在四川殼牌區塊棄井項目的應用.鉆采工藝，2019，42（5）：110-112

環氧樹脂材料在工業中廣泛應用，加入混凝土中能提高抗壓強度、膠結強度、增加韌性、耐腐蝕性［1-3］，而在石油工業應用不多，其中環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］。四川殼牌區塊井身結構為油層套管垂深3 300～4 700 m，技術套管垂深2 500～3 000 m，部分井由于生產或固井等原因造成A、B環空帶壓，屬于高溫高壓井。該區塊進行永久棄井，應滿足高溫高壓及高含硫井完整性指南要求至少設置兩道永久井屏障［7］，必須治理環空帶壓問題。部分井多次擠水泥封堵環空帶壓問題未成功，導致套管內帶壓。采用新型環氧樹脂，階梯式擠入環空微間隙，封堵環空，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。該區塊地層致密、地層壓力高，破裂壓力當量密度高達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，一些裂縫性微環間隙可能只允許氣體通過而水泥漿無法進入［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。常規水泥顆粒粒徑范圍為1～100μm，水泥很難進入微環隙。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28 d的水泥石的收縮率約5%左右［9］，現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密封性下降。由于套管與水泥環的彈性形變能力不同，高壓擠注再泄壓時，在套管與水泥環間（第一界面）產生了微環隙或者水泥環中產生微間隙［10-11］，造成水泥環的密封性下降。

2.封竄方案

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

（2）采用新型環氧樹脂，更易進入地層或微環隙。

（3）采用階梯式擠入，擠入壓力前期逐漸升高，后期逐漸降低，避免產生微環隙。

二、新型環氧樹脂的組成及性能

1.新型環氧樹脂組成及常規性能

新型環氧樹脂主要由環氧樹脂A、環氧樹脂及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℃。稠化時間根據各成分比例可調至滿足設計要求，與水泥漿稠化實驗一致。

表1 新型環氧樹脂在不同溫度下范式旋轉黏度計的讀數

2.流變性能

新型環氧樹脂液體的流變性受溫度影響大，室內實驗測試不同溫度下的黏度，從表1可知環氧樹脂的黏度受溫度升高而降低。現場通過連續油管穩定排量泵注樹脂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 頂替環氧樹脂施工壓力

3.抗壓強度及韌性

環氧樹脂凝結后抗壓強度高達86.2 MPa，變形量達21%［12］，比常規水泥石抗壓強度和韌性更優，見圖2。

圖2 環氧樹脂的應力與應變關系

現場在88℃實驗條件養護48 d，抗壓強度60 MPa；32.2℃實驗條件養護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

新型環氧樹脂由液態變成固態過程中，不發生失重，仍然傳遞靜液柱壓力。模擬實驗顯示，當氣體壓力超過樹脂液柱壓力時，有氣泡產生，但不形成連續的竄槽通道［12］。

5.穿透裂縫或微間隙能力

由于環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，故穿透力優于水泥漿等其他含固相的液體。環氧樹脂由于沒有固體顆粒搭橋而生成容易滲透微孔材料，因此環氧樹脂凝結后沒有孔隙，滲透率為零［13］。

三、現場應用

1.Z4井擠樹脂封竄實例

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，擠入環空0.8 m3水泥漿，環空壓力為零，關井4個月后環空壓力漲至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關井，共擠入0.08 m3樹脂，關井候凝24 h后，環空有氣泡排出。

第二次擠環氧樹脂。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關井，共擠入0.12 m3樹脂，關井候凝24 h，觀察15 d后，環空無氣泡排出，A環空封竄成功。

1.3 擠樹脂封竄效果分析

第一次擠環氧樹脂壓力高，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。可能是射孔未與環空微間隙連通，導致擠環氧樹脂封竄效果差。第二次擠入壓力最高達37.5 MPa，擠入樹脂量明顯增加，環空氣泡逐漸減少，最后無氣泡排出，封竄效果良好。封竄效果表明，新型環氧樹脂雖然穿透微間隙的能力強，環空封竄的關鍵是能否成功擠入微間隙。

2.Z19井擠樹脂封竄實例

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，套管內無壓力，但A環空壓力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16 h測試無壓力，環空壓力有少量氣泡。觀察6個月后套管內壓力26 MPa，A環空壓力16.5 MPa，采用水泥漿第二階段環空封竄失敗。

2.2 封竄情況

第一次擠環氧樹脂。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關井，共擠入0.062 m3樹脂，24 h后，環空有連續氣泡排出。

第二次擠環氧樹脂。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關井，共擠入0.105 m3樹脂，24 h后，環空氣泡間斷排出，封竄取得明顯效果。

第三次擠環氧樹脂。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關井，共擠入0.044 m3樹脂，15 d后環空無氣泡排出，封竄成功。

2.3 擠樹脂封竄效果分析

第一次擠樹脂關井35 MPa壓力候凝24 h，環空無氣泡排出，當套管泄壓后，環空有連續氣泡排出，表明樹脂沒有進入微間隙，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，采用關井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氧樹脂進行環空封竄取得成功的基礎上，在殼牌四川項目推廣運用此技術取得成功，部分井施工統計見表2。

表2 擠環氧樹脂環空封竄成功的部分井施工統計

四、結論

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

（2）新型環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，環空封竄的關鍵是能否成功擠入微間隙。

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