油性環(huán)氧樹脂水泥漿棄井治理環(huán)空帶壓的應用

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(中國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、提高水泥環(huán)完整性設計、完井生產(chǎn)控制等措施進行防治，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度、膠結(jié)強度、增加韌性、耐腐蝕性[4]在建筑工業(yè)廣泛應用。室內(nèi)實驗證明水溶性環(huán)氧樹脂水泥漿提高了抗污染能力、改善水泥石的強度和韌性[5]，并沒有現(xiàn)場運用實例。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用[6]。永久棄井必須滿足至少設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

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

表1 角56井井身結(jié)構

表2 角59井井身結(jié)構

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）關井1 周內(nèi)逐漸漲至0.5MPa，開井點火，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139.7mm套管和244.5mm套管進行射孔，用封隔器試擠環(huán)空，壓力達24MPa而無法建立循環(huán)（當量漏失壓力梯度3.0g/cm3），受套管安全強度影響，重新封固環(huán)空嘗試失敗。

2 封竄難點及方案

2.1 封竄難點

（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、當量密度達到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[8]對環(huán)氧樹脂的耐久性進行長壽命預測，雖然環(huán)氧樹脂在國外的棄井項目有成功運用，也在四川殼牌區(qū)塊棄井取得較好的封竄效果[6]，但運用時間短，未得到長時間實踐證明。

2.2 封竄方案

（1)用電測井溫方法判斷氣體可能來源。

（2)套銑套管并進行擴眼清洗，提高液體進入地層或微環(huán)隙的能力。

（3）采用環(huán)氧樹脂水泥漿在機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間，460min/35℃×21MPa；308min/45℃×21MPa。

3.2 抗壓強度及韌性

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度和剪切強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)后抗壓強度增加7%而剪切強度增加了18%，水泥石的滲透率降低了75%[9]。環(huán)氧樹脂抗污染性能強，被鉆井液污染不大于30%條件下能形成強度[10]。

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

3.3 穿透裂縫或微間隙能力

水泥顆粒不能進入微裂縫或間隙時，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)場應用及效果

4.1 現(xiàn)場應用

（1）電測井溫找環(huán)空氣體可能來源。根據(jù)流體流動會導致井溫異常而判斷氣竄的井段，下放和上提電測儀器電測的井溫梯度都在角59井井深1330m（校正）左右時發(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 電測角59井井溫梯度部分圖

（2）井筒準備。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眼至311.2mm，電測井徑，最小井徑318mm，最大井徑達368mm。在套管943m處坐封了一個機橋，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，關井7MPa 候凝24h，擠樹脂水泥情況如圖2所示。高壓時有部分液體進入地層或者微間隙，階梯擠樹脂水泥漿約0.149m3。

圖2 角59井擠樹脂水泥漿施工壓力

4.2 封堵效果及分析

角59井關井候凝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)可燃氣體，環(huán)空氣竄成功封堵，角56井環(huán)空氣竄治理成功。

角59 井套銑后擴眼至最大外徑368mm，而樹脂水泥漿滲透率低，膠結(jié)強度大，水泥塞的密封效果良好。高壓時有部分環(huán)氧樹脂液體進入地層或者微間隙，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間調(diào)至460min，溫度高點（45℃）稠化時間為308min。由于本井的循環(huán)溫度低，溫度的異常升高，入井會降低水泥漿溫度，注水泥塞施工時間為150min，施工是安全的，立即進行施工。室內(nèi)實驗未發(fā)生溫度的異常升高，現(xiàn)場混拌作業(yè)時發(fā)生可能的原因是雜質(zhì)或者添加劑沖突，需要進一步分析。

5 結(jié)論建議

（1）采用電測井溫找環(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、抗污染能力強有利于進入微間隙或微裂縫封堵氣竄通道。

（3）在混拌時，環(huán)氧樹脂水泥漿溫度異常升高，需要進一步研究環(huán)氧樹脂水泥漿的綜合性能。