低温浅层气井环空带压封窜工艺

高果成 王文斌 黄伟 杨超

关键词：苏码头区；浅层；低温；环空带压；疏通地层；暂堵井周；封窜

0 引言

苏码头构造位于四川盆地川西中新生代沉积坳陷区南部，靠近成都凹陷东侧，其浅层气存在于侏罗系蓬莱镇组，井深600～800 m，井温31.83～41.8 ℃，深层气则存在于须家河组，井深1 700～1 900 m，井温64.9～59.52 ℃［1］。套管程序为：?244.5 mm 表层套管下至井深200 m，?139.7 mm 技术套管下至蓬莱镇组或须家河组。受生产技术限制，单井采用正注反挤方式固井，生产套管中段固井均存在600～900 m 空套。2008 年进入开发后期，生产规模逐年减小，气井整体产量降低，其中33 口井存在井筒及环空出气带压问题，需要对该区单井进行永久性封堵［2］。封堵前对环空带压原因进行了分析，研究认为，该区单井环空带压主要由套管外环空封固质量［3］或套损、射孔［4］引起储层气体逸窜至环空及井筒造成的。

封井前对各层求吸水，须家河组挤入压力6～8 MPa，30 min 压降至1 MPa 以内，环空压力上升，出气量增大，邻井压力波动，1 d 后缓慢降低；蓬莱镇组挤入压力4～5 MPa，30 min 压降至1 MPa 以内，环空有气液返出，邻井环空窜气量增大，井筒压力上升，1 d 后缓慢降低；浅表层挤入压力不大于2 MPa，环空有返出，邻井压力波动明显；对储层进行挤封，5d 后挤封失效，环空及井筒压力上升。分析认为原因如下 ：（1） 蓬莱镇组以粉砂岩和细砂岩为主，属于中低孔致密储层，平面内非均质性强，窜流通道连通性差，导致地层吸水性较差；（2） 蓬莱镇组原始地层压力8.187 MPa，与表层存在较大压差，丛式井地层间压力传递［5］，井间气窜明显，常规水泥浆防窜性能不足导致挤封失效；（3） 该区均存在300～900 m固井空段，水泥环封固段越长，封窜通道连通性差别越大［6］。（4） 浅层采用常规水泥堵剂会出现低温凝结时间难以控制问题［7］，固化过程中失重且滞气性差，且水泥固化后体积收缩，因此存在二次气窜风险［8］。如果按照API 推荐，整井采用一次挤封方式无法有效控制堵剂进入蓬莱镇组及上部浅层气窜环空。油井封窜中曾采取先堵后固工艺，即用凝胶体系暂堵溢流裂缝再用水泥浆体系封堵井筒及近井带，该措施对单井封窜效果较好。为了实现对气井井间窜流的有效封堵，进行了技术升级［9］，提出了“一梳二堵三封”封窜工艺：（1） 根据气体泄漏速率对须家河组窜逸气源进行风险评估分类，基于分类结果选择合适的堵剂；（2） 利用驱替液对蓬莱镇组及浅层进行疏通处理，提高地层对堵剂的渗吸能力，之后挤入高强G521 凝胶提高近井带承压能力；（3） 采用高强度油溶性树脂固井工作液确保封堵剂低温固化后力学性能，对见气孔道尾追堵剂完成环空及浅层封堵封窜。

1 治理工艺设计

对苏码头区带压井进行了统计，发现44 口待封井中有33 口井存在带压情况，见表1。针对浅层低温、井丛窜流采取了针对性治理措施，保证了该区单井封井封窜的顺利进行。

1.1 封堵窜气源层位

为安全环保起见，对储层气体泄漏速率进行了检测，并据此确定封窜堵剂及其用量，以确保对气源层位有效封堵［10］。对气体泄漏速率接近可燃介质0.085 kg/s 时使用防气窜抗固相离散水泥浆体系封堵［11］，水泥浆配方为：G 级油井水泥+1 000 目超细水泥+0.1%～0.15% 多元共聚物抗分散絮凝剂+0.1%～0.3% 聚磺酸盐减阻剂+0.06%～0.12% 直连型羟基有机酸盐缓凝剂（化剂产品均来自西安川秦石油科技有限公司，下同），W/C 为0.44。该体系初期稠度可达32 Bc，通过调节体系黏度保证其防气窜性能，抗分散絮凝剂不仅是一种高效降失水剂，能成膜以降低静态固化过程中气窜风险，同时该体系在水中展现出稳定的流动胶团状态，防止气体突破水泥浆体系；对于气体泄露速率明显低于可燃介质0.085kg/s 的情况采用微膨胀低摩阻水泥浆体系［12］，水泥浆配方为：G 级油井水泥+0.2%～0.4% 聚丙烯酸减阻剂+2.5%～4.5% 改性橡胶增韧剂+1.2%～1.5% 改性AMPS 降失水剂（G409F1）+2.5%～4% 硫铝酸钙/氧化钙复配膨胀剂，水灰比为0.55。通过调节减阻剂降低储层挤入摩阻，增加挤入量，通过膨胀剂增大水泥浆体系固化后体积，提高对孔隙及气窜通道的填充效率。2 种水泥浆体系性能见表2，因该区块徐家河组温度低于60 ℃，同时考虑循环溫度导致井筒温度的暂时降低，因此抗压强度测试条件50 ℃、48h，失水量测试条件是50 ℃、6.9 MPa、30 min。

1.2 疏通蓬莱镇组地层

为提高暂堵凝胶及封窜堵剂在蓬莱镇组封堵效果，决定选用前置驱替液先疏通地层［13］。优选的纳米前置驱替液配方为：0.3% 改性亲水纳米二氧化硅驱油剂+0.25% 阴-非离子型表面活性剂+0.05% 生物脂肽类表面活性剂。该前置驱替液改善了纳米材料表面亲水性能，可以去除储层岩石孔隙附着物、分散有机物并降低黏度，减少油水相贾敏效应从而逆转岩石润湿性，降低流动阻力，并提高岩石孔隙自发吸水能力，其结果就是降低了注入压力，增加了挤入量［14］。在室温下进行流体岩心自渗驱替效能对比实验，实验结果见图1，纳米前置驱替液较其他驱替液有效提高了岩石渗吸能力。其增强的吸收率主要在20～60 h 内发生，而扩散过程在96 h 内完成。

1.3 凝胶封堵近井带高渗层

借鉴油井堵水封口思路，使用聚丙烯酰胺类高强度凝胶封堵近井高渗层［15］。通过挤入凝胶并过顶替，在见气通道井周2 m 外建立一道凝胶隔离墙。采用RS6000 流变仪在常温、12 h 条件下对高强度凝胶进行黏度测试，凝胶黏度可达到1.0×104 mPa·s，24 h 内成胶黏度可达37×104 mPa·s，能满足压力屏蔽需求［16］。图2 为该凝胶黏度随时间的变化曲线，可以看出：前期凝胶黏度发展速度缓慢，能满足施工需求；后期黏度发展速度快，可满足候凝需求。

1.4 封浅层及环空

“油溶性改性环氧树脂+丙酮/苯甲醇复配稀释剂+脂肪胺/低分子聚酰胺/改性胺”与固化剂复配形成的高强度油溶性树脂固井工作液可用来封堵浅层及环空。在室温、48 h 条件下对多种堵剂进行了基础力学性能对比，其中弹性模量、泊松比为168 h 测试值，由表3 可知：高强度油溶性树脂固化体抗压强度及抗折强度均高于其他水泥石，其弹性模量低、泊松比高，力学性能优异；在低温下黏度约等于300mPa·s，气体在液流中流阻较大，能有效防止气体形成连续逸气通道，解决了固化过程中的气窜问题；且因其为高分子无固相特征，因此具有可填充微小空隙的特点，能降低近井孔隙渗透率。

压力变化会引起部分微小环空气窜通道开启和闭合［17］，油溶性树脂能够有针对性地填充气窜通道，固化后体积收缩率约为0.2%，导致油溶性树脂在环空气窜通道内不能连续填充，因此需要选择含有小粒径固相颗粒的骨架材料填充该类气窜通道，防止高渗、疏松层蠕变，支撑窜逸通道形态，以免压力下降时窜气通道压缩［18］。常规水泥浆体系大粒径固相颗粒会造成挤入压力过高，甚至无法挤入，因此提出采用超细晶须膨胀水泥浆作为骨架材料，增强油溶性树脂的固化形态稳定性；超细材料可以填充30 μm 以下孔隙，形成的晶枝晶须可以提高封固强度，同时采用具有水化后发热膨胀的硫铝酸钙/氧化钙复配膨胀剂材料提高水泥的固化填充效果。水泥浆配方：G 级油井水泥+0.2%～0.3% 聚丙烯酸减阻剂+1% 纳米枝晶超细晶须材料（G439）+1.5%～2.5%改性AMPS 降失水剂（G409F1）+0.4% 硫铝酸钙/氧化钙膨胀剂，水灰比为0.44。注入方式为先注入油溶性树脂后尾追水泥浆。3 种水泥浆体系膨胀率对比如图3 所示，可以看出，超细晶须膨胀体系膨胀效果较常规膨胀体系优异。

2 现场试验

为验证工艺策略的可行性，选择了位于苏码头区块成都天府新区的Q17-2 井丛作为试验对象，该井丛距成都市中心21 km，井口距离最近楼盘50 m。通过一系列治理措施，实现了对MQ17 井丛管外窜流的成功治理，监测至今再未发现带压出气，如表4 所示。具体治理过程如下。

2.1 挤封气源层

通过排液法测量单井气体泄漏量为7～12 L/min，天然气密度按照0.717 4 kg/m3 计算，气体泄露速率为0.000 14 kg/s，低于可燃介质0.085 kg/s，射孔段挤封直径设计为3 m，采用7 m3 微膨胀低摩阻水泥浆体系同时对3 口井储层进行封堵，挤封后井口及环空继续带压，但带压均降低0.3～0.5 MPa，出气量降至3.6～5.5 L/min。对气源层试压15 MPa，30 min 压降为0 MPa，须家河组气源层封堵成功。

2.2 “一疏二堵三封”工艺实施

封堵气源层结束后开始疏通上部气层段，通过水泥承留器封隔上部井筒，关闭外环空，对气层段及浅层以150 L/min 排量挤入前置驱替液50 m3，挤入压力8～10 MPa，关井浸泡48 h。分析认为因三井同时挤入，且关闭环空，导致吸水压力明显高于前期吸水压力。后用清水以150 L/min 排量测试吸水压力，2 d 后地层吸水压力降低2～3 MPa；之后关闭外环空，通过水泥承留器以150 L/min 排量向井内挤入20 m3 高强度凝胶，并过顶替10 m3 清水保压候凝48 h，观察到环空仍有气体泄漏，但环空帶压持续变小，流量降至3 L/d；关闭环空后采用微膨胀低摩阻水泥浆体系对浅层储层以250 L/min 排量挤封后，环空仅存在出气泡情况，分析认为是因1 000 m 以上浅表层及环空残余气体引起的；敞开环空并使用高强度油溶性树脂固井工作液+超细晶须膨胀水泥浆共计15 m3 封窜浅层管外窜通道后，井口气泡和压力问题均得到彻底解决。

3 结论

（1） 针对浅层气窜问题，提出了“一疏二堵三封”治理工艺，通过纳米级二氧化硅前置驱替液疏通地层、高强度聚丙烯酰胺凝胶暂堵气窜层、室温下可固化高强度油溶性树脂工作液并尾追可自发热膨胀超细晶须膨胀水泥浆封堵环空窜气通道，将一次封窜成功率提高至100%，解决了苏码头区井口及环空带压的治理需求，具有经济发展和环境保护的双重价值。

（2） 现场吸水量测试表明邻井存在压力波动，分析认为原因是井间存在气窜，但未对井间气窜机理进行研究，下一步应对井间气窜影响因素和动态特性展开研究，以提高工艺成效。

（3） 虽然解决了采用笼统挤封法封窜易失效的问题，但下一步还要对该工艺在更加复杂井况下的封堵效果及其长期稳定性进行评估。