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苏桥储气库群老井封堵浆及封堵工艺研究与应用_图文

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苏桥储气库群老井 封堵 工艺 研究 应用 图文
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第31卷第2期 2014年3月 钻井 液与 完井 液 0 l 0l4 0.3969/j.001—5620.2014.02.015 苏桥储气库群老井封堵浆及封堵工艺研究与应用 曹洪昌 , 王野 , 田惠 , 刘景丽 , 张丽华 , 王超 , 刘广通 (1.渤海钻探工程技术研究院,河北任丘;2.华北油田公司钻采工程部,河北任丘) 曹洪昌等.苏桥储气库群老井封堵浆及封堵工艺研究与应用[J].钻井液014,31(2):55 58. 摘要苏桥储气库群老井的综合条件适合建造地下储气库,但老井破坏了储层的圈闭密封性,需要对老井进行封 堵处理,达到恢复原有储层圈闭性、确保储气库安全运行的目的。针对苏桥储气库群的地层特点,研究开发了3套封 堵水泥浆及封堵工艺:超细水泥颗粒细,其浆体可以进入储层水泥环的微间隙内部,能够弥补常规水泥浆封堵的缺陷. 可以封堵储层;静胶凝封堵水泥浆具有静胶凝特性,可减小水泥浆的任意流散性,使水泥浆能够停留在漏失地层并,从而封堵漏失地层;可抗温的常规封堵水泥浆,高温下水泥浆性能稳定、不沉降、不析水,水泥石无收 缩,满足储气库封堵要求,开发了五级的封堵工艺,能封堵储气库老井。现场应用2口井,均达到储气库的封堵要求 证明开发的老井封堵水泥浆及封堵工艺切实可行,满足储气库的封堵要求。 关键词储气库;老井;封堵;水泥浆;封堵工艺 中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1001—5620(2014)024 苏桥储气库群位于冀中凹陷文安斜坡苏桥.信安 镇潜山带,依次分布有苏1、苏20、苏49、苏4、顾 新庄潜山。该潜山带上共有老井35口,拟利用26口 老井,本着“节约资金、保证气库安全运行、提高建 库效率、缩短建库周期”的原则,对部分老井进行封 堵处理。F}1于储气库井为高压注采井,在注气后期井 下地层压力较高,为防止天然气沿原采油采气通道流 失,造成浪费,需要对老井进行封堵处理作业,以达 到恢复原有储层圈闭性,确保储气库安全运行,防止 气库运行过程中发生气窜和井喷,并保证周围人民生 命财产安全的目的。 1 苏桥储气库封堵难点分析 ①苏桥潜山上的老井大都在井深4 000 多数套管为非气密性套管,使用年限较长、射开层位 多、套管强度下降、套管外水泥环胶结质量下降,套 管外有可能存在窜槽等问题;②老井的目的层大都属 于潜山裂缝性储层,裂缝宽度较大,分布非均质性, 地层的压力系数较低,容易发生漏失;③老井都较深, 井底温度高,对封堵水泥浆的性能要求高。如何设计 出合理的水泥浆及封堵老井封堵后能够满足 储气库开采要求是一个巨大的挑战。 2封堵水泥浆 储气库上的老井封堵成功率除与封堵方案和作 业设备有关外,还取决于封堵材料的性能。针对苏桥 储气库群地层的特点,研究开发了3套储气库封堵水 泥浆。①超细水泥颗粒细,可以进入储层水泥环的微 间隙内部,能够弥补常规水泥封堵的缺陷,可以封堵 储层。②静胶凝封堵水泥浆具有静胶凝特性,可以减 小水泥浆的流散性,使水泥浆能够停留在漏失地层并 凝固,从而封堵漏失地层。③常规封堵水泥浆可抗 170 高温,高温下水泥浆性能稳定、不沉降、不析水, 水泥石无收缩,满足储气库封堵要求。 2.1超细水泥 为满足储气库的封堵要求,首先对封堵用水泥材 料进行了优选[1-4]油井水泥、石大超细水泥及保兴超细水泥的粒径分 基金项目:中国石油天然气集团公司重大工程技术现场试验项目“特殊工艺井钻完井配套技术研究与应用”课题九“提高 储气库低压漏失井固井质量技术研究与应用”(201301)。 第一作者简介:曹洪昌,工程师,2007年7月毕业于中国石油大学(华东)应用化学专业并获得硕士学位,现在主要从事 固井技术研究工作。地址:河北省任丘市燕山南道42号;邮政编码062552;电话(0317)2724617;E—63.56 钻井液与 完井液 2014年3月 布,结果见表1。 表1 泥 模式粒径/平均粒径/ 粒径/ m n 5 90 :从表细水泥的平均粒径比嘉华G 级油井水泥的平均粒径小得多,比表面积也比嘉华G 级水泥大得多。因此,超细水泥可以进人较小裂缝中, 甚至可以进入到层间隔离的砾石充填层,其对储气库 的封堵效果要好于普通超细水泥粒径小、比表面积大,水化速度快,在 配浆时易出现沉降、分散不均匀和稠化时间短的问题, 因此要优选与超细水泥配伍性好的外加剂[1-6]验,优选了降失水剂温缓凝剂等外 加剂,确定了如下2套配方,其在不同温度下的各项 性能如表2所示。 1 600 %.4% 600 %+0.8%2不同温度下超细水泥浆的综合性能 从表2可以看出,水泥浆初始流动度大于22 卫以保证水泥浆充分进人封堵层位; 水泥石在80 时的48 水泥石强度高,并且不收缩;水泥浆的稠化时间可根 据现场施工要求任意调节。综上所述,超细水泥浆的 各项指标均满足储气库的封堵要求,有利于储气库的 长期封固。 2.2静胶凝堵漏水泥浆 苏桥潜山地层漏失严重,需要用堵漏水泥浆进行 封堵,因此研究开发了静胶凝堵漏水泥浆,选用一种 胶凝材料作为主要的外加剂,对水泥浆性能进行改造, 使其具有静胶凝特性,减小水泥浆的流散性,使水泥 浆能够在漏失地层停留并凝固,凝结后能够产生足够 高的强度,从而实现封堵漏失地层的目的[5 该胶凝材料中的聚合物基团(聚丙烯酸类胶乳 的一水泥水化产生的在 H) 固体颗粒或硅酸盐表面发生反应,形成一 层水泥化合物涂层。胶凝材料中的聚合物颗粒在水的 作用下发生絮凝,在水泥水化物涂层表面形成一层连 续薄膜。这层薄膜将水泥水化物的单元网络结构相互 胶结,牢固地黏结成为一个坚固的整体。这些聚合物 丝状膜层横跨水泥浆硬化体的缺陷和微裂缝,穿梭连 接,既分散了水泥浆的应力集中,又增加了变形性, 从而提高了水泥浆的静胶凝特性。聚合物颗粒的絮凝 过程如图1所示。 翟 I I 泥化合物泥化合物.聚合物颗粒与水相分离 ●聚合物颗粒相结合 水泥化合物 图1 聚合物颗粒絮凝过程 为了确定胶凝材料的加量,取不同比例的胶凝材 料与嘉华不同温度下测定水 泥石的抗压强度,结果如表3所示。表3结果表明, 在不同温度下随着胶凝材料加量的增加,水泥石抗压 强度逐渐降低。为了满足储气库封堵的高强度要求, 取胶凝材料与0。静胶凝堵漏 水泥浆的综合性能见表4。 从表3、表4可以看出,静胶凝堵漏水泥石抗压 强度比也可以满足现 场封堵施工要求;静胶凝堵漏水泥浆的综合性能满足 储气库封堵要求。 第31卷第2期 曹洪昌等:苏桥储气库群老井封堵浆及封堵工艺研究与应用 57 表3不同比例胶凝材料与合后水泥石的抗压强度 胶凝材料:)下水泥石48 h/水泥80 100 120 140 160 定值,说明该水泥浆可泵性好,稳定性好,没有沉降 现象发生,满足现场储气库封堵施p 蠢 200 160 120 80 40 O 100 霉∞80 鑫40 辱20 0 t/2抗高温水泥浆在135 :的稠化『:水灰比为0.65 3 封堵工艺 表4不同温度下静胶凝堵漏水泥浆的p/流动度/凡/ 化/初始稠游离h/水泥石收 g/cm cm mL c水/ 80 1.85 22.5 32 202 21.8 0 10.8 0 100 1.86 22.5 31 265 21.9 0 0 .85 22.5 33 243 21.8 0 0 .85 22.5 33 235 21.7 0 0 .86 22.5 31 284 21.8 0 0 2.3常规抗高温水泥浆 通过优选抗高温降失水悬浮剂,配合超细填充材 料,研制出满足封堵其在不同温度下的性能见表5。从表5可知,该抗高 温水泥浆的适用温度范同为在满足稠 化时间的要求下,水泥石48 水泥石收缩率为0;初始流动度不小于2l 有 良好的施泥浆的稠化时间可调。总之,抗 高温水泥浆性能稳定,流动性能好,不沉降,不析水, 水泥石不收缩,满足储气库封堵现场施工要求。 表5不同温度下抗高温水泥浆综合性能 p/流动度/化/初始稠1)48 h/游离水泥石收 ℃g/cm cm mL c .85 24 39 295 205.4 0 0 120 1.85 24 41 270 20.5 16.8 0 0 .85 24 40 20.3 18.6 0 0 150 1.85 24 39 240 20.4 20.4 0 0 .85 24 42 255 20.2 23.2 0 0 该抗高温水泥浆在135℃的稠化曲线见图2。从 图2可以看…,水泥浆在凝固之前稠度始终保持在恒 针对苏桥储气库群地层的特点,研究开发了五级 封堵的老井封堵工艺。第一级在储层以下井段注水泥 塞,形成底板保护,防止气体向下窜入其他渗透层。 苏桥储气库群的储层大都是潜山地层,存红很多裂缝, 很多井发生了漏失现象,这一级用静胶凝堵漏水泥浆 封堵潜山裂缝,可以更好地形成底板保护。第二级采 用超细水泥浆直接挤注目的层段,进行封堵。第 级 在目的层以上注入一定厚度的重品石钻井液,现场配 制密度在1.8 g/右。第四级在重品石塞以上井 段用常规水泥浆注水泥塞到安全位置,形成顶部双重 保护。第五级用高效缓蚀溶液压井至距井口0~20 m 高温缓蚀液是一种含有机含氮化合物的油状液体,在 井下具有抑制套管在酸性条件下吸收H 的能力和抑 制蚀的能力,可抑制套管在井底酸性条件下 的腐蚀速率,使套管不会冈为腐蚀发生漏气 】。 4现场应用 截至目前,已完成2口苏桥储气库的老井封堵, 均封堵成功,达到了储气库封堵要求。 4.1 苏401井 苏401井人工井底井深为4 756.62 m,由于封堵 目的层底部为潜山易漏层,首先片漏失地层。封堵井段为4 587.45~4 756.62 m,正 试压5、lO、0 稳压30 压降, 试压合格。下部封住潜山易漏地层后,[大能够进入地层和水泥环的微问隙,注58 细水泥塞,使封堵更加密实。正试压20 0 压合格。用密度为1.8 g/重 晶石钻井液封堵压井,封堵井段为3 786~4 528 m。 上部地层用常规水泥浆封堵,由于井深2 387 8 钻井液与 完井液 2014年3月 管错断,注入常规水泥浆封堵至井深2 189 1住 套管错段位置,使套管错段位置不发生漏气、窜气。 最后注高效缓蚀液,封堵井段为2 189.88 整个封堵施工顺利,封堵成功。 4.2苏4。6井 苏497 m,对全井进行 刮削,并在4 423~4 628 井封 堵的难点在于漏失严重,静止清水液面仅在井深1 800 先用堵漏水泥浆封堵底部漏失地层。 封堵井段为4 554.28~4 797 m,反打压5、10、15 别稳压10 后反打压至20 30 压合格。下部封住潜山易漏层后, 采用超细水泥浆封堵。封堵井段为4 550~4 440.18 该井由于决策改变,后面的封堵步骤没有实施。 5 结论 1.针对苏桥储气库群的地层特点,研究开发了满 足苏桥储气库地层特点的静胶凝堵漏水泥浆、超细水 泥浆和抗170℃高温的封堵水泥浆。这3套封堵水泥 浆流变性好,形成的水泥石无收缩、强度高,满足储 气库的封堵要求。 2.针对储气库封堵的地层特点,开发了五级封堵 的老井封堵工艺。该封堵工艺现场操作方便,能封堵 储气库老井,确保储气库的安全运行。 3.现场应用2口井,均封堵成功,达到储气库的 封堵要求。证明开发的老井封堵水泥浆及封堵工艺切 实可行,满足储气库的封堵要求。 参考文献 万贵春,陈铁铮,王得金,等.超细水泥用于油田封堵 作业[J].钻井液与完井液,2002,19(1):21.23. et 】.002,19(1):21[2]滕福景,齐俊芳,于永生,等.改性超细水泥堵剂的研 究与应用[J].西安石油大学学报(自然科学版),2006, 2l(4):79.82. i u et ]. h~2006,21(4):79.82. [3]张平,刘世强,张晓辉,等.储气库区废弃井封井工艺 技术[J].天然气工业,2005,25(12):111et f ].005,25(12):111[4]王超,王野,任强,等.超细水泥在储气库老井封堵中 的研究与应用[J].钻井液与完井液,2011,28(5): 54.56. e,et of in of in ].011,28(5):54—56. 【5】刘翠微,安耀彬,周怡.析[J].钻井液与完井液,2008,25(6):65.69. n i.An of to of g ].008. 25(6):65.69. [6]秦伟堂,张宏军,郑成胜.国内外油井水泥降失水剂概 述[J].钻井液与完井液,2005,22(2):54—57. et ].005,22(2): 54 57. [7]黄进军,罗平亚,李家学,等.提高地层承压能力技术[J]. 钻井液完井液,2009,26(2):69.71. i et on of ].009,26(2):69 71. (收稿日期2013.12.10;402辑马倩芸)
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