馮雪龍， 寇明富， 熊壽輝， 賀志剛， 徐開放

(1中國(guó)石油玉門油田分公司鉆采工程研究院 2中石油川慶鉆探工程公司生產(chǎn)協(xié)調(diào)處 3新疆格瑞迪斯石油技術(shù)股份有限公司)

在下套管作業(yè)、采油、采氣過程中，經(jīng)常發(fā)生油氣井套管損壞現(xiàn)象。隨著我國(guó)各大油田套管損壞井?dāng)?shù)逐年增加，套管損壞問題成為了我國(guó)石油工業(yè)中的棘手難題，制約著油田開發(fā)。其中，套管漏失占套管損壞超過50%以上，是套管損壞的主要表現(xiàn)形式，套管漏失堵漏技術(shù)探討，成為當(dāng)前一大熱點(diǎn)話題。特別是一些高壓氣井油層套管漏失后，出現(xiàn)環(huán)空帶壓現(xiàn)象，給現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，嚴(yán)重時(shí)油氣井無(wú)法正常生產(chǎn)或報(bào)廢，甚至還威脅到生命財(cái)產(chǎn)安全。

一、套管漏失原因分析

1.制造原因

套管在生產(chǎn)過程中存在材料問題、加工缺陷等原因。

2.鉆完井施工原因

井眼“狗腿度”超標(biāo)，鉆井過程中套管磨損，下套管時(shí)上扣不緊，固井水泥返高不夠、固井質(zhì)量差等加劇了套管破損導(dǎo)致漏失[1]。

3.地層原因

在鉆遇地層活動(dòng)較為多變的井段或因鉆井、注水井開發(fā)使地層變得活躍的井段，地層諸力對(duì)套管會(huì)產(chǎn)生不同程度的破壞，并最終發(fā)生漏失[2]。

4.生產(chǎn)過程

主要包括儲(chǔ)層出砂、超高壓壓裂、熱采、高壓注水等，致使套管在下井過程或在套管井生產(chǎn)過程中造成不同程度的損壞，后期生產(chǎn)中發(fā)生漏失。

5.化學(xué)損壞導(dǎo)致漏失

套管金屬材料在一定化學(xué)條件下與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成另一種物質(zhì)而脫離套管本體。如果套管表面沒有涂鍍保護(hù)膜或保護(hù)措施不利，不論它在什么地方，都有可能發(fā)生化學(xué)腐蝕。套管腐蝕機(jī)理很復(fù)雜，常見的有電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕、細(xì)菌腐蝕和氫脆。最普遍的就電化學(xué)腐蝕，即溶解氧、CO2H2S引起的套管穿孔或斷裂等。

二、套管漏失檢測(cè)方法

套管漏失給安全帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患，極大地影響油氣井的有效開發(fā)。為及時(shí)評(píng)價(jià)井筒的安全性，迫切需要利用一種有效測(cè)試手段找到漏失原因，從而合理選擇下步治理方案，為鉆井、固井、完井、開采等工程積累相關(guān)預(yù)防技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)于套管破裂和錯(cuò)斷導(dǎo)致漏失的檢測(cè)，傳統(tǒng)的方法是鉛膜打印。對(duì)于套管穿孔和滲漏，常用方法主要有機(jī)械驗(yàn)套法與測(cè)井法兩種。機(jī)械驗(yàn)套法典型的是封隔器找漏法，作業(yè)周期長(zhǎng)、成本高。測(cè)井方法包括井溫測(cè)井、噪聲測(cè)井、多臂井徑測(cè)井、同位素示蹤測(cè)井、流量測(cè)井、硼中子壽命測(cè)井、螺旋式測(cè)井等，但這些技術(shù)均存在其局限性[3]。井溫、噪聲組合測(cè)井在氣井泄漏量較大的情況下，測(cè)試漏點(diǎn)的效果較為明顯。

對(duì)于輕微漏失泄漏點(diǎn)的診斷，高頻超聲波測(cè)試技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的一種新興的漏點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)通過電纜下入測(cè)量短節(jié)，地面可直讀出漏點(diǎn)信息，在國(guó)外應(yīng)用較多[4]，具有一定的推廣應(yīng)用前景。

三、套管漏失修復(fù)

1.套管補(bǔ)貼

膨脹管套管貼補(bǔ)技術(shù)是近幾年興起來(lái)的，對(duì)套管漏失段進(jìn)行有效修復(fù)的一項(xiàng)技術(shù)[5]，目前普遍采用的有實(shí)體膨脹管和波紋膨脹管兩種，這兩種技術(shù)各有所長(zhǎng)。其主要缺點(diǎn)是套管通徑變小，約束了后續(xù)作業(yè)措施。

2.懸掛封隔

該技術(shù)的原理是在套管破損段頂部使用雙向懸掛器懸掛管串，然后在套管漏失段的上下分別組合使用封隔器，從而使套管獲得承壓能力[6]。其缺點(diǎn)仍是導(dǎo)致套管通徑變小。

3.化學(xué)封堵

利用化學(xué)堵漏劑封堵套管穿孔、絲扣漏失、套管破裂和水泥環(huán)開裂，其最重要優(yōu)勢(shì)在于堵漏后通過鉆塞等方式能恢復(fù)套管內(nèi)通徑，因而成為套管漏失封堵技術(shù)發(fā)展方向?；瘜W(xué)封堵要求堵漏材料能有效進(jìn)入漏點(diǎn)、能承受高壓、具有黏彈性從而在套管因熱膨脹或收縮時(shí)也能有效封堵。

化學(xué)堵漏主要包括無(wú)機(jī)膠凝材料(如水泥堵漏劑)或熱固性樹脂(如TPD堵漏劑)[7]。但現(xiàn)有化學(xué)堵劑在漏失段進(jìn)入或駐留難、與套管和地層膠結(jié)強(qiáng)度低、承壓不能滿足高壓要求等而堵漏成功率不高，適應(yīng)性和安全可靠性差。國(guó)外最新研制成功一種固化“時(shí)間”和“溫度”可設(shè)置的熱固性樹脂T&TS，因其高承壓以及與套管膠結(jié)強(qiáng)等特點(diǎn)，已在套管漏失堵漏和恢復(fù)井筒完整性方面發(fā)揮了重要作用，顯示出良好的應(yīng)用前景。

四、T&TS熱固性樹脂

T&TS是一種有機(jī)環(huán)保聚合物液體樹脂，在壓差作用下易進(jìn)入套管絲扣裂縫或孔隙地層，在設(shè)定溫度和時(shí)間實(shí)現(xiàn)固化封堵[8-9]。

1.封堵機(jī)理

(1)進(jìn)入機(jī)理。因?yàn)橹饕糜谖⒖p堵漏，首先考慮怎樣進(jìn)入的問題。T&TS無(wú)固相純液態(tài)，具有良好的滲透性，特別是黏度可調(diào)，在一定壓差作用下能進(jìn)入到炮眼、環(huán)套水泥環(huán)之間的空隙，甚至能滲入到套管絲扣內(nèi)。

(2)駐留機(jī)理。其密度可調(diào)，堵漏時(shí)會(huì)讓密度和地層壓力系數(shù)值接近。在壓差作用下進(jìn)到微縫后，通過精準(zhǔn)控制擠注壓力和擠注量，且T&TS進(jìn)入微縫后在井筒溫度作用下吸熱微膨脹也增加了流動(dòng)阻力，從而實(shí)現(xiàn)在微縫處的駐留。

(3)固化膠結(jié)機(jī)理。T&TS進(jìn)入微縫后，組分中的有機(jī)結(jié)構(gòu)帶有大量的活性基團(tuán)，在井溫下吸熱發(fā)生膠聯(lián)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)固化，固化體具有很高的本體強(qiáng)度和界面膠結(jié)強(qiáng)度。且在吸熱固化過程有穩(wěn)定的體積微膨脹，進(jìn)一步增加了本體與微縫結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力；活性劑中的改性橡膠、耦聯(lián)劑可提高固化體與地層、水泥石的膠結(jié)強(qiáng)度，改善界面性能，增加固化體結(jié)構(gòu)的致密性和韌性，進(jìn)一步提高固化體與界面的膠結(jié)強(qiáng)度。

2.性能指標(biāo)

性能指標(biāo)如表1所示[9]。

3.技術(shù)特點(diǎn)

(1)固化時(shí)間可控。通過不同種類和不同劑量的添加劑，可精確控制固化時(shí)間，縮短施工周期，防止串流。

(2)固化后高承壓。固化后承壓可達(dá)77 MPa以上，滿足套管堵漏要求。

(3)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)簡(jiǎn)便?？梢酝ㄟ^連續(xù)油管、油管、鉆具等泵送或?qū)Ｓ猛痘彝菜偷铰c(diǎn)位置，通過地面加壓實(shí)現(xiàn)擠注。

表1 T&TS主要性能

4.評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

將固化樣品分別放置于100%氣體甲烷和原油裝置中，在不同溫度下測(cè)試樣品的滲透率、抗壓強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度特性，結(jié)果如表2所示。

表2 T&TS性能表

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，甲烷和原油環(huán)境：

(1)樣品滲透率在不同溫度下都非常低，時(shí)間越長(zhǎng)滲透率越低。

(2)樣品抗壓強(qiáng)度非常高。在甲烷環(huán)境里，抗壓強(qiáng)度幾乎不受時(shí)間影響，因而該材料非常適合氣井環(huán)空壓時(shí)的套管漏失封堵。

(3)樣品彎曲強(qiáng)度也非常高，初始時(shí)達(dá)到43 MPa。

五、應(yīng)用案例

1.基本情況

陸上×井采用TP155 V×?11.51 mm(4 147～2 096 m)和 TP140 V×?10.54 mm兩種生產(chǎn)套管組合，固井水泥返至地面。該井生產(chǎn)套管泄漏后，經(jīng)找漏表明9.94 m和2 677.84 m接箍絲扣存在泄漏。

2.作業(yè)難點(diǎn)

(1)要求封堵材料能有效進(jìn)入套管絲扣，且能承高壓(要求56 MPa)。

(2)9.94 m處絲扣堵漏離套管四通僅0.94 m，要求材料用量及作業(yè)過程擠注壓力和擠注量控制非常精準(zhǔn)。

3.作業(yè)過程

決定采用T&TS進(jìn)行套管絲扣堵漏，先在漏點(diǎn)以下坐封機(jī)械橋塞，根據(jù)漏點(diǎn)處溫度確定T&TS堵漏配方。主要作業(yè)過程參數(shù)見表3所示。

表3 作業(yè)過程參數(shù)表

4.封堵結(jié)果

鉆塞到漏點(diǎn)以下0.5 m，將漏點(diǎn)完全暴露出來(lái)后試壓如表4所示。

表4 封堵結(jié)果表

試壓結(jié)果表明，采用T&TS已成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)套管絲扣的封堵，滿足了采油措施作業(yè)要求。

六、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)套管漏失是套管損壞的最主要形式，并分析總結(jié)了套管漏失主要原因。

(2)總結(jié)介紹現(xiàn)有套管漏點(diǎn)檢測(cè)方法，并介紹了各自優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)于輕微漏失泄漏點(diǎn)的診斷，可以采用高頻超聲波漏點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)。

(3)化學(xué)封堵方法因不影響套管通徑因而代表了套管漏失封堵技術(shù)發(fā)展方向，并提出封堵材料要求。

(4)介紹了T&TS熱固性樹脂及其性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)，通過現(xiàn)場(chǎng)套管絲扣堵漏表明該材料是理想的套管漏失封堵材料。

[1]舒干.套管損壞機(jī)理研究[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1999(1)：60-63.

[2]劉建中.油田套管損壞的壓力與壓差聯(lián)合作用機(jī)制[J].石油勘探與開發(fā)，2001(2):79-99.

[3]李國(guó)慶.噪聲測(cè)井淺談[J]. 油氣田地面工程, 2008， 27(4):69.

[4]Dr. Fathi Shnaib.Utilization of Acoustic Logging Technology to Identify Failed Barriers in Offshore Wells[J].SPE-117182-PP.

[5]楊傳勇.國(guó)外可膨脹套管技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].石油機(jī)械，2006,34(10):74-77.

[6]韓振強(qiáng).懸掛封隔技術(shù)在海外套管修復(fù)井中的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2014(2):122-125.

[7]郭建華.TPD油水井破損套管化學(xué)堵漏劑的研制與應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2004(5):27-29.

[8]Colin Beharie，Resin. An Alternative Barrier Solution Material[J].SPE-173852-MS.

[9]Knudsen K.First Application of Thermal Activated Resin as Unconventional LCM in the Middle East[J].IPTC 18151-MS.