羅 偉，王辛涵，趙靜雯，向 東，鞏占鵬，藺瑞東

(1南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2中國石化西南油氣分公司博士后工作站 3中國石油渤海鉆探工程有限公司管具技術(shù)服務(wù)分公司 4中國石油華北油田分公司工程技術(shù)研究院)

對于高含硫化氫氣井，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，或多或少會出現(xiàn)不同程度的環(huán)空帶壓現(xiàn)象，其已經(jīng)成為制約高含硫化氫氣井安全生產(chǎn)的一個關(guān)鍵問題[1-3]，其中對于熱膨脹效應(yīng)及井下作業(yè)引起的環(huán)空帶壓，多數(shù)情況不會對生產(chǎn)造成較大的威脅，只需采用一般的泄壓措施即可恢復(fù)正常生產(chǎn)；現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)顯示，由于井筒安全屏障系統(tǒng)功能下降或失效所導(dǎo)致的環(huán)空帶壓才是對安全生產(chǎn)最大的一類威脅，因?yàn)槠浣?jīng)泄壓后短時間又將恢復(fù)到泄壓前水平，同時對于高含硫化氫氣井H2S一旦通過泄漏進(jìn)入環(huán)空，將會對油層套管造成嚴(yán)重的腐蝕，油層套管一旦破壞將產(chǎn)生不可預(yù)估的安全隱患[4-6]。因此，為了保障高含硫化氫氣井的安全生產(chǎn)，迫切需要一種井下漏點(diǎn)診斷方法與控制技術(shù)，首先準(zhǔn)確尋找到井下泄漏源，然后再通過合理的控制技術(shù)將井下漏點(diǎn)修復(fù)，進(jìn)而消除持續(xù)環(huán)空壓力和H2S氣體的進(jìn)入通道。

一、井下漏點(diǎn)綜合診斷方法

1.理論診斷方法

對于潛在的完井管柱泄漏，根據(jù)實(shí)際氣井的產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量、泄漏層壓力、井口油壓、環(huán)空液面高度等情況，繪制了不同漏點(diǎn)位置對應(yīng)的環(huán)空壓力預(yù)測圖版(圖1)，現(xiàn)場可以根據(jù)泄壓后達(dá)到的穩(wěn)定環(huán)空壓力數(shù)值去預(yù)測井下漏點(diǎn)的具體位置。

圖1 完井管柱上不同漏點(diǎn)位置對應(yīng)的環(huán)空壓力圖版

2. 高頻超聲波測漏技術(shù)

井下漏點(diǎn)泄漏產(chǎn)生紊流，紊流產(chǎn)生超聲波，當(dāng)測試短節(jié)經(jīng)過漏點(diǎn)時，傳感器將捕獲到該超聲波信號，通過信號處理器轉(zhuǎn)化成測試曲線上的具體數(shù)值，測試曲線上的波峰即指示漏點(diǎn)位置[7-10]。

二、井下堵漏技術(shù)

1．壓差激活封竄劑研制

壓差激活封竄劑修復(fù)井下漏點(diǎn)的原理類似于人體血管創(chuàng)口自動愈合的原理，封竄劑通過微通道時產(chǎn)生高速剪切，強(qiáng)烈的剪切作用將賦予乳膠粒高動能，當(dāng)乳膠粒的動能超過了乳膠粒間的排斥能壘或空間位阻作用時，聚合物粒子將失穩(wěn)反應(yīng)發(fā)生凝固[11-14]。

壓差激活封竄劑的研制涉及到聚合物乳液、預(yù)聚體、激活劑、終止劑、穩(wěn)定劑和交聯(lián)劑的類型優(yōu)化、用量優(yōu)化和合成。根據(jù)高含硫化氫氣井的實(shí)際需求，形成了一套井下壓差激活封竄劑產(chǎn)品配方：90份聚合物H膠乳+3份激發(fā)劑+8份終止劑+2份穩(wěn)定劑+9份預(yù)聚體+3份單體+8份交聯(lián)劑+30份蒸餾水。其具體配制過程為：在攪拌條件下將90份聚合物H膠乳加入蒸餾水中，攪拌速度控制在1 200 r/min，在控制速度下緩慢加入3份激發(fā)劑溶液，完畢后反應(yīng)5 h；加入8份終止劑攪拌5 min；加入3份單體與9份預(yù)聚體，攪拌均勻；加入8份交聯(lián)劑于70℃攪拌60 min；再加入2份穩(wěn)定劑，攪拌均勻，即形成壓差激活封竄劑。

2．產(chǎn)品性能評價

2.1 壓差堵漏實(shí)驗(yàn)儀

壓差堵漏實(shí)驗(yàn)儀主要包括：儲液罐、高壓泵、閥門、壓力計、動態(tài)可調(diào)狹縫、損壞絲扣、高壓透明觀察窗和液體回收槽。其中動態(tài)可調(diào)狹縫可模擬井下工具上不同尺寸的裂縫泄漏，損壞絲扣可模擬投產(chǎn)管柱上的絲扣泄漏。

2.2 封堵性能

利用壓差堵漏實(shí)驗(yàn)儀，對壓差激活封竄劑的封堵性能進(jìn)行評價，為了對比，將未經(jīng)任何處理的聚合物H乳液與壓差激活封竄劑分別泵注通過損壞絲扣。實(shí)驗(yàn)過程顯示，全部聚合物H乳液經(jīng)損壞絲扣迅速噴射而出，未能有效封堵?lián)p壞絲扣；而壓差激活封竄劑經(jīng)損壞絲扣時，開始還有部分液體流出，隨著壓差的作用，流出液體越來越少，直到最終完全堵死。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后拆卸裝置，可以看出封竄劑在損壞絲扣處形成了彈性高強(qiáng)凝膠，而在管束內(nèi)封竄劑仍為流動性良好的液體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，壓差激活封竄劑具有明顯的壓差激活特性，能夠在泄露處高剪切力作用下，迅速發(fā)生反應(yīng)而形成高強(qiáng)度凝膠。

2.3 承壓性和熱穩(wěn)定性

采用高壓穩(wěn)定泵對形成的高強(qiáng)度凝膠進(jìn)行承壓實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高強(qiáng)度凝膠可以承壓30 MPa保持不泄漏。然后分別對封竄劑體系的耐溫性和形成的凝膠封堵層的耐溫性進(jìn)行了評價，實(shí)驗(yàn)采用高溫老化罐開展耐溫性測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)溫度低于110℃時，體系一直保持良好的流動性，當(dāng)溫度高于110℃時，體系內(nèi)膠粒間發(fā)生反應(yīng)，失穩(wěn)凝固；而對于形成的凝膠封堵層，當(dāng)溫度高于120℃時，樣品顏色變深，逐漸老化彈性變小。

3．堵漏工藝配套

3.1 實(shí)施前提條件

對于存在井下漏點(diǎn)的含硫氣井，并不是都適合采用井下堵漏技術(shù)，這里總結(jié)了幾條實(shí)施井下堵漏工藝的前提條件：①漏點(diǎn)位置確定；②泄漏速度確定，泄漏速度不能過大，不能超過30.2 L/min，否則將不能成功激活壓差封竄劑；漏點(diǎn)形狀也很重要，絲扣堵漏成功率更高，因?yàn)榻佑|表面積大而過流面積??；③漏點(diǎn)之下必須建立油套循環(huán)，進(jìn)而保證壓差激活封竄劑輸送到位；④井下設(shè)備(包括油管堵塞器、封隔器等)承壓級別必須達(dá)到堵漏施工過程最高壓力要求；⑤除了已經(jīng)確定的漏點(diǎn)之外，不存在其他“意外”漏點(diǎn)；⑥堵漏成功之后生產(chǎn)過程中能在漏點(diǎn)處保持一定正壓力。

3.2 堵漏工藝

步驟如下：①在漏點(diǎn)之下建立油套循環(huán)，打開氣舉閥或循環(huán)滑套，并在油管內(nèi)安裝油管堵塞器；②利用密度較大的液體循環(huán)出油管內(nèi)以及油套環(huán)空內(nèi)密度較輕的液體；③注入壓差激活封竄劑段塞，利用更輕的液體柴油將封竄劑段塞推進(jìn)至漏點(diǎn)處；④關(guān)閉循環(huán)出口，加壓將壓差激活封竄劑擠入通過漏點(diǎn)，進(jìn)而激活反應(yīng)在漏點(diǎn)處形成高強(qiáng)度凝膠；⑤控制壓力，讓封竄劑在漏點(diǎn)處持續(xù)反應(yīng)2 d；⑥開井生產(chǎn)，在漏點(diǎn)處保持一定正壓力。

三、現(xiàn)場應(yīng)用

以某高含硫化氫氣田A井為例，該井采用?193.81 mm油層套管，?88.9 mm油管，環(huán)空液面高度為距離井口200 m，環(huán)空保護(hù)液密度為1.03 g/cm3，根據(jù)該井泄壓后的壓恢實(shí)測曲線(圖2)，利用建立的井下漏點(diǎn)理論診斷方法預(yù)測井下漏點(diǎn)位于3 678 m，同時現(xiàn)場采用高頻超聲波測漏技術(shù)也顯示井下漏點(diǎn)位于3 670 m左右，再根據(jù)該井投產(chǎn)時下入的油管組合，3 670 m處剛好為4c類鎳基合金油管和4d類鎳基合金油管連接的變扣接頭處，泄漏風(fēng)險較大，因此綜合判斷該井井下漏點(diǎn)位于3 670 m變扣接頭處。

為了保證井筒安全，避免硫化氫侵入環(huán)空以及過高的環(huán)空壓力對井筒安全造成的威脅，現(xiàn)場采用壓差激活封竄劑對井下漏點(diǎn)實(shí)施封堵，工藝流程為：①在循環(huán)滑套之下安裝油管堵塞器，并打開循環(huán)滑套，建立油套循環(huán)；②利用密度為1.2 g/cm3的鉆井液作為前置液，作為壓差激活封竄劑的輸送平臺，循環(huán)注入該前置液直到油管內(nèi)液體完全被前置液取代；③注入0.5 m3密度為1.03 g/cm3的壓差激活封竄劑；④利用0.8 g/cm3的柴油作為后置液將壓差激活封竄劑驅(qū)替至距離井下漏點(diǎn)5 m處；⑤關(guān)閉循環(huán)滑套，井口繼續(xù)注入柴油，使壓差激活封竄劑被擠入井下漏點(diǎn)，激活反應(yīng)；⑥控制井口壓力，讓封竄劑在漏點(diǎn)處持續(xù)反應(yīng)2 d。

圖2 A井泄壓后的壓恢實(shí)測曲線

堵漏結(jié)束恢復(fù)正常生產(chǎn)，現(xiàn)場再進(jìn)行泄壓壓恢測試，獲得的測試曲線如圖3所示。再結(jié)合堵漏前后的套管氣樣對比，硫化氫含量從7.4%下降到1.2%，說明實(shí)施的井下堵漏取得了很好的效果。

圖3 A井泄壓后的壓恢實(shí)測曲線(堵漏后)

四、結(jié)論

(1)結(jié)合理論診斷圖版和高頻超聲波測漏技術(shù)，建立了一套井下漏點(diǎn)綜合診斷方法，再根據(jù)投產(chǎn)時下入的完井管柱結(jié)構(gòu)以及后期的施工措施情況，可以準(zhǔn)確判斷井下漏點(diǎn)位置。

(2)利用自制的壓差堵漏實(shí)驗(yàn)儀對自主研發(fā)的壓差激活封竄劑進(jìn)行了封堵性能評價，同時也對形成的高強(qiáng)度凝膠開展了承壓性和熱穩(wěn)定性評價，評價結(jié)果顯示，壓差激活封竄劑在損壞絲扣處能形成有效的封堵，封竄劑體系在低于110℃時都能保持良好的流動性，而形成的高強(qiáng)度凝膠承壓級別達(dá)到30 MPa，并且在低于120℃時都具有良好的彈性。

(3)現(xiàn)場應(yīng)用效果表明，研制的壓差激活封竄劑以及配套的堵漏工藝能實(shí)現(xiàn)井下漏點(diǎn)的成功封堵，可在類似高含硫化氫氣田推廣應(yīng)用。