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挤水泥封堵高压水层技术

《环球市场信息导报》 2013年5月17日 作者:王瑞瑾、王四明

文章关键词: 挤水泥封堵出水层  
    辽河油区稠油区块存在地层骨架松散,易形成裂缝空洞导致油层与高压水层间窜通及套管外窜通,采油含水上升,采收率降低。一般情况下,采用挤灰封堵高压水层,但是常规挤灰封堵工艺,在挤灰完毕后要反洗井,在反洗井过程中容易造成挤入封堵层的水泥返吐而造成封堵失败。平推挤入不洗井直接关井带压侯凝挤水泥封堵高压水层技术可以有效的解决上述问题。
     常规挤水泥封堵出水层的步骤为:将管柱完成于油层上届100米,将水泥浆送至油管鞋,关闭套管闸门,从油管内挤入设计量的水泥浆,然后用清水将水泥浆推出油管鞋,然后反洗井,起出油管200米,灌满井口关井候凝。高压水层压力高,洗井易造成大量水泥浆反吐,造成封堵失败。平推挤入不洗井直接关井带压侯凝挤水泥封堵高压水层技术可以有效的解决上述问题。

  一、 工艺原理

  1.1 封堵前的施工准备及要求

  (1)通井。

  (2)试挤:用清水(井筒容积的2~4倍)洗井后,试挤清水15~30m3,并记录挤入最高压力。

  (3)验漏:下封隔器检验油层以上套管的完好性和抗压性。

  (4)下管柱:挤水泥封窜管柱完成在封堵部位以上100m,井口使用法兰悬挂式井口。

  (5)试压:井口、挤水泥管线试压合格。

  (6)降温:稠油井井温高需注入清水 15 ~ 30m3降温。

  (7)套管平衡液:在油管挤水泥的同时套管用清水打平衡液,防止水泥浆沿油套环空上返,当平衡液打至油管鞋时,停止打平衡液,油管继续挤水泥。

  (8)水泥型号的选择:可选用 G 级油井水泥,掺入适量的硅粉,提高稠油热采条件下水泥石的抗压强度、抗折强度。

  (9)配浆用水温度:试验数据表明,混合水超过38℃水泥浆将缩短稠化时间,低于 15℃将延迟水泥浆凝固。API 标准设计配浆温度规定为 27℃。因此,现场混合水的温度在4℃~27℃之间。

  1.2 封堵工艺

  封堵层降温后开始挤水泥:油管的水泥浆到达油管鞋后,关闭套管闸门,油管继续正注水泥浆,当压力达到设的压力时正挤顶替液,顶替液将水泥浆顶出油管鞋以下一定深度后,关闭油管闸门。打开套管闸门从油套环空反挤顶替液将水泥浆顶至油管鞋以下 100m 或者更深。关闭套管闸门候凝。挤水泥过程中的压力估算:在挤水泥过程中当井口有压力时,套管和油管的液柱压力遵守 u 型管压力平衡原理。如图一所示。

  设:套管井口压力 =Pt,油管井口压力 =Py,循环阻力忽略不计,油管内清水高度 =H1,油管内水泥浆高度 =H2,油管鞋高度=H,清水密度=ρ1,水泥浆密度=ρ2

  在挤水泥过程中,对油管鞋处A点有如下关系式:

  套管总压力=油管总压力

  即PtA=PyA

  PtA=ρ1gH+ Pt            ( 1)

  PyA=ρ1gH1+ρ2gH2 + Py        ( 2)

  H=H1+H2

  由( 1) 、( 2)得

  ρ1gH+ Pt=ρ1gH1+ρ2gH2 + Py

  Pt= Py+ρ1gH1+ρ2gH2 -ρ1gH     (3)

  根据公式(3)可以看出当水泥浆全部顶替出油管时H2=0, H1=H

  Pt= Py

  当油管内有水泥浆时Pt>Py

  当套管内有水泥浆时Pt<Py

  式中, 为油管压力和套管压力的差值,在挤水泥的过程中只要监测两者的压力差就可以知道油套环空中是否存有水泥浆。掌握和控制油管、油套环空水泥浆的分布情况。



  图一

  第一阶段:送灰阶段。油管送灰,水泥车压力基本保持不变,等于循环阻力。压力变化为图二中的OA段。

  第二阶段 :挤灰阶段。当水泥浆送入油管鞋处,关闭套管闸门,压力逐渐升高。压力变化为图二中的AB段。

  第三阶段:清水顶替阶段。清水将水泥浆顶替出油管阶段由于油管液柱压力变小,所以压力继续增高,油管内充满油管时,压力达到最大值。压力变化为图二中的BC段。

  挤灰过程中泵压变化情况如下图所示:



  图二

  第四阶段:替挤阶段。

  当将水泥浆替出油管后,关闭油管闸门,开启套管闸门,从套管挤入顶替液将水泥浆顶到预定位置,此时压力保持不变,为挤入压力+摩阻。带压关井候凝。

  判断套管内是否有水泥浆的3种方法:

  (1)公式法:根据公式(3)判断。

  (2)容积法:计算出油套环空的容积,计量打入的清水量,当打入量大于油套环空的容积时,套管内不应有水泥浆。

  二、现场应用情况

  高105-6井封堵高压水层,用常规法挤灰3次,均不理想,灰面与设计灰面偏差在5米以上。最后采用平推挤入不洗井直接关井带压侯凝挤水泥封堵获得成功。施工过程:管柱完成深度892.46米,调水泥浆4方,密度1.8g/cm3,正挤水泥浆2.5方,关套管闸门,挤入水泥浆1.5方,挤入清水2.7方,关油管闸门,开套管闸门,从套管挤入清水3.5方,压力0-6MPa,关井压力6MPa,候凝24小时。回探灰面1062.80米,尽比设计灰面底0.34米。

  三、 挤水泥注意事项

  挤水泥进口和出口在井口处至少各连接一段高压软管线,防止挤水泥时因泵车性能使井口和管线产生共振。如果发生共振时间过长可能导致井口、管线损坏折断造成挤水泥失败;油套流体静止时的压力值受摩阻的影响较小;控制最高挤水泥压力,防止水泥浆在顶替到位前失水(炮眼处水泥浆全部失水)而顶不到位。如果挤水泥压力过高,可适当降低泵入排量或水泥浆密度,使挤水泥压力降低至合理范围内。

  挤水泥过程应连续不间断,如果压力较高,间断或间断时间过长起泵可能会导致泵压升高或升高压力超过炮眼处,使水泥浆全部失水压力而挤不动。

  挤水泥时水泥车出现故障,水泥浆挤入量不足时,可用备用水泥车过顶替,将井筒内的水泥浆挤入地层直至压力将为正常值,准备二次挤水泥。

  由于意外的原因水泥浆顶不到位,应及时进行正洗井,洗出管鞋以上的水泥浆,防止堵、卡管柱。

  四、 结语

  高压水层平推挤入直接关井带压侯凝挤水泥封堵技术具有以下特点:

  适用于封堵高压水层;避免因关井侯凝前洗井使大量水泥浆外吐导致封堵失败;在水泥浆顶替到位时不用反洗井、不动管柱直接关井候凝,缩短挤水泥时间,减少反洗井和上提管柱产生的风险;整个施工过程无地面排放接触物环境污染为零;在压力状态下侯凝,避免水泥浆在初凝之后由流体状态转变为固体状态时体积收缩产生孔隙,提高水泥石的抗压强度;关井候凝时套管内外处于一个压力系统内,有效地解决了挤水泥后的套管变形问题。

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