套管漏失封堵技術探討

馮雪龍， 寇明富， 熊壽輝， 賀志剛， 徐開放

(1中國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協(xié)調處 3新疆格瑞迪斯石油技術股份有限公司)

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。隨著我國各大油田套管損壞井數(shù)逐年增加，套管損壞問題成為了我國石油工業(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，套管漏失堵漏技術探討，成為當前一大熱點話題。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)場安全生產帶來嚴峻的考驗，嚴重時油氣井無法正常生產或報廢，甚至還威脅到生命財產安全。

一、套管漏失原因分析

1.制造原因

套管在生產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，鉆井過程中套管磨損，下套管時上扣不緊，固井水泥返高不夠、固井質量差等加劇了套管破損導致漏失[1]。

3.地層原因

在鉆遇地層活動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，地層諸力對套管會產生不同程度的破壞，并最終發(fā)生漏失[2]。

4.生產過程

主要包括儲層出砂、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過程中造成不同程度的損壞，后期生產中發(fā)生漏失。

5.化學損壞導致漏失

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

二、套管漏失檢測方法

套管漏失給安全帶來嚴重的安全隱患，極大地影響油氣井的有效開發(fā)。為及時評價井筒的安全性，迫切需要利用一種有效測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預防技術經(jīng)驗。

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

對于輕微漏失泄漏點的診斷，高頻超聲波測試技術是目前國內外較為先進的一種新興的漏點檢測技術，該技術通過電纜下入測量短節(jié)，地面可直讀出漏點信息，在國外應用較多[4]，具有一定的推廣應用前景。

三、套管漏失修復

1.套管補貼

膨脹管套管貼補技術是近幾年興起來的，對套管漏失段進行有效修復的一項技術[5]，目前普遍采用的有實體膨脹管和波紋膨脹管兩種，這兩種技術各有所長。其主要缺點是套管通徑變小，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]。其缺點仍是導致套管通徑變小。

3.化學封堵

利用化學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)勢在于堵漏后通過鉆塞等方式能恢復套管內通徑，因而成為套管漏失封堵技術發(fā)展方向?；瘜W封堵要求堵漏材料能有效進入漏點、能承受高壓、具有黏彈性從而在套管因熱膨脹或收縮時也能有效封堵。

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

四、T&TS熱固性樹脂

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

1.封堵機理

(1)進入機理。因為主要用于微縫堵漏，首先考慮怎樣進入的問題。T&TS無固相純液態(tài)，具有良好的滲透性，特別是黏度可調，在一定壓差作用下能進入到炮眼、環(huán)套水泥環(huán)之間的空隙，甚至能滲入到套管絲扣內。

(2)駐留機理。其密度可調，堵漏時會讓密度和地層壓力系數(shù)值接近。在壓差作用下進到微縫后，通過精準控制擠注壓力和擠注量，且T&TS進入微縫后在井筒溫度作用下吸熱微膨脹也增加了流動阻力，從而實現(xiàn)在微縫處的駐留。

(3)固化膠結機理。T&TS進入微縫后，組分中的有機結構帶有大量的活性基團，在井溫下吸熱發(fā)生膠聯(lián)反應實現(xiàn)固化，固化體具有很高的本體強度和界面膠結強度。且在吸熱固化過程有穩(wěn)定的體積微膨脹，進一步增加了本體與微縫結構的預應力；活性劑中的改性橡膠、耦聯(lián)劑可提高固化體與地層、水泥石的膠結強度，改善界面性能，增加固化體結構的致密性和韌性，進一步提高固化體與界面的膠結強度。

2.性能指標

性能指標如表1所示[9]。

3.技術特點

(1)固化時間可控。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77 MPa以上，滿足套管堵漏要求。

(3)現(xiàn)場作業(yè)簡便?？梢酝ㄟ^連續(xù)油管、油管、鉆具等泵送或專用投灰筒送到漏點位置，通過地面加壓實現(xiàn)擠注。

表1 T&TS主要性能

4.評價實驗

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

表2 T&TS性能表

實驗結果表明，甲烷和原油環(huán)境：

(1)樣品滲透率在不同溫度下都非常低，時間越長滲透率越低。

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

(3)樣品彎曲強度也非常高，初始時達到43 MPa。

五、應用案例

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兩種生產套管組合，固井水泥返至地面。該井生產套管泄漏后，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

(1)要求封堵材料能有效進入套管絲扣，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。

3.作業(yè)過程

決定采用T&TS進行套管絲扣堵漏，先在漏點以下坐封機械橋塞，根據(jù)漏點處溫度確定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.封堵結果

鉆塞到漏點以下0.5 m，將漏點完全暴露出來后試壓如表4所示。

表4 封堵結果表

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

六、結論與認識

(1)套管漏失是套管損壞的最主要形式，并分析總結了套管漏失主要原因。

(2)總結介紹現(xiàn)有套管漏點檢測方法，并介紹了各自優(yōu)缺點。對于輕微漏失泄漏點的診斷，可以采用高頻超聲波漏點檢測技術。

(3)化學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價試驗，通過現(xiàn)場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.套管損壞機理研究[J].江漢石油學院學報，1999(1)：60-63.

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[3]李國慶.噪聲測井淺談[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.國外可膨脹套管技術的發(fā)展及應用[J].石油機械，2006,34(10):74-77.

[6]韓振強.懸掛封隔技術在海外套管修復井中的應用[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堵漏劑的研制與應用[J].石油鉆探技術，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.