CN101397896A - 利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法 - Google Patents

Abstract

一种利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，是对目标井实施注气，将井内积水推挤回地层，使井内保持无水状态，于此注气的同时，采用缆线下降倾置器，使其垂放至地层中欲封闭的区段，到达封闭区段时，控制倾置器底端开口开启，使内装的水泥乳流出，水泥乳流出先聚积在封闭区段内，水泥乳慢慢流入筛管与井壁间环孔内的砾石层，并持续注气直至水泥乳固结硬化，达到封堵出水层的目的。

Description

利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法

技术领域

本发明涉及一种利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，特别是指处理砾石填充气井水锥出水的状况，以注气加压的方式，将积水推挤回地层，并将水泥乳挤至砾石与井壁之间的缝隙，水泥乳凝固封闭，使所述区段形成可靠的封闭区段。

背景技术

气井在开采过程中，其开采的地层存在着天然气及水，天然气的比重比水低，因此天然气会储存于水面上，在天然气的生产过程中，储气层的压力会逐渐下降，地层内的水会渐渐上升靠近抽取的生产井，水容易进入生产井内而影响产气。

一般出水原因，是于生产区间含有高渗透率次层，致使提早被边际水贯穿，或是生产层含有垂直裂缝或断层，底部地层水由裂缝或断层流入上部生产层，或是设于井内的套管、填塞器有裂缝，套管水泥封固不良等原因，都会导致地层水渗透进入生产井，使得在生产天然气过程中，因气水界面上升或水锥导致伴产水量增高而停产，故要将其完整封闭，避免水位上升至井内影响其他区段的生产。

已出水的砾石填充生产井，因筛管外与井壁间充填具有非常高渗透率的砾石层，且于生产区间未设有套管，则不能采用机械式的桥塞器，亦无法以热膨胀式的塑料衬套封塞气水界面下的穿孔区间，使生产井回复生产。

传统桥塞器的设置，因桥塞器仅能设置于筛管内，对筛管的小环孔及砾石层无封堵作用，并不能阻止地层水继续流入井内；同样地热膨胀式塑料衬套也仅能设置于筛管内，传统以挠曲油管泵注凝胶于砾石填充生产井内，则因小环孔及砾石层具有高渗透率，凝胶泵送时，势必先流过整个砾石层后，而不会仅进入出水生产层内。

至于于井底置放传统G级或H级的水泥，则因其水泥颗粒过粗，不能流过筛管而不可行。因此砾石填充井底部出水时，仅能任伴产水持续增加，直至伴产水无法处理或不具经济价值后停产，或任伴产水于油管内聚积，直至自然停产。

对于砾石填充生产井，一般所采用的堵水方法多是以热固型树脂或细粒水泥封闭出水的生产层，且以酚醛树脂占绝大部分。但以热固型树脂堵水，复产时在井底生产差压超过50磅的情况下地层水会有穿透砾石层与井壁间的接合处的现象，使堵水效果大受影响。至于水泥亦有所限制，必须是超细颗粒的水泥才可以流入砾石层中，填满砾石层的孔隙，固结后达到封堵出水层的效果。

传统砾石填充生产井的堵水通常是以倾置器装载处理液体(树脂或水泥乳)，倾置器为一圆柱形容器，可装载水泥乳、树脂或其他流体，利用缆线下至井底(或欲处理的深度)，由地面发送讯号将的开启，释放内装的处理液体(树脂或水泥乳)，通过处理液体与地层水的比重差，使的流入筛管与井壁间环孔的砾石层，待其固化后达到封堵出水的目的。

但此种施工方式有几个缺点，首先必须克服水泥乳(或树脂)与地层水混溶的稀释效应，否则后续的固化会有问题；再者，要能确保砾石层未受过度污损及导通度不均匀，砾石层的作用本来就是防砂，经过生产的后的砾石层势必会受来自生产层粉砂的污损，因此水泥乳或树脂在只靠重力作用下，即使可以流入砾石层，可能也无法填满所有的孔隙，也因此而无法将底部的水锥出水完全封堵。另外，一般生产井出水后，通常井底有水柱聚积，当水泥乳或树脂置放于井底后，地层水将会在井壁形成薄膜，当水泥乳或树脂固化后再开井复产时，井底与地层间往往有数十至数百磅的差压，这个差压会使底水沿水泥乳与井壁间的微小缝隙流至井内，无法完全封堵出水层，如上所述，以热固型树脂堵水，在井底差压超过50磅的情况下，地层水会有穿透砾石层与井壁间的接合处的现象。

发明内容

本发明的主要目的，旨在提供一种利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，利用本发明堵水方法能够有效提高堵水的成功率，使因水锥出水而无法生产的气井复产，节省钻探新井的费用，极具经济效益。

本发明的次一目的，旨在提供一种利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，以注入气体方式将积水推挤回地层，使得水泥乳能够顺利流入砾石层内，并流至砾石层与井壁接缝处固化，封堵地层水流入的通道，达到堵水的效果。

为达上述的目的，本发明为一种利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，其包含以下步骤：

(a)先对目标井注入一气体并持续一段时间，使井内积水被挤回地层，保持井内无水状态；

(b)将预先配制的封固流体(即处理液体)装载至一倾置器内，再将上述倾置器垂放至上述目标井内待封闭区段；

(c)待倾置器到达封闭区段时，暂停注气或降低注气压力一特定时间，保持井口压力不低于注气前的压力；

(d)控制倾置器开口开启倾放封固流体流出，使封固流体聚积于封闭区段；

(e)恢复注气并持续加压直至封固流体固结硬化，使所述区段形成可靠的封闭区段。

其中，上述封固流体为水泥乳或液态树脂。

在一较佳实施例中，上述所注入的气体为天然气。

于一较佳实施例中，上述倾置器底端设有一节流装置，藉以控制内装封固流体流出的速率。

在一可行实施例中，上述暂停注气或降低注气压力的特定时间为10～30分钟，上述倾置器将封固流体倾置完全后，恢复注气，持续注气时间超过封固流体完全固化所需的时间，且水泥乳调配的塑性黏度低于22cp。

于理想实施例中，上述倾置器由井口下至封闭区段的时间不得超过60分钟，又上述封固流体以设定速度流出，并于释放过程中缓缓提拉一定高度。

附图说明

图1是本发明的砾石填充生产井出水状态示意图；

图2是本发明的堵水方法流程示意图；

图3是本发明的砾石填充生产井油管内积水示意图；

图4是图3注入气体至井内挤压积水示意图；

图5是本发明的倾置器垂下至待封闭区段示意图；

图6是图5倾置器释放流体示意图；

图7是倾置器倾置流体完毕并恢复注气示意图；

图8是砾石填充生产井堵水完成并开井喷流示意图；

图9是不同水泥乳穿透砾石所需的孔喉及渗透率示意图；

图10是本发明的较佳实施例堵水作业示意图；

图11是本发明的第3次水泥倾置后第二阶段喷流的井口流压与水量变化图；

图12是本发明的第3次水泥倾置后第三阶段喷流试验的井底流压变化图；

图13是本发明的第3次水泥倾置后第三阶段喷流试验的井底流压变化与水量变化图；

图14是本发明的砾石填充生产井喷流期间地层水分析结果图。

附图标记说明：10砾石填充生产井；11砾石层；12积水；20第一油气生产层；21第二油气生产层；22第三油气生产层；30伴产水量；31产气量；40倾置器；41流体。

具体实施方式

为了能更进一步对本发明的构造、使用及其特征有更深一层，明确、详实的认识与了解，现举出较佳的实施例，配合图式详细说明如下：

首先请参阅图1，砾石填充生产井10生产后，因气水界面上升，生产气的同时伴产水也跟着被汲出，由图示实施例中，上述砾石填充生产井10钻透三层油气层，由上至下依序为第一油气生产层20、第二油气生产层21及第三油气生产层22，上述生产层相间的不透水层为页岩层。于第三油气生产层22内，清楚看出水锥上升至砾石填充生产井10内，使伴产水量30持续增加，产气量31持续降低(如箭头所示)，如不针对第三油气生产层22进行封闭，则伴产水会继续渗透至砾石填充生产井10而无法处理，致使伴产水于井内聚积，直到自然停产。

请参阅图1至图8所示，本发明为一种利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，针对上述砾石填充生产井10进行堵水作业，于筛管内封闭与第三油气生产层22的连通关系，使得出水区域连同顶部的页岩层一并封堵，所述堵水技术包含：

检测井内各项数据(井内器材布置、温度、压力)，再对上述砾石填充生产井10实施注气，然后如图4所示般，将井内积水12推挤回地层，使井内保持无水状态，于此注气的同时，采用缆线下降倾置器40，使其垂放至地层中欲封闭的区段(参照图5)，到达封闭区段时，控制倾置器40底端开口开启，使内装的流体41流出，流体41流出先聚积在封闭区段内，接着，流体41慢慢流入砾石层11内，到达砾石层11内边缘，并恢复注气压力(参照图6所示)，利用注气对流体41产生挤压，将其挤入砾石层11的孔隙及砾石层11与井壁间的缝隙，持续注气加压直至流体41固结硬化，使所述区段形成可靠的封闭区段，而将第三油气生产层22彻底封闭(如图7所示)。

其中，上述流体41为水泥乳或液态树脂。

于一较佳实施例中，上述倾置器40底端设有一节流装置，藉以控制内装封固流体流出的速率，有助于使用流体倾置器40施工时，经由设定流速使释放出的水泥能在待封闭区段达到完整的凝固闭水功能，使施工过程更加顺利，封井作业顺畅。

于可行实施例中，对目标井以天然气注入持续数小时，将井内的积水12推回地层中，于此同时将配制好的水泥乳以倾置器40下降至待封闭的区段，在开启倾置器40前，暂停注气或降低注气压力数分钟，但须确保井口关井压力仍大于注气前的压力，待水泥乳倾置完全后，恢复注气压力，并持续24小时以上，使得水泥乳被持续加压更轻易流入砾石层11内，待水泥乳能够完全固化后，而达到封闭的功能。

在一可行实施例中，上述暂停注气的时间为10～30分钟。

请再参阅图8，当水泥乳固化后，有效将第三油气生产层22封闭，其伴产水量30减少，产气量31逐渐恢复(由图示箭头所示)，水泥乳凝固封闭使所述区段与页岩层形成一可靠的封闭区段，而第三油气生产层22内的地层水无法进入砾石填充生产井10内。

于一较佳实施例中，水泥乳调配完成后确保其塑性黏度低于22cp；倾置器40由井口下至欲封闭的区段的时间不得超过60分钟；倾置器40到达欲封闭的区段时，水泥乳释放的速度不宜过快，同时在释放过程中缓缓提拉80公分至1公尺的高度，以避免筛管内水泥乳液面瞬间上升太高，污染上部的砾石层11，影响后续倾置作业。

于另一较佳实施例中，倾置器40充填水泥乳时，须避免直接曝晒阳光，尽量保持低温，以避免水泥乳开始固化。

请参阅图9，因一般水泥乳颗粒过大，无法通过筛管进入砾石内，本发明所采用的水泥乳最好为挤水泥用水泥乳(SqueezeCRETE)，其与一般油气井使用的G级水泥最大的不同在于它的超细颗粒，它的最大颗粒组群平均大小为5～7μm，一般含固粒液体要能流过孔隙介质，所述介质的孔喉(Pore throat)大小至少必须是混合液中最大固粒直径的5～10倍，否则颗粒将会聚积卡在孔喉，中断后续颗粒的流动，由图式中可清楚看出一般G级水泥是无法流入砾石，而微细水泥(micro-cement)的颗粒大小约30um应所述可以流入砾石，但一般已出水的井，其砾石层11中极可能已填塞许多来自生产层的细粒，部分孔隙已被堵塞，渗透率降低，因此增加水泥乳流入的困难度，容易形成封堵不完全，而影响堵水效果，以注气加压的方式可将孔隙中的细粒一并挤入生产层中，使水泥乳能够较轻易渗入砾石内。

请参阅图10，本发明于实施堵水作业前，目标井伴产水量高达122KL/Day，井底静压为2387psia，井深为2816.0公尺。

于以下的实际操作实验过程中，经第一次堵水作业，于目标井注入天然气5小时后，暂停15分钟进行倾置作业，期间井口压力由2150psig缓降至1920psig，倾置水泥乳共20.3公升，倾置完毕后恢复注气，并持续24小时，水泥头上升0.1m，井内深度由2816.0公尺升至2815.9公尺。

经第二次堵水作业，先行注气4小时，暂停10分钟进行倾置作业，期间井口压力由2140psig缓降至1900psig，倾置水泥乳共20.3公升，倾置完毕后恢复注气，井口压力维持2140psig，持续注气约27小时，水泥头上升0.9m，井内深度由2815.9公尺升至2815.0公尺，随后开井喷流10天，期间关井1天，共排出水量560公升，最终伴产水量已降为47KL/Day，所述目标井已能自喷生产。

为补强堵水效果，再进行第三次堵水作业，此次提高井口注气压力至2480psig，先行注气3小时，当倾置装置下降至井底时，停止注气，井口压力降至1960psig，倾置水泥乳，前后约停止注气15分钟，倾置完毕后恢复注气，井口压力由最高的2560psig降至2480psig，再持续注气24小时，水泥头上升0.1m，井内深度由2815.0公尺升至2814.9公尺。

第3次注气加压下水泥作业完毕后随即开井喷流，本发明为验证堵水效果，共分三阶段进行，叙述如下：

第一阶段

以32/64”节流嘴开井生产，可自喷，初期井口流压1660psi，气量约37万立方公尺/天，经20小时后，伴产水出现，井口流压逐渐下降至1560psi，开井4日。

第二阶段

再以32/64”节流嘴开井生产，共开井11日，期间井口流压由820psi逐渐升高至1510psi，伴产水量逐渐下降至1.40KL/hr(含凝结油)，如图11所示。

第三阶段

请参阅图12、图13，本阶段共开井4天，关井前气量约20万立方公尺/天，伴产水降至0.3KL/hr(另凝结油量约0.4KL/hr，油水合计为0.7KL/hr)，相当于伴产水量为7.2KL/day，已低于天然气工业惯用的衡量标准1KL/104立方公尺天然气。

第3次下水泥时，前后共注气27小时，井孔附近的地层水会被往外推挤入地层内，当再开井生产时，初期由于井眼附近其水饱合度甚低，因此无伴产水，但持续生产后水会往井眼处回流，水头到达井孔初期水量较大，但会逐渐下降，由图12中最后关井阶段的井底压力上升数据分析，结果显示地层内的有效渗透率(Ke)已由原先的260md降为190md，且井孔附近的肤表因子(Skin Factor)已由原先的6上升至56.8，进一步证实排扫范围内的生产层含水饱和度仍高，尤其井眼附近，因气、水成辐射状向井口集中，含水饱和度更高，因此肯定伴产水来自上面两次层中的积水流向井眼，并非因水锥现象由第三次层的底栖水而来。

于整体施工作业中，针对伴产水盐度及硬度等数值的变化来判断堵水的效果，对目标井而言，伴随天然气所产出的水包含地层水及凝结水两种来源，地层水中的盐分较高，而凝结水中的盐份通常仅有数十至数百ppm，由于凝结水的量不多，因此当地层水水量较大时，所显现的盐份便很高。

请参阅图14所示，未采用本发明的堵水技术前，伴产水的盐份维持在19000～20000ppm左右，经过第1至第3次的注气加压下水泥堵水施工，可以看出生产井伴产水的盐份开始有下降的趋势，表示地层水排出的量已经有显著的减少，此外，在生产井水的硬度监测，一开始硬度较大，之后维持不变，在第2次注气加压下水泥堵水后，则有明显的降低，推测第2次倾置后，伴产水的主要来源不是由第三次层流出，而是由上面两次层随气流而产出。

为验证本发明效益，于本目标井的附近另有两口生产井，各相距300公尺，目前三口井的井底静压分别为A井2315psia、本目标井2320psia，B井2400psia，其中，A井为正常生产井，B井已出水停产，另由气田生产井的纪录得知，出水者其井底压力均较未出水者为高，由此可确认目标井的第三次层已被封堵掉，目前其伴产水是由原先上面二次层的地层水随气流而产出。

由上述的分析，分析目标井的第三次层已被水泥乳将的与上面二次层完全隔开，再无水锥出水的现象，现今7.2KL/day的伴产水将会随着未来持续开井生产而逐渐下降。

通过本发明的堵水技术，以注入天然气体将井内积水12挤回地层内，使井内积水12退散，当倾置器40置放水泥乳后，因井内已无任何积水12，水泥乳不会与水混合而影响其比重及凝固速率，并能利用注气，顺势将水泥乳挤入砾石与井壁之间隙，加快水泥乳流动速度，而能使水泥乳将欲封闭的区域完全封闭，达到堵水的功效。

本发明的堵水方式，能够有效提高堵水的成功率，使因出水无法生产的气井复产，节省钻探新井的费用，极具经济效益。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍应含括于本发明申请专利范围内。

Claims (9)

1.一种利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，其特征在于，包含以下步骤：

(a)先对目标井注入一气体并持续一段时间，使井内积水被挤回地层并保持无水状态；

(b)将预先配制的封固流体装载至一倾置器内，再将上述倾置器垂放至上述目标井内待封闭区段；

(c)待倾置器到达封闭区段时，暂停注气或降低注气压力一特定时间，并保持井口关井压力不低于注气前的压力；

(d)控制倾置器开口开启倾放封固流体流出，使封固流体聚积于封闭区段；

(e)恢复注气并持续加压直至封固流体固结硬化，使所述区段形成可靠的封闭区段。

2.如权利要求1所述的利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，其特征在于，上述封固流体为水泥乳。

3.如权利要求1所述的利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，其特征在于，上述封固流体为液态树脂。

4.如权利要求1所述的利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，其特征在于，上述气体为天然气。

5.如权利要求1所述的利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，其特征在于，上述倾置器底端设有一节流装置，藉以控制内装封固流体流出的速率。

6.如权利要求1所述的利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，其特征在于，上述暂停注气的特定时间为10～30分钟。

7.如权利要求1所述的利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，其特征在于，上述倾置器将封固流体倾置完全后，恢复注气持续至封固流体完全固结硬化。

8.如权利要求2所述的利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，其特征在于，水泥乳调配的塑性黏度低于22cp。

9.如权利要求2所述的利用倾置水泥配合注气加压封闭气井出水区段的堵水方法，其特征在于，上述封固流体以设定速度流出，并于释放过程中缓缓提拉一定高度。

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