CN102505928A - 一种治理天然气井套间气窜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种治理天然气井套间气窜的方法，将固井水泥环自修复剂与水按比例配制成自修复液，先卸掉井口压力，然后将该自修复液挤入天然气井的套间窜气环空，施工和养护时保持挤入压力高于当时的井口带压值3～5MPa，憋压养护时间保持一个月以上，对窜气通道进行自修复。对于新完井的天然气井，固井前将油井水泥缓凝剂、固井水泥环自修复剂与水按比例配制自修复液，用该自修复液代替固井前置液，固井时先泵入自修复液，再泵注固井水泥浆。本发明可实现天然气井固井水泥环套间窜气的自修复，能够提高固井水泥环的耐久性和可靠性，保证气田开发的安全性和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气开发领域，特别涉及一种治理天然气井套间气窜的方法。
背景技术
由于气窜引起的天然气井井口气体滞留和井口压力升高(sustainedannular pressure)即环空带压问题一直是是世界上许多油气田面临的严重问题，使很多气井存在安全和环境的隐患。我国的四川、克拉玛依等许多气田都不同程度地受到井口窜气的困扰，产生了较大安全和环境压力。
解决气井环空带压问题的基本方法是采用挤水泥大修井修复方法和化学堵漏修复方法，但由于窜气通道尺寸微小很难挤入，成功率低，许多损伤井的修复作业需要进行2-3次。修复后的气井往往在很短时间内又可能出现问题，需要重新修复。如哈萨克斯坦让那若尔油田在对井口窜气的油气井采用在封固段上部射孔注入水泥封堵的办法，有效期只有一个月左右，多数井在修井后再次发生井口窜气。多数环空带压的油气井由于井身结构和工程条件的限制，无法进行有效的修复。
为保证天然气田安全高效的开发，必须解决天然气井环空带压问题。同时地下储气库的建设对气井水泥环的密闭可靠性和耐久性提出了更高的要求，对气井水泥环窜气通道自修复的技术方法要求更加紧迫。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种治理天然气井套间气窜的方法，基于一种损伤自修复的理念，能够提高天然气井固井质量，提高气井固井水泥环的耐久性和可靠性，减少气井维护成本，保证气田开发的安全性和经济效益。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种治理天然气井套间气窜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将固井水泥环自修复剂与水按照重量比(10～30)∶(100～120)的比例配制成自修复液，所述固井水泥环自修复剂是硅酸钠、硅酸钾、甲基硅酸钠、二甲基硅酸钙或者碳酸钠；
第二步，对发生井口窜气的天然气井，将天然气井井口压力卸掉，然后将所述自修复液挤入天然气井的套间窜气环空；
第三步，施工及养护过程中保持井口压力高于当时的井口带压值3～5MPa，如果压力小应及时补压，憋压养护时间保持一个月以上。
所述第二步中，对发生井口环空窜气，固井水泥浆未返到地面的天然气井，将天然气井井口压力卸掉，然后将所述自修复液挤入天然气井的套间窜气环空，置换或替换原有套间环空流体，施工时保持挤入压力高于当时的井口带压值3～5MPa。
所述第二步中，对发生井口环空窜气，固井水泥浆已返到地面的天然气井，将天然气井井口压力卸掉，然后将装有所述自修复液的高压密封容器连接到天然气井的套间窜气环空，使用泵车将所述自修复液挤入井口的窜气套间水泥环，施工时保持挤入压力高于当时的井口带压值3～5MPa。
上述的“当时的井口带压值”是指指施工前天然气窜到井口的压力。
本发明的另外一种治理天然气井套间气窜的方法，主要是针对新完井的天然气井，包括以下步骤：
第一步，将油井水泥缓凝剂、固井水泥环自修复剂与水按照重量比(0.2～6)∶(10～30)∶(100～120)的比例配制成自修复液，所述固井水泥环自修复剂是硅酸钠、硅酸钾、甲基硅酸钠、二甲基硅酸钙或者碳酸钠，所述油井水泥缓凝剂是磺化单宁SMT、葡萄糖酸钠、柠檬酸、有机磷酸盐、硼酸钠或者合成高温缓凝剂AMPS共聚物；
第二步，用所述自修复液代替固井前置液，固井时先泵入自修复液，然后再泵注固井水泥浆，固井水泥浆凝固后自修复液就被自然放置在水泥环的顶部，随时对天然气的窜气通道进行自动修复。。
该方法中，所述第二步，对于设计需要固井液返到地面的天然气井，用所述自修复液代替固井前置液和50-100m的固井水泥浆，自修复液的体积＞7m3，先注入所述自修复液后再注固井水泥浆，保持水泥浆顶部距井口50～100m而不返到井口，留50-100m的套管环空存放修复液，水泥浆凝固后所述自修复液被自然放置在水泥环顶部到井口的环形空间内，随时对天然气的窜气通道进行自动修复。
该方法中，所述自修复液是固井过程中代替固井前置液放置在凝固后的固井水泥环顶部的。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)用硅酸盐和碳酸盐作为天然气井固井水泥环井口窜气的自修复剂，通过相应的施工工艺的配合，实现对天然气井井口窜气的预防和自修复，避免复杂昂贵和危险的大修井作业。
(2)用自修复液代替现有的固井前置液，使固井前置液赋予对窜气通道自修复的新功能。
(3)在石油天然气井首次提出井口窜气自修复的新模式和新工艺。
附图说明
图1是本发明模拟实验中造缝前钢管与水泥浆的切片示意图。
图2是本发明模拟实验中通过造缝仪形成模拟微裂缝示意图。
图3是本发明模拟实验中水泥浆微裂缝经修复前置液修复后的愈合情况示意图。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。
实施例一
一种治理天然气井套间气窜的方法，包括以下步骤：
第一步，将固井水泥环自修复剂与水按照重量比20∶100的比例配制成自修复液，所述固井水泥环自修复剂是硅酸钠；
第二步，对发生井口窜气的天然气井，将天然气井井口压力卸掉，然后将所述自修复液挤入天然气井的套间窜气环空。其中，对于水泥浆未返到地面的天然气井，将天然气井井口压力卸掉，然后将所述自修复液挤入天然气井的套间窜气环空，置换或替换原有套间环空流体，施工时保持挤入压力高于当时的井口带压值3～5MPa；对于水泥返到地面的天然气井，将天然气井井口压力卸掉，然后通过将装有所述自修复液的高压密封容器连接到天然气井的套间窜气环空，使用泵车将所述自修复液挤入井口的窜气套间水泥环，施工时保持挤入压力高于当时的井口带压值3～5MPa。
第三步，保持井口压力高于当时的井口带压值3～5MPa，如果压力小应及时补压，憋压养护时间保持一个月以上。
实施例二
与实施一的区别是，自修复液为硅酸钠与水按照重量比10∶110的比例配制成的溶液。
实施例三
与实施一的区别是，自修复液为硅酸钾与水按照重量比20∶100的比例配制成的溶液。
实施例四
与实施一的区别是，自修复液为硅酸钾与水按照重量比15∶100的比例配制成的溶液。
实施例五
与实施一的区别是，自修复液为碳酸钠与水按照重量比15∶100的比例配制成的溶液。
实施例六
与实施一的区别是，自修复液为甲基硅酸钠与水按照重量比20∶100的比例配制成的溶液。
实施例七
与实施一的区别是，自修复液为二甲基硅酸钙与水按照重量比20∶100的比例配制成的溶液。
实施例八
一种治理天然气井套间气窜的方法，包括以下步骤：
第一步，将缓凝剂、固井水泥环自修复剂与水按照重量比0.8∶20∶100的比例配制成自修复液，所述固井水泥环自修复剂是硅酸钠，所述缓凝剂是磺化单宁SMT；
第二步，用所述自修复液代替固井前置液，固井时先泵入自修复液，然后再泵注固井水泥浆，固井水泥浆凝固后自修复液就被自然放置在水泥环的顶部，随时对天然气的窜气通道进行自动修复。
其中，如果是对于需要固井液返到地面的天然气井，用所述自修复液代替固井前置液和部分固井水泥浆(50-100m左右)，先注入所述自修复液后再注固井水泥浆，保持水泥浆顶部距井口50～100m而不返到井口，水泥浆凝固后所述自修复液被自然放置在水泥环顶部到井口的环形空间内，随时对天然气的窜气通道进行自动修复。
实施例九
与实施八的区别是，自修复液为磺化单宁SMT、硅酸钠与水按照重量比0.8∶15∶100的比例配制成的溶液。
实施例十
与实施八的区别是，自修复液为磺化单宁SMT、硅酸钾与水按照重量比0.8∶20∶100的比例配制成的溶液。
实施例十一
与实施八的区别是，自修复液为磺化单宁SMT、硅酸钾与水按照重量比0.8∶15∶100的比例配制成的溶液。
实施例十二
与实施八的区别是，自修复液为葡萄糖酸钠、硅酸钠与水按照重量比0.2∶15∶110的比例配制成的溶液。
实施例十三
与实施八的区别是，自修复液为葡萄糖酸钠、硅酸钠与水按照重量比0.6∶15∶120的比例配制成的溶液。
实施例十四
与实施八的区别是，自修复液为葡萄糖酸钠、硅酸钾与水按照重量比0.3∶10∶120的比例配制成的溶液。
实施例十五
与实施八的区别是，自修复液为葡萄糖酸钠、甲基硅酸钾与水按照重量比0.3∶10∶120的比例配制成的溶液。
实施例十六
与实施八的区别是，自修复液为葡萄糖酸钠、二甲基硅酸钙与水按照重量比0.3∶10∶120的比例配制成的溶液。
在针对新完井的天然气井的情况下，油井水泥缓凝剂还可以是柠檬酸、有机磷酸盐、硼酸钠或者合成高温缓凝剂AMPS共聚物，加量由井深和温度定。
为了进一步验证本发明的结果，进行简单的模拟实验，用钢管浸泡钻井液的方法模拟一界面(固井水泥环与套管的胶结界面)的窜气通道。
固井水泥环窜气通道模拟方法：先让模拟套管的钢管(直径25cm，长80cm)浸泡钻井液(两种钻井液体系)24h，然后再往被钢管浸泡后的钢管中注入固井液，由此在固井液与套管内壁的胶结界面产生微间隙，模拟油层套管内水泥塞形成微间隙而发生窜气的工况。浸泡钢管钻井液配方见表1，模拟固井液配方见表2，实验结果见表3。
表1模拟套管的钢管浸泡方案
表2模拟固井液体系配方
| 固井液/代号(前) | 油井水泥/(g) | GS-1/(g) |
| 1 | 300.0 | 0.0 |
| 2 | 300.0 | 90.0 |
| 3 | 300.0 | 120.0 |
注：固井液浆体的水灰比均为0.44
表3样品抗水窜强度(MPa)试验结果
从试验结果可以看出：
(1)钢管浸泡钻井液后，对与所研究的三种油井水泥浆配方而言抗气窜强度均很低，气窜严重，特别是混油钻井液体系形成的微间隙最严重，抗气窜强度最低。
(2)所研究的三种油井水泥浆配方与钢管形成的微间隙，经过自修复液的修复后，微间隙明显愈合，表现在试样的抗气窜强度明显提高，而且随着修复时间的增加，抗气窜强度越高。
(3)比较而言，油井水泥净浆和基浆+30％GS-1的两个固井液配方的修复效果最好，随着养护修复时间的增加，抗气窜强度稳定增加和保持。
对胶乳固井液、胶乳膨胀型固井液和矿渣固井液三种体系进行了相同的试验。试验配方见表4，试验结果见表5，浸泡钻井液的体系为聚合物钻井液。
表4固井液试验配方与性能
注：固井液浆体的水灰比均为0.44
表5样品抗水窜强度(MPa)试验结果
从试验结果中可以看出：所有试验的固井液体系在套管内壁存在钻井液的情况下(模拟微间隙)，抗气窜强度都不理想。经过自修复液修复后，抗气窜强度都明显提高，随着养护修复时间的增加，修复效果越好。
接下来，用冲击造缝仪模拟固井水泥环微裂缝形成的窜气通道
按标准配置0.44水灰比的油井水泥净浆，将其倒入准备好的干净钢管中，颠实，封好钢管的上下端，放入老化罐中120℃空气养护24小时。将养护好的钢管在车床上截成小段，每段长10.6mm。在空气中放置1周，然后通过自行研制的XAN-ZF重力冲击式造缝仪对样品进行冲击造缝，直至出现微间隙或微裂缝，测定的抗气窜强度为零。在不同的养护条件下，养护样品到规定时间，测其抗气窜强度的变化值。试验结果见表6，造缝前后和修复前后试验变化情况见图1-图3
表6自修复试验结果
由表6和图1-图3的试验结果可以看出，经过人工造缝的试样，抗气窜强度为零；经过放入20％自修复液的修复液中养护修复后，抗气窜强度明显恢复，比在清水中的养护效果好的多。试验结果还表明，对水泥环或水泥塞微裂缝的修复需要一定的时间，一般要求大于20天以上；随着时间的加长，修复效果越好，修复的耐久性较好。如果在套管内水泥塞上面放入修复液，能够产生优异的防止气窜的效果，大大增强老井水泥塞防气窜的可靠性。从图1-图3可以看出，形成裂缝的试样经过自修复液养护后，裂缝愈合情况良好，具有明显的修复效果。
实际应用中，自修复液的选择与固井水泥浆是否已返到地面有关，如果是对于新完井的天然气井，自修复液的组成中应该含有一定量的油井水泥缓凝剂。
Claims (7)
1.一种治理天然气井套间气窜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将固井水泥环自修复剂与水按照重量比(10～30)∶(100～120)的比例配制成自修复液，所述固井水泥环自修复剂是硅酸钠、硅酸钾、甲基硅酸钠、二甲基硅酸钙或者碳酸钠；
第二步，对发生井口窜气的天然气井，将天然气井井口压力卸掉，然后将所述自修复液挤入天然气井的套间窜气环空；
第三步，施工及养护过程中保持井口压力高于当时的井口带压值3～5MPa，如果压力小应及时补压，憋压养护时间保持一个月以上。
2.根据权利要求1所述的治理天然气井套间气窜的方法，其特征在于，所述第二步中，对发生井口环空窜气，固井水泥浆未返到地面的天然气井，将天然气井井口压力卸掉，然后将所述自修复液挤入天然气井的套间窜气环空，置换或替换原有套间环空流体，施工时保持挤入压力高于当时的井口带压值3～5MPa。
3.根据权利要求1所述的治理天然气井套间气窜的方法，其特征在于，所述第二步中，对发生井口环空窜气，固井水泥浆已返到地面的天然气井，将天然气井井口压力卸掉，然后将装有所述自修复液的高压密封容器连接到天然气井的套间窜气环空，使用泵车将所述自修复液挤入井口的窜气套间水泥环，施工时保持挤入压力高于当时的井口带压值3～5MPa。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的治理天然气井套间气窜的方法，其特征在于，所述当时的井口带压值是指施工前天然气窜到井口的压力。
5.一种治理天然气井套间气窜的方法，其特征在于，对于新完井的天然气井，包括以下步骤：
第一步，将油井水泥缓凝剂、固井水泥环自修复剂与水按照重量比(0.2～6)∶(10～30)∶(100～120)的比例配制成自修复液，所述固井水泥环自修复剂是硅酸钠、硅酸钾、甲基硅酸钠、二甲基硅酸钙或者碳酸钠，所述缓凝剂是磺化单宁SMT、葡萄糖酸钠、柠檬酸、有机磷酸盐、硼酸钠或者合成高温缓凝剂AMPS共聚物；
第二步，用所述自修复液代替固井前置液，固井时先泵入自修复液，然后再泵注固井水泥浆，固井水泥浆凝固后自修复液就被自然放置在水泥环的顶部，随时对天然气的窜气通道进行自动修复。
6.根据权利要求5所述的治理天然气井套间气窜的方法，其特征在于，所述第二步中，对于设计需要固井液返到地面的天然气井，用所述自修复液代替固井前置液和50-100m的固井水泥浆，自修复液的体积＞7m3，先注入所述自修复液后再注固井水泥浆，保持水泥浆顶部距井口50～100m而不返到井口，留50-100m的套管环空存放修复液，水泥浆凝固后所述自修复液被自然放置在水泥环顶部到井口的环形空间内，随时对天然气的窜气通道进行自动修复。
7.根据权利要求5所述的治理天然气井套间气窜的方法，其特征在于，所述自修复液是固井过程中代替固井前置液放置在凝固后的固井水泥环顶部的。
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Granted publication date: 20131106 Termination date: 20161014 |
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