1335953 , .- , 九、發明說明： . 【發明所屬之技術領域】 · 本發明係有關一種利用傾置水泥配合注氣加壓以封 閉氣井出水區段之堵水方法，特別是指處理礫石填充氣井 水錐出水的狀況，以注氣加壓之方式，將積水推擠回地層， 並將水泥乳擠至礫石與井壁之間的縫隙，水泥乳凝固曰封 閉’使該區段形成可靠之封閉區段。 【先前技術】 •鲁 按，氣井在開採過程中，其開採之地層存在著天然氣 及水，天然氣的比重比水低，因此天然氣會儲存於水面上， 在天然氣的生產過程中，儲氣層之壓力會逐漸下降，地層 内的水會漸漸上升靠近抽取的生產井，水容易進入生產; 内而影響產氣。 一般出水原因，係於生產區間含有高滲透率次層，致 使提早被邊際水貫穿，或是生產層含有垂直裂縫或斷層， • 底部地層水由裂縫或斷層流入上部生產層，或是設於井内 之套管、填塞器有裂縫，套管水泥封固不良等原因，都會 導致地層水渗透進入生產井，使得在生產天然氣過程中: 因，水界面上升或水錐導致伴產水量增高而停產，故要將 其完整封閉’避免水位上升至井内影響其他區段之生產。 水之礫石填充生產井，因篩管外與井壁間充填具 有非常南渗透率之礫石層，且於生產區間未設有套管，則 不月匕採用機械式之橋塞器，亦無法以熱膨脹式之塑膠概套 封塞氣水界面下之穿孔區間，使生產井回復生產。 6 1335953 傳統橋塞器之設置，因橋塞器僅能設置於篩管内，對 篩管之小環孔及礫石層無封诸作用，並不能阻止地層水繼 續流入井内；同樣地熱膨脹式塑膠襯套也僅能設置於篩管 内，傳統以撓曲油管栗注凝膠於―填充生產井内，則因 小環孔及蝶石層具有高渗透率，凝膠栗送時 ，勢必先流過 整個礫石層後，而不會僅進入出水生產層内。
=於井底置放傳以級或_之水泥，則因其水泥 =粗二能流過筛管而不可行。因此礫石填充井底部 半產水持續增加’直至伴產水無法處理或 糾錢停產，或任伴產切油管内自 然停產。 對於礫石填充生產井，一般 熱固型樹脂或細粒水泥封閉出水堵水方法多是以 A π L Μ\ 生產層’且以酚醛樹脂 佔絕大Μ。但以熱固型樹脂堵水， 壓超過5G销情況下地層水會有 ，現象，使堵水效果大受影響。至於:泥= V須，粒之水泥才可以流入碟石層中= 石層之孔隙，固結後達到封堵出水層之效果。 、’、 傳統礫石填充生產井之堵水通傾 理液體（樹脂或水泥乳），傾置3! A 裝載處 ,.^ 馬〜圓柱形容器，可裝載 脂或其他流體，利用纜線下至井底（或欲處理之 冰度），由地面發送訊號將之開啟，釋_裝之處理⑽（樹 脂或水泥乳），藉由處理液體與地層水之 筛管與井壁間環孔之蝶石層’待其固化後達到二: 目的。 但此種施工方式有幾個'缺點，首先必須克服水泥乳 (或樹脂）與地層水混溶的稀釋效應，否則後續之固化會有 問題；再者，要能確保礫石層未受過度污損及導通度不均 勻，礫石層的作用本來就是防砂，經過生產之後的礫石層 勢必會受來自生產層粉砂的污損，因此水泥乳或樹脂在只 靠重力作用下，即使可以流入礫石層，可能也無法填滿所 有之孔隙，也因此而無法將底部的水錐出水完全封堵。另 Φ 外，一般生產井出水後，通常井底有水柱聚積，當水泥乳 或樹脂置放於井底後，地層水將會在井壁形成薄膜，當水 泥乳或樹脂固化後再開井復產時，井底與地層間往往有數 十至數百磅的差壓，這個差壓會使底水沿水泥乳與井壁間 之微小縫隙流至井内，無法完全封堵出水層，如上所述， 以熱固型樹脂堵水，在井底差壓超過50磅的情況下，地層 水會有穿透礫石層與井壁間之接合處的現象。 【發明内容】 • 爰是，本發明之主要目的，旨在提供一種利用傾置水 泥配合注氣加壓以封閉氣井出水區段之堵水方法，利用本 發明堵水方法能夠有效提高堵水的成功率，使因水錐出水 而無法生產的氣井復產，節省鑽探新井的費用，極具經濟 效益。 本發明之次一目的，旨在提供一種利用傾置水泥配合 注氣加壓以封閉氣井出水區段之堵水方法，以注入氣體方 式將積水推擠回地層，使得水泥乳能夠順利流入礫石層 1335953. 1 I f 内，並流至礫石層與井壁接縫處ϋΐ化，封堵地層水流入之 通道，達到堵水的效果。 為達上述之目的，本發明係為一種利用傾置水泥配合 注氣加壓以封閉氣井出水區段之堵水方法，其包含以下步 驟： (a) 先對目標井注入一氣體並持續一段時間，使井 内積水被擠回地層，保持井内無水狀態； (b) 將預先配製之封固流體（即處理液體）裝載至 • 一傾置器内，再將上述傾置器垂放至上述目標井内待封閉 區段， (c) 待傾置器到達封閉區段時，暫停注氣或降低注 氣壓力一特定時間，保持井口壓力不低於注氣前的壓力； (d) 控制傾置器開口開啟傾放封固流體流出，使封 固流體聚積於封閉區段； (e) 恢復注氣並持續加壓直至封固流體固結硬化， 使該區段形成可靠之封閉區段。 * 其中，上述封固流體為水泥乳或液態樹脂 在一較佳實施例中，上述所注入之氣體為天然氣。 於一較佳實施例中，上述傾置器底端設有一節流裝 置，藉以控制内裝封固流體流出之速率。 在一可行實施例中，上述暫停注氣或降低注氣壓力之 特定時間為10〜30分鐘，上述傾置器將封固流體傾置完全 後，恢復注氣，持續注氣時間超過封固流體完全固化所需 1335953 4 之時間，且水泥乳調配的塑性黏度低於22cp。 於理想實施例中，上述傾置器由井口下至封閉區段的 時間不得超過60分鐘，又上述封固流體以設定速度流出， 並於釋放過程中緩緩提拉一定高度。 【實施方式】 茲為便於 貴審查委員能更進一步對本發明之構 造、使用及其特徵有更深一層，明確、詳實的認識與暸解， 爰舉出較佳之實施例，配合圖式詳細說明如下： 首先請參閱第1圖，礫石填充生產井10生產後，因 氣水界面上升，生產氣的同時伴產水也跟著被汲出，由圖 示實施例中，上述碟石填充生產井10鑽透三層油氣層，由 上至下依序為第一油氣生產層20、第二油氣生產層21及 第三油氣生產層22，上述生產層相間之不透水層為頁岩 層。於第三油氣生產層22内，清楚看出水錐上升至礫石填 充生產井10内，使伴產水量3 0持續增加，產氣量31持續 降低（如箭頭所示），如不針對第三油氣生產層22進行封 閉，則伴產水會繼續滲透至礫石填充生產井10而無法處 理，致使伴產水於井内聚積，直到自然停產。 請參閱第1至8圖所示，本發明係為一種利用傾置水 泥配合注氣加壓以封閉氣井出水區段之堵水方法，針對上 述礫石填充生產井10進行堵水作業，於篩管内封閉與第三 油氣生產層22的連通關係，使得出水區域連同頂部的頁岩 層一併封堵，該堵水技術包含： 檢測井内各項數據（井内器材佈置、溫度、壓力）， 1335953 , 再對上述礫石填充生產井1()實施注氣，然後如第4圖所示 ，般，將井内積水12推擠回地層，使井内保持無水狀態，於 此〉主氣的同時，採用纜線下降傾置器4 〇，使其垂放至地層 •中欲封閉之區段（參照第5圖），到達封閉區段時，控制^ =器40底端開口開啟，使内裝之流體41流出，流體41 流出先聚積在封閉區段内，接著，流體41慢慢流入礫石層 U内，到達礫石層11内邊緣，並恢復注氣壓力（參第6 圖所示），利用注氣對流體41產生擠壓，將其擠入礫石層 _ 11之孔隙及礫石層11與井壁間之縫隙，持續注氣加壓直 至机體41固結硬化，使該區段形成可靠之封閉區段，而將 第三油氣生產層22徹底封閉（如第7圖所示）。 其中’上述流體41為水泥乳或液態樹脂。 於一較佳實施例中，上述傾置器40底端設有一節流 裝置’藉以控制内裝封固流體流出之速率，有助於使用流 體傾置器40施工時，經由設定流速使釋放出的水泥能在待 封閉區段達到完整的凝固閉水功能，使施工過程更加順 •利’封井作業順暢。 於可行實施例中，對目標井以天然氣注入持續數小 時’將井内之積水12推回地層中，於此同時將配製好的水 泥乳以傾置器40下降至待封閉之區段，在開啟傾置器40 前’暫停注氣或降低注氣壓力數分鐘，但須確保井口關井 壓力仍大於注氣前的壓力，待水泥乳傾置完全後，恢復注 氣壓力’並持續24小時以上，使得水泥乳被持續加壓更輕 易流入礫石層11内，待水泥乳能夠完全固化後，而達到封 1335953 ‘ 閉之功能。 在一可行實施例中，上迹暫停注氣之時間為10〜30分 鐘。 請再參閱第8圖，當水泥乳固化後，有效將第三油氣 生產層22封閉，其伴產水量30減少，產氣量31逐漸恢復 (由圖示箭頭所示），水泥乳凝固封閉使該區段與頁岩層形 成一可靠之封閉區段，而第三油氣生產層22内的地層水無 法進入礫石填充生產井10内。 於一較佳實施例中，水泥乳調配完成後確保其塑性黏 度低於22cp ;傾置器40由井口下至欲封閉之區段的時間 不得超過60分鐘；傾置器40到達欲封閉之區段時，水泥 乳釋放的速度不宜過快，同時在釋放過程中緩緩提拉80 公分至1公尺的高度，以避免筛管内水泥乳液面瞬間上升 太高，污染上部之礫石層11，影響後續傾置作業。 於另一較佳實施例中.，傾置器40充填水泥乳時，須 避免直接曝曬陽光，盡量保持低溫，以避免水泥乳開始固 請參閱第9圖，因一般水泥乳顆粒過大，無法通過篩 管進入礫石内，本發明所採用之水泥乳最好為 SqueezeCRETE水泥，其與一般油氣井使用的G級水泥最大 的不同在於它的超細顆粒，它的最大顆粒組群平均大小為 5〜7//m，一般含固粒液體要能流過孔隙介質，該介質的孔 喉（Pore throat)大小至少必須是混合液中最大固粒直徑 的5〜10倍，否則顆粒將會聚積卡在孔喉，中斷後續顆粒的 12 I335953 , » 流動，由圖式中可清楚看出一般G級水泥是無法流入礫 石，而micro-cement的顆粒大小約30咖應該可以流入礫 石，但一般已出水的井，其礫石層Π中極可能已填塞許多 來自生產層的細粒，部分孔隙已被堵塞，滲透率降低，因 此增加水泥乳流入的困難度，容易形成封堵不完全，而影 響堵水效果’以注氣加壓之方式可將孔隙中的細粒一併擠 入生產層中，使水泥乳能夠較輕易滲入蝶石内。 睛參閱第10圖，本發明於實施堵水作業前，目標井 伴產水量高達122 KL/Day，井底靜壓為2387 psia，井深 為2816. 0公尺。 於以下之實際操作實驗過程中，經第一次堵水作業， ;目t井’主入天然氣5小時後，暫停15分鐘進行傾置作 業’期間井口壓力由2150 psig緩降至_ psig，傾置 水泥乳共2〇· 3公升’傾置完畢後恢復注氣，並持續24小 時，水泥頭上升〇.lm’井内深度由_ Q公尺升至祕9 公尺。 · 、—經第二次堵水作業’先行注氣4小時，暫停10分鐘 進行傾置作業，期間井σ壓力由214G pSig緩降至1900 Ps=’傾置水泥乳共2G· 3公升，傾置完畢後恢復注氣，井 口至力維持2140 psig，持續注氣約27小時，水泥頭上升 井内深度由2815 9公尺升至2815.〇公尺，隨後開 "丨Lj〇天’期間關井1天’共排出水量560公秉，最終 、'產水！已降為47 KL/Day ’該目標井已能自喷生產。 為補強堵水效果，再進行第三次堵水作業，此次提高 1335953 ‘ 井口注氣壓力至2480 psig，先行注氣3小時，當傾置裝 置下降至井底時，停止注氣，井口壓力降至1960 psig， 傾置水泥乳，前後約停止注氣15分鐘，傾置完畢後恢復注 氣，井口壓力由最高之2560 psig降至2480 psig ’再持 續注氣24小時，水泥頭上升0. lm，井内深度由2815. 0公 尺升至2814. 9公尺。 第3次注氣加壓下水泥作業完畢後隨即開井喷流，本 發明為驗證堵水效果，共分三階段進行，敘述如下： 第一階段 以32/64”節流嘴開井生產，可自噴，初期井口流壓 1660 psi，氣量約37萬立方公尺/天，經20小時後，伴產 水出現，井口流壓逐漸下降至1560 psi，開井4曰。 第二階段 再以32/64”節流嘴開井生產，共開井11曰，期間井 口流壓由820 psi逐漸升高至1510 psi，伴產水量逐漸下 降至1. 40KL/hr (含凝結油），如圖11所示。 第三階段 請參閱第12、13圖，本階段共開井4天，關井前氣 量約20萬立方公尺/天，伴產水降至0. 3 KL/hr (另凝結 油量約0. 4 KL/hr，油水合計為0. 7 KL/hr)，相當於伴產 水量為7.2KL/day，已低於天然氣工業慣用之衡量標準1 KL/104立方公尺天然氣。 第3次下水泥時，前後共注氣27小時，井孔附近之 地層水會被往外推擠入地層内，當再開井生產時，初期由 14 :..s I * 後附近其水飽合度甚低’因此無伴產水’但持續生產 逐_會往井眼處回流，水頭到達井孔初期水量較大，但會 ^降’由圖12中最後關井階段的井底壓力上升資料分 降為綠果顯示地層内之有效渗透率（Ke)已由原先之260 md 由原Uo md，且井孔附近之膚表因子（Skin Fact〇r)已 含水先之6上升至56· 8,進一步證實排掃範圍内之生產層 口餘和度仍高，尤其井眼附近，因氣、水成輻射狀向井 集中，含水飽合度更向，因此肯定伴產水來自上面兩次 響層中之積水流向井眼，並非因水錐現象由第三次層之底棲 水而來。 於整體施工作業中，針對伴產水鹽度及硬度等數值的 變化來判斷堵水的效果，對目標井而言，伴隨天然氣所產 出的水包含地層水及凝結水兩種來源，地層水中的鹽分較 高，而凝結水中的鹽份通常僅有數十至數百ppm，由於凝 結水的量不多，因此當地層水水量較大時，所顯現的鹽份 便很高。 _ 請參閱第14圖所示，未採用本發明之堵水技術前， 律產水的鹽份維持在19000〜20000 ppm左右，經過第1至 第3次的注氣加壓下水泥堵水施工，可以看出生產井伴產 水的鹽份開始有下降的趨勢，表示地層水排出的量已經有 顯著的減少’此外，在生產井水的硬度監測，一開始硬度 較大，之後維持不變，在第2次注氣加壓下水泥堵水後， 則有明顯的降低’推測第2次傾置後’伴產水之主要來源 不是由第三次層流出，而係由上面兩次層隨氣流而產出。 15 ，· S ; 1335953 為驗證本發明效益，於本目標井之附近另 井，各相距300公尺，目前三口井之井底靜壓分兩〇生產 2315 psia、本目標井 2320 psia，B 井 2400 psi 巧為 A 丼 A井為正常生產井，B井已出水停產，另由氣田其中， 錄得知’出水者其井底壓力均較未出水者為高，產井之纪 認目標井之第三次層已被封堵掉，目前其伴^水=此可確 上面二次層之地層水隨氣流而產出。 ’、由肩先 由上述之分析，研判目標井之第三次層已被水泥乳將 # 之與上面二次層完全隔開，再無水錐出水之現象，現今7. 2 KL/day之伴產水將會隨著未來持續開井生產而逐漸下降。 藉由本發明之堵水技術，以注入天然氣體將井内積水 12擠回地層内，使井内積水12退散，當傾置器4〇置放水 泥乳後，因井内已無任何積水12，水泥乳不會與水混合而 办響其比重及凝固速率，並能利用注氣，順勢將水泥乳擠 入碟石與井壁之間隙’加快水泥乳流動速度，而能使水泥 魯礼將欲封閉之區域完全封閉，達到堵水之功效。 本發明之堵水方式，能夠有效提高堵水的成功率，使 因出水無法生產的氣井復產，節省鑽探新井的費用，極具 經濟效益。 ^ 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 月=以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 1已圍及發明說明書内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆 仍應含括於本發明申請專利範圍内。 16 1335953 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之礫石填充生產井出水狀態示意圖； 第2圖係本發明之堵水方法流程示意圖； 第3圖係本發明之礫石填充生產井油管内積水示意 圖； 〜 第4圖係第3圖注入氣體至井内擠壓積水示意圖； 第5圖係本發明之傾置器垂下至待封閉區段示意圖； 第6圖係第5圖傾置器釋放流體示意圖； • 第7圖係傾置器傾置流體完畢並恢復注氣示意圖； 第8圖係礫石填充生產井堵水完成並開井噴流示音 圖； & 第9圖係不同水泥乳穿透礫石所需之孔喉及滲透率示 意圖； 第10圖係本發明之較佳實施例堵水作業示意圖； 第11圖係本發明之第3次水泥傾置後第二階段喷流 之井口流壓與水量變化圖； 鲁 帛12目係本發明《帛3次水泥傾置後第三階段喷流 試驗之井底流壓變化圖； 第13圖係本發明之第3次水泥傾置後第三階段噴流 試驗之井底流壓變化與水量變化圖； 第14圖係本發明之礫石填充生產井喷流期間地層水 分析結果圖。 【主要元件符號說明】 10 ·.礫石填充生產井 17
1335953 1 I 11 · •礫石層 12 · •積水 20 · •第一油氣生產層 21 · •第二油氣生產層 22 · •第三油氣生產層 30 . •伴產水量 31 · •產氣量 40 · •傾置器 41 · •流體