套损是国内外油田开采过程中普遍存在的问题[1]。长庆安塞油田的油水井在500 m~1000 m有一段较厚、储集量大的洛河水层，该水层为高矿化度、高腐蚀性水质。当固井质量存在问题或其他原因使得水泥环受到损坏时，会使套管长期受洛河水腐蚀，产生严重的损坏，套管腐蚀穿孔后出水，易导致油水井不能正常生产，注采井网布局不合理，且治理难度大，作业费用高[2-3]。
目前，针对套损井的修复主要分为机械修复和化学修复两种方法[4]。化学修复方法主要采用无机胶凝材料或热固性树脂，但是现有化学堵剂主要存在下面几个问题：①堵剂不能有效地驻留在封堵层位，堵剂替至目的层后未凝固前就已漏失掉，造成堵浆注入量大，施工时间长；②堵剂硬化时体积会发生收缩，不能与周围介质形成牢固的界面胶结，且容易出现裂缝，影响水泥石的强度和抗渗能力[5]；③堵剂适应性和安全可靠性差，现场施工风险大，施工设备一旦出现问题造成时间延误，往往使施工无法进行，甚至发生井下事故。
水泥堵剂水化硬化时体积会发生收缩，容易出现裂缝，降低水泥石结构的密实性，影响水泥石的强度和抗渗能力。通过加入微膨剂使体积不会发生收缩, 还略有膨胀, 可解决由于收缩带来的不利后果。
针对以上存在的问题，室内采用微膨胀水泥进行了出水严重套损井无机化学封堵研究，研究了一套可适用于长庆安塞油田出水严重套损井化学堵漏的微膨胀封堵水泥体系。
微膨胀水泥，降失水剂FL-1，抗盐缓凝剂KYR-1，分散剂DIS-1，聚丙烯纤维(长度：3 mm和5 mm)，均为实验室自制材料。
OWC-9360型恒速搅拌器，OWC-9380型高温高压稠化仪，沈阳航天航空大学应用技术研究所；YA-300型电子液压式压力试验机，北京海智科技开发中心；水泥石高温高压体积变化测试仪，实验室自制仪器；水泥浆封堵评价装置，实验室自制仪器。
外加剂采用外掺法，掺量按水泥干粉质量分数计(%BWOC)，按美国石油协会标准API SPEC.10配浆，水灰比取0.4。按照标准对水泥浆的密度、稳定性、析水量、流动度、稠化时间、凝结时间、抗压强度性能进行测定。并对堵剂的界面胶结强度、体积变化率、封堵性能进行了测试。
长庆安塞油田出水套损井封堵要求微膨胀水泥堵剂在满足流体API滤失量控制、流动能力、稠化时间等安全施工性要求的基础上，还应满足凝结时间、抗压强度等封堵效果要求，室内实验评价了微膨胀水泥封堵剂工程性能，结果见表 1和表 2。
从表 1和表 2可以看出，该微膨胀水泥堵剂具有较强的流动性及良好的滤失控制能力，可满足长庆安塞油田3000 m以内出水套损井化学封堵安全施工作业要求，而且凝结后具有良好的抗压强度，水泥石48 h抗压强度大于14 MPa。
通常挤水泥堵漏不能有效封堵漏失的原因并不是水泥石本身的强度不够，而是水泥石自身与周围界面不能形成良好的胶结，形成漏失通道(封而不死)[6]。在挤水泥封堵施工中，由于普通油井水泥水化反应时会发生水化体积收缩，这会对界面胶结强度产生不利的影响。实验对比考察了G级油井水泥和微膨胀水泥在50 ℃、20 MPa条件下水泥浆凝结过程中的体积变化率，结果如图 1。
图 1表明，在上述条件下，G级油井水泥的体积发生了水化收缩(-1.3%)，而微膨胀水泥的体积发生了一定的微膨胀(0.26%)，这对于提高微膨胀水泥堵剂进入漏层后与地层和套管形成较高的胶结强度具有极大意义，有助于防止水泥凝固后因体积收缩造成后期出水现象。
测试了微膨胀水泥界面胶结强度，结果见表 3。从表 3可以看出，微膨胀水泥的微膨胀性能可以在保证封堵层本体强度的基础上，提高封堵层与封堵界面的胶结强度，很好地满足堵剂在堵漏施工作业中对胶结强度的要求，对封堵层实现有效封堵。
为提高微膨胀水泥浆在漏层中的驻留能力，实验考察了微膨胀水泥中分别加入0.2%的长为3 mm和5 mm纤维后的封堵性，实验结果见表 4。
从表 4可以看出，与未加入纤维的堵剂相比，纤维的加入可有效提高堵剂在漏失部位的驻留能力，在压差的作用下堵剂中的柔性纤维能在漏失部位快速形成网状结构，限制后续注入堵浆向漏失段深部继续流动，保证堵浆在漏失处的驻留[7]。且随着水泥水化反应，可最终形成本体强度高、界面胶结好、微膨胀的高强固化体，达到长期封堵水层目的。
吴169井是一口1987年投产的老井，套管下深1 317.85 m，水泥返高832.3 m，射孔段在1 251.0 m~1252.4 m。由于套管长期被洛河水腐蚀，在2007年9月大修之后因高产水而停产。于2011年11月，采用凝胶段塞隔水+微膨胀水泥体系封堵的工艺对破损部位进行修补。
挤堵施工时：①填砂封隔射孔段，砂面位置1247 m；②测吸水指数为:5 MPa排量230 m3，7 MPa排量350 m3；③替凝胶封隔地下水：斜尖在1247 m，替凝胶3 m3，挤注压力5.2 MPa，后上提钻杆至910 m；④挤凝胶5 m3封隔地下水，防止微膨胀水泥浆被地下水稀释，挤注压力17.8 MPa；⑤挤微膨胀水泥浆28 m3，密度1.59 g/cm3~1.78 g/cm3，候凝72 h后试压；⑥试压5 MPa，10 min没有压降，表明该井堵漏成功。
(1) 研制的微膨胀水泥封堵剂，具有配方简单、浆体稳定、流动性能好、滤失量可控、稠化时间可调的性能，可以满足长庆安塞油田出水套损井安全封堵施工作业要求。
(2) 研制的微膨胀水泥封堵剂，具有良好的微膨胀特性，可保证良好的界面胶结强度，并有效地防止水泥收缩造成封堵后期出水现象，提高了封堵成功率；
(3) 在微膨胀水泥体系中加入一定量的纤维，通过纤维架网机制可使堵剂在漏失处有效驻留，可形成胶结强度高、韧性好的固化体，大大提高了严重出水井套管堵漏的封堵效果。
2012, Vol. 41 Issue (3): 314-316
2012, Vol. 41 Issue (3): 314-316