河南油田采油一厂自由段漏失套管机理及化学堵漏技术

何飞龙

摘 要：本文针对不同区块油水井套管腐蚀特点分析了自由段套管漏失机理，研制了新型高强度自由段套管化学堵漏剂，配套了3种现场施工工艺。现场施工证明，新型堵漏剂及堵漏工艺成功率高，节约成本显著。

关键词：自由段;套管漏失;堵漏剂;堵漏工艺

0 引言

套管漏失井导致生产、注入方式的改变，严重影响了區块的注采平衡，影响开发井网完善，且导致管柱复杂，易造成井下复杂事故。

1 自由段套管漏失机理

造成套管漏失的因素主要是腐蚀，腐蚀套管的介质包括浅层套管外流体介质及注入介质。

1.1 水中溶解氧腐蚀机理

铁受水中溶解氧的腐蚀是一种电化学腐蚀，铁和氧形成腐蚀电池。铁是阳极，遭到腐蚀，氧为阴极，进行还原，溶解氧起阴极去极化作用。

1.2 水中溶解CO2腐蚀机理

CO2在溶解水中，形成H2CO3，金属在H2CO3溶液液中发生电化学腐蚀，CO2溶于水中电离出的H+参与阴极反应，成为阴极去极化剂，加快阳极Fe的腐蚀。

1.3 水中溶解H2S腐蚀机理

H2S只有溶解在水中才具有腐蚀性。H2S在水中电离产生的H+参与阴极反应，成为阴极去极化剂，加快阳极Fe的腐蚀。

腐蚀产物为FexSy，电极电位比碳钢正，覆盖在碳钢表面的腐蚀产物，成为腐蚀电池的阴极，加速了阳极Fe的腐蚀。氢进入金属基体并在晶体缺陷处积聚形成内压巨大的氢气泡。

1.4 水中硫酸盐还原菌腐蚀机理

在无氧的中性环境中，钢铁的腐蚀是很微弱的，金属的阴极反应是氢离子的还原，但氢活化电位高，腐蚀反应不易进行，阴极上只被一层氢原子覆盖，而硫酸盐还原菌却把氢原子消耗，于是去极化反应得以顺利进行。

1.5 套管外流体腐蚀

浅层地层水溶解氧、Cl-含量高。Cl-的存在会破坏金属表面的保护膜，Cl-半径小，具有很强穿透性，易穿过钝化氧保护膜（垢或腐蚀产物）形成垢下局部腐蚀。碳钢在中性介质中的腐蚀速率随Cl-含量的增加而增加，溶液的电导率愈大，愈加剧微电池作用。

2 化学堵漏工艺

2.1 堵剂选择

常用超细水泥等防漏堵漏剂漏点处难驻留，堵剂到达设计位置未凝固前就已漏失掉，造成堵剂用量大、施工时间长[1];堵剂形成的固化体脆性大，易收缩，不能与周围介质形成牢固的胶结界面[2]，即与套管和地层胶结程度低，在注采压差下使封堵失效，因而堵漏成功率低且有效期短。

通过大量的室内试验，研制了抗拉伸性能、界面交接强度、微膨胀性能、流动性能、封堵性能较好的化学堵漏剂。其配方为：堵漏剂结构形成剂+高效分散剂+活性增强剂+胶凝延迟剂+清水。

2.1.1 抗拉伸性能评价

套管堵漏剂颗粒分散均匀，主要依靠网状纤维的阻裂和增韧特性，利用纤维对载荷的传递，使堵漏剂固化体内部缺陷的应力集中减小，增加堵漏剂固化体的抗冲击性能力，提高固化体抗拉伸性。

在相同实验条件下，分别将套管堵漏剂、超细水泥和油井水泥等三种不同的堵剂在恒温条件下固化48h，并测其抗拉伸性能，实验结果如表2-1所示。

2.1.2 胶结强度对比

参考GB11177-89，无机胶粘剂套接压缩剪切强度实验方法，制作了相应的套接模型，在相同条件下分别将套管堵漏剂、超细水泥、油井水泥等恒温固化48h后，分别在万能材料试验机上进行压缩实验，测定其胶结强度，结果如表2-2所示。

将套管堵漏剂、超细水泥、油井水泥等在相同条件下分别恒温固化48h后，分别测定其膨胀率，结果如图2-1所示。由于套管堵漏剂通过各组分之间互相反应形成结晶，补偿硬化过程中的干缩拉应力和部分水化热引起的温差应力，从而使堵剂固化体具有微胀性能和较高的强度。

2.2 现场施工工艺

根据现场油水井套管漏失类型，并结合井筒情况，形成了三种自由段套管漏化学堵漏工艺。

2.2.1 单点循环封堵

堵漏工艺：循环固井+挤注封堵

现场施工：保护油层→清水洗井→循环挤前置水泥浆（3h初凝）→关闭表套出口→挤注后置水泥浆（5h初凝）→替清水→候凝。

2.2.2 单点挤注封堵

堵漏工艺：促凝+封堵

现场施工：保护油层→清水洗井→挤注氯化钙溶液（促凝）→清水隔离→挤注封堵水泥浆→替清水→候凝。

2.2.3 多点漏失封堵

堵漏工艺：预封堵+促凝+封堵

现场施工：保护油层→清水洗井→挤前置水泥浆（3h初凝）→清水隔离→挤注氯化钙溶液（促凝）→清水隔离→挤注后置水泥浆（5h初凝）→替清水→候凝。

3 现场应用效果

根据不同井况，在赵安2131、魏258等5口井进行了现场应用。封堵一次成功率100%，按照标准试压合格，降本480余万元。

4 结论

①不同区块套管漏失机理不一致。主要包括溶解氧腐蚀、溶解CO2腐蚀、溶解H2S腐蚀、硫酸盐还原菌腐蚀、套管外流体腐蚀、注入介质腐蚀;

②新型化学堵漏剂各项指标性能均优于常用化学堵剂;

③新型化学堵漏剂配套现场施工工艺施工效果显著，节约成本明显。

参考文献：

[1]高学生，徐忠，田冰等.TC-1触变水泥堵漏剂的研制与应用[J].精细石油化工进展，2005，6（2）.

[2]王学强，蒋建勋，王宝明等.套损井化学堵漏修复技术及其在长庆油田的推广[J].天然气勘探与开发，2007，30（4）.