封堵工艺简介PPT课件

1、2021/7/241胜采工艺研究所胜采工艺研究所封堵工艺技术简介封堵工艺技术简介套管漏失套管漏失封堵炮眼封堵炮眼由于油水井老化、腐蚀以及压由于油水井老化、腐蚀以及压力等因素的影响，油水井套管力等因素的影响，油水井套管会出现不同程度的损坏而导致会出现不同程度的损坏而导致油水井无法正常生产油水井无法正常生产由于层系调整、改层等措施，由于层系调整、改层等措施，使采油生产管柱复杂，增加使采油生产管柱复杂，增加了维修难度且不能保证生产了维修难度且不能保证生产管柱的正常生产管柱的正常生产 封堵是以一定封堵是以一定的排量将测量好的排量将测量好密度的水泥浆挤密度的水泥浆挤压到封堵点，通压到封堵点，通过地层温度

2、、水过地层温度、水泥浆滤失凝固在泥浆滤失凝固在封堵点形成坚实、封堵点形成坚实、致密的水泥环，致密的水泥环，达到炮眼、漏失达到炮眼、漏失点堵死不漏失的点堵死不漏失的目的。目的。封堵施工管柱图封堵施工管柱图封堵点封堵点笔尖笔尖砂面砂面1896工作原理：工作原理：封堵工艺发展历程封堵工艺发展历程超细水泥超细水泥高水膨胀粉高水膨胀粉G级油井水泥级油井水泥不钻塞工艺不钻塞工艺低滤失水泥低滤失水泥触变水泥触变水泥触变水泥触变水泥 98 99 2000 2001 2003-20052021/7/245优点：优点：封堵强度最高封堵强度最高 缺点：缺点：材料成本较高材料成本较高适用于低渗油层炮眼和管外窜封堵适用

3、于低渗油层炮眼和管外窜封堵优点：优点：材料成本便宜，封堵强度高材料成本便宜，封堵强度高缺点：缺点：滤失量大、施工安全差，封堵滤失量大、施工安全差，封堵 层数多时，成功率较低。层数多时，成功率较低。适用于中、高渗油层炮眼封堵，适用于中、高渗油层炮眼封堵，G级油井水泥级油井水泥优点：优点：滤失量小，缓凝时间长，提高封堵效果以及施工安全性。滤失量小，缓凝时间长，提高封堵效果以及施工安全性。适宜于多层封堵适宜于多层封堵低滤失水泥低滤失水泥优点：优点：不钻塞不钻塞 缺点：缺点：炮眼封堵剂为树脂材料，封堵强度较低，易老化，炮眼封堵剂为树脂材料，封堵强度较低，易老化，有效期有效期1年封堵材料成本高。适用单层

4、封堵套管存在问题井年封堵材料成本高。适用单层封堵套管存在问题井。不钻塞工艺不钻塞工艺适用于浅层套管堵漏以及严重漏失井的封堵炮眼。适用于浅层套管堵漏以及严重漏失井的封堵炮眼。适用单层封堵。适用单层封堵。触变水泥触变水泥 超细水泥超细水泥初凝时间和固结强度可调，微膨性，流动悬浮性好，具有良好的可泵性，初凝时间和固结强度可调，微膨性，流动悬浮性好，具有良好的可泵性，易钻塞，适用于浅层套管堵漏、严重漏失井的封堵井。易钻塞，适用于浅层套管堵漏、严重漏失井的封堵井。适用多层封堵。适用多层封堵。高水膨胀粉高水膨胀粉2021/7/246低滤失炮眼封堵剂低滤失炮眼封堵剂 降失水剂降失水剂JS-1是通过化学合成反

5、应是通过化学合成反应,在水溶性高分子聚在水溶性高分子聚合物上引入磺甲基合物上引入磺甲基(-CONHCH2SO3Na)基团而成的。磺甲基团而成的。磺甲基基(-CONHCH2SO3Na)基团在水泥浆中成为阴离子吸附在基团在水泥浆中成为阴离子吸附在带正电荷的水泥颗粒表面，一个聚合物大分子可以吸附很带正电荷的水泥颗粒表面，一个聚合物大分子可以吸附很多水泥颗粒，阻止水泥颗粒聚结，保持水泥颗粒大小的适多水泥颗粒，阻止水泥颗粒聚结，保持水泥颗粒大小的适当分布，形成的滤饼致密、坚韧、失水量降低，当分布，形成的滤饼致密、坚韧、失水量降低，-CONHCH2SO3Na越多，吸附的水泥颗粒越多，使水泥的越多，吸附的水

6、泥颗粒越多，使水泥的级配好，更易形成致密的滤饼，阻止了水的流过，水泥浆级配好，更易形成致密的滤饼，阻止了水的流过，水泥浆的失水大大降低，降失水性能更好。的失水大大降低，降失水性能更好。 技术原理技术原理2021/7/247不同水泥随时间抗压强度01234024487296120时间（h)抗压强度（MPa）空白水泥低滤失堵剂JS-1对水泥石抗压强度的影响对水泥石抗压强度的影响 2021/7/248 触变性水泥堵剂介绍 当触变水泥浆进入漏失层后，其流速减慢，浆体网状结构迅速形成，随之水泥浆的流动阻力增大，能够控制水泥浆体向高渗透或裂缝性孔洞地层的漏失速度，使得水泥限制在井筒周围，漏点得到较好的密封

7、，这种网状结构的形成，可以大大提高堵漏的成功率。触变水泥可用于松散地层和易漏地层的注水泥作业、补挤水泥以及修补破裂或被腐蚀的套管漏洞等。水泥浆的触变性是指搅拌后水泥浆变稀，静止后水泥浆水泥浆的触变性是指搅拌后水泥浆变稀，静止后水泥浆变稠的特性。一经搅动或摇动变稠的特性。一经搅动或摇动, ,凝固的浆体又重新获得流凝固的浆体又重新获得流动性动性, ,若再静止又重新凝固若再静止又重新凝固, ,这样可重复多次。这样可重复多次。作用机理作用机理2021/7/249 触变水泥形成原理触变水泥形成原理 水泥中加入触变剂配制成水泥浆后，触变剂水泥中加入触变剂配制成水泥浆后，触变剂首先水化，而后与铝酸三钙（首先

8、水化，而后与铝酸三钙（C C3 3A A）反应生成硫代）反应生成硫代铝酸钙矿物，这种矿物也称为铝酸钙矿物，这种矿物也称为“钙铝钒钙铝钒”，其化，其化学反应方程式如下：学反应方程式如下：技术原理技术原理 H H2 2O O 3 3触变剂触变剂+3CaOAl+3CaOAl2 2O O3 3-3CaOAl-3CaOAl2 2O O3 33GaSO3GaSO4 432H32H2 2O(O(钙铝钒钙铝钒) )2021/7/2410技术原理技术原理 钙铝钒以针状的、似六方的单轴晶体存在，钙铝钒以针状的、似六方的单轴晶体存在，并沉积在水泥颗粒的表面。钙铝钒晶体的出现，并沉积在水泥颗粒的表面。钙铝钒晶体的出现

9、，会促进水泥颗粒之间较大的自然结合，导致网会促进水泥颗粒之间较大的自然结合，导致网状结构的形成。当搅拌时，网状结构很容易破状结构的形成。当搅拌时，网状结构很容易破坏，水泥浆又转变为流体状态。坏，水泥浆又转变为流体状态。 该体系除具有触变性外，当水泥浆开始凝该体系除具有触变性外，当水泥浆开始凝固后，钙铝钒继续形成，结果在水泥基体内部固后，钙铝钒继续形成，结果在水泥基体内部产生体积膨胀，使得该体系具有产生体积膨胀，使得该体系具有微膨胀性微膨胀性( (线膨线膨胀率胀率0.1-0.2%)0.1-0.2%)。2021/7/24113030 minmin 后的触变后的触变水泥状态水泥状态3030 minm

10、in 后的后的 G G级级水泥状态水泥状态触变水泥浆静止不同时间静切力随静止时间变化情况00.050.10.150.20.250.35203550658095110125140155170185时 间 （mi n )压力 （MP a )空白水泥空白水泥触变水泥触变水泥30min后触变后触变水泥的状态水泥的状态30min后后G级水级水泥的状态泥的状态性能特点性能特点 触变水泥浆的静切力随着时间的增加变化速率较快，在短时间内就可以触变水泥浆的静切力随着时间的增加变化速率较快，在短时间内就可以达到较大的静切力达到较大的静切力, ,空白水泥浆的静切力随着时间的增加变化速率较慢，静空白水泥浆的静切力随着

11、时间的增加变化速率较慢，静切力也比较低。切力也比较低。2021/7/2412触变剂加量对水泥浆触变时间的影响触变剂加量对水泥浆触变时间的影响性能特点性能特点 随着触变剂加量的增加，触变时间逐渐随着触变剂加量的增加，触变时间逐渐缩短，可根据不同井深进行调节。缩短，可根据不同井深进行调节。2021/7/2413触变性水泥抗压强度的影响不同水泥随时间抗压强度曲线（30）012310 20 30 40 50 60 70时间（h ）抗压强度（M Pa）空白3%触变剂3%触变剂+ 早强剂不同水泥随时间抗压强度曲线（4 0 ）02410 20 30 40 50 60 70时间（h ）抗压强度（M Pa）空白

12、3%触变剂3%触变剂+ 早强剂 空白水泥和触变剂水泥空白水泥和触变剂水泥随着时间变化抗压强度的差随着时间变化抗压强度的差异不大，但加入早强剂后，异不大，但加入早强剂后，早期抗压强度增长较快早期抗压强度增长较快, 30, 30小时后强度均提高了一倍小时后强度均提高了一倍, ,分分别为别为1.8Mpa(30)1.8Mpa(30)和和3.13.1Mpa(40),Mpa(40),能够满足现场能够满足现场施工要求施工要求，且不影响体系的，且不影响体系的触变性触变性, ,由此确定了最佳配方由此确定了最佳配方: :触变剂加量触变剂加量:310%;:310%;早强剂加量早强剂加量:24%:24%。室内研究室内

13、研究 初凝时间初凝时间:34h:34h2021/7/2414不钻塞炮眼封堵工艺技术不钻塞炮眼封堵工艺技术堵剂的封堵机理：主要是用悬浮液携带表面涂有树脂的颗粒小堵剂的封堵机理：主要是用悬浮液携带表面涂有树脂的颗粒小球注入油井射孔井段，悬浮液进入地层，涂树脂的颗粒小球由球注入油井射孔井段，悬浮液进入地层，涂树脂的颗粒小球由于直径较大不能进入地层而过滤堆积在油井与地层连通的炮眼于直径较大不能进入地层而过滤堆积在油井与地层连通的炮眼处，高压下形成致密滤饼，在地层温度和井筒与地层之间的高处，高压下形成致密滤饼，在地层温度和井筒与地层之间的高压差作用下，经压实固化作用，形成耐温耐压的坚硬栓塞，从压差作用下

14、，经压实固化作用，形成耐温耐压的坚硬栓塞，从而将炮眼有效封堵。（对漏失严重井可先用廉价预堵剂对油层而将炮眼有效封堵。（对漏失严重井可先用廉价预堵剂对油层进行预封堵，再用炮眼封堵剂封口）。进行预封堵，再用炮眼封堵剂封口）。套管中的堵剂因无法将其中的液体滤失掉，形不成滤饼，不能套管中的堵剂因无法将其中的液体滤失掉，形不成滤饼，不能压实固化，关井憋压候凝完成后，可用原封堵管柱冲洗井，将压实固化，关井憋压候凝完成后，可用原封堵管柱冲洗井，将套管中的堵剂冲洗出来即可。套管中的堵剂冲洗出来即可。封堵机理封堵机理2021/7/2415ND系列炮眼封堵剂介绍系列炮眼封堵剂介绍1、外观：灰黑色颗粒。、外观：灰黑

15、色颗粒。2、成分：树脂含量、成分：树脂含量40%，固化剂，无机载体等固化剂，无机载体等;3、密度：、密度：1.2g/ml。树脂涂层树脂涂层无机载体无机载体2021/7/2416室内实验数据室内实验数据 实验温度实验温度6080 实验压力实验压力0.25MPa实验结果：实验结果： 1、砂子接触处固结，固结强度与压差压力有很大的关系。、砂子接触处固结，固结强度与压差压力有很大的关系。 2、压力越大，形成的滤饼越致密，固结强度越大。、压力越大，形成的滤饼越致密，固结强度越大。 3、温度、温度50 150 条件下均能固结，温度越高，固结速度越条件下均能固结，温度越高，固结速度越 快，固结强度越大，影响

16、程度相对较小。快，固结强度越大，影响程度相对较小。 4、完全固结时间：、完全固结时间：1018小时。小时。 5、固结体抗压强度：、固结体抗压强度： 10MPa 突破压力：突破压力：50MPa; 抗弯曲强度抗弯曲强度: 60MPa 2021/7/2417 高水膨胀水泥属于高水膨胀水泥属于“特种水泥特种水泥”的一种，其主要成分的一种，其主要成分包括：铝矾土、石灰石、石膏及悬浮剂、缓凝剂等添加剂。包括：铝矾土、石灰石、石膏及悬浮剂、缓凝剂等添加剂。高水膨胀粉介绍高水膨胀粉介绍成岩硬化机理成岩硬化机理成岩硬化机理成岩硬化机理水化溶解期水化溶解期胶结固化期胶结固化期2021/7/2419A1OHOHOH

17、CaCaCaOHOHOHA1OHOHOHCaCaOHOHOHA1Ca硬化体结构硬化体结构注：O代表H2O，柱状单元可重复的距离为10.7nm分子式为3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O2021/7/242025初凝时间1.51.71.81.65678910111.41.51.61.71.81.9密度（g/mL)时间（h)初凝时间不同温度下不同密度水泥浆初凝时间不同温度下不同密度水泥浆初凝时间GSYGSY高水膨胀水泥技术性能特点高水膨胀水泥技术性能特点45初凝时间1.51.61.71.822.533.544.555.566.51.41.51.61.71.81.9密度（g/mL)时间（h

18、)初凝时间65初凝时间1.51.61.71.85070901101301501701902101.41.51.61.71.81.9密度(g/mL)初凝时间（min)初凝时间2021/7/2421 抗压强度抗压强度抗压强度与时间关系01234562h24h7d28d时间抗压强度固结时间2h24h7d28d抗压强度0.82.54.55初凝时间：6h、可泵时间：6h2021/7/242201234561d3d7d14d28d强度MPa1d3d7d破型时间与恢复强度关系破型时间与恢复强度关系重结晶能力：高水 材料硬化体断裂后，经过一段时间，断裂硬化体裂缝能够重新弥合而恢复强度。2021/7/2423其

19、技术特点：其技术特点：1、灰比、水化程度高，流动悬浮性好，、灰比、水化程度高，流动悬浮性好，具有良好的可泵性具有良好的可泵性2 2、具有较强的重结晶能力、具有较强的重结晶能力3、堵剂可微膨胀、能与周围介质形成牢堵剂可微膨胀、能与周围介质形成牢固的界面胶结固的界面胶结4、固结强度可调、固结强度可调 2021/7/2424堵漏剂用量的确定堵漏剂用量的确定：1、堵剂进入地层的情况堵剂进入地层的情况。 当漏点外是裸露的未压实的地层时,堵剂进入地层后,呈放射状扩散、圆形桶板状分布,则堵剂用量Q1为: 1 Q Q1 1= - L(2R= - L(2R2 2+r+r2 2) ) 3 3 Q Q1 1- -堵

20、漏液用量堵漏液用量,m,m3 3; ; L- L-处理井段长度处理井段长度,m;,m; R- R-处理地层半径处理地层半径,m;,m; r- r-油层套管半径油层套管半径,m,m 2、堵剂进入油层套管和技术套管的环形空间。堵剂进入油层套管和技术套管的环形空间。 若堵剂进入油层套管和技术套管的环形空间,达到二次固井的目的,则堵剂用量Q2为: Q2= L(R L(R2 2-r-r2 2) ) L L-二次固井处理井段长度,m; R-技术(表层)套管半径,m2021/7/2425现场配制设备现场配制设备进水口 出浆口 液 压 马达 ， 接通井机放水口优点优点: :1 1、堵剂配置均匀、堵剂配置均匀2

21、 2、堵剂密度容易控制、堵剂密度容易控制缺点：缺点：1 1、无法实现堵剂的连续注入、无法实现堵剂的连续注入2 2、一旦管线或地面设备出现问题耽误配制及注入时间，堵剂发生较、一旦管线或地面设备出现问题耽误配制及注入时间，堵剂发生较强触变，可能引发井下事故。强触变，可能引发井下事故。2021/7/2426封堵施工工序多、周封堵施工工序多、周期长期长 以填砂封堵上部射孔以填砂封堵上部射孔炮眼井为例：封堵工序流炮眼井为例：封堵工序流程如图，施工周期一般在程如图，施工周期一般在10-15天，每道工序都是必天，每道工序都是必不可少的，无论哪道工序不可少的，无论哪道工序出了问题都有可能导致封出了问题都有可能

22、导致封堵的失败。堵的失败。探砂面探砂面通井通井下封堵管柱下封堵管柱油套管试压油套管试压填砂填砂打丢手打丢手封堵施工封堵施工关井候凝关井候凝捞丢手捞丢手冲砂冲砂磨铣磨铣试压试压钻塞钻塞下完井管柱下完井管柱2021/7/2427探冲砂探冲砂为保证封堵工具能够准确下到位以及堵剂能够进入油层，为保证封堵工具能够准确下到位以及堵剂能够进入油层，必须保证油层下界至少必须保证油层下界至少10m10m没有砂面（小口袋井例外）。没有砂面（小口袋井例外）。1 1、监督冲砂到设计位置位并落实砂面位置。、监督冲砂到设计位置位并落实砂面位置。2 2、监督出口，保证冲砂干净彻底。、监督出口，保证冲砂干净彻底。工序监督点工

23、序监督点2021/7/2428通井通井通井是为防止套变缩径而导致工具下不到位，通井是为防止套变缩径而导致工具下不到位，监督人员必须监督通井到设计位置。监督人员必须监督通井到设计位置。1、通井规规格是否为设计规格。、通井规规格是否为设计规格。2、通井位置是否达到设计深度。、通井位置是否达到设计深度。3、若通井遇阻记录遇阻深度。、若通井遇阻记录遇阻深度。4、通井规提出后检查表面是否有划痕。、通井规提出后检查表面是否有划痕。2021/7/2429打丢手、填砂打丢手、填砂 封上采下时封上采下时, ,生产层是需要保护的，若生产层离人工井底生产层是需要保护的，若生产层离人工井底或鱼顶太远，靠填砂保护需砂量

24、太大而且延长施工周期，或鱼顶太远，靠填砂保护需砂量太大而且延长施工周期，因此我们在封堵井段与生产层之间打个丢手，再在丢手上因此我们在封堵井段与生产层之间打个丢手，再在丢手上填填3030米砂子保护。米砂子保护。1 1、丢手位置是否在设计位置。、丢手位置是否在设计位置。2 2、填砂深度是否设计深度。、填砂深度是否设计深度。2021/7/2430油套管试压油套管试压 油套管的完好是封堵成败的关键条件，一旦油套管的完好是封堵成败的关键条件，一旦油套管出问题，就会造成卡管柱的工程事故，油套管出问题，就会造成卡管柱的工程事故，严重的会导致油水井的报废，因此油套管试压严重的会导致油水井的报废，因此油套管试压

25、监督人员一定按照设计严格监控，达不到设计监督人员一定按照设计严格监控，达不到设计要求不得进行下一步施工。要求不得进行下一步施工。1 1、油套管试压是否达到设计要求压力。、油套管试压是否达到设计要求压力。2 2、压力是否稳定不降。、压力是否稳定不降。3 3、封隔器是否下到设计位置。、封隔器是否下到设计位置。2021/7/2431下封堵管柱下封堵管柱若管柱下到油层以若管柱下到油层以下，就会导致下，就会导致“插插旗杆旗杆”事故，即油事故，即油管被水泥固结在套管被水泥固结在套管内，致使油管乃管内，致使油管乃至整个油水井都报至整个油水井都报废，因此管柱的下废，因此管柱的下入深度要严格按照入深度要严格按照

26、设计执行。设计执行。封堵层封堵层笔尖笔尖砂面砂面封堵管柱示意图封堵管柱示意图2021/7/2432封堵施工封堵施工 封堵施工主要由设计单位负责组织施封堵施工主要由设计单位负责组织施工和技术指导，监督的工作是清点用料，工和技术指导，监督的工作是清点用料，施工完毕与设计单位和作业单位核对。施工完毕与设计单位和作业单位核对。2021/7/2433候凝候凝堵剂进入地层后需一定的凝固时间才能达到生堵剂进入地层后需一定的凝固时间才能达到生产要求的强度，因此候凝时间一定要按照设计产要求的强度，因此候凝时间一定要按照设计执行，不能因赶作业进度而提前钻塞执行，不能因赶作业进度而提前钻塞。1 1、监督候凝时间是否

27、达到设计时间。、监督候凝时间是否达到设计时间。2 2、憋压候凝的井监督井口不能放压。、憋压候凝的井监督井口不能放压。2021/7/2434钻塞、试压钻塞、试压封堵施工过程中为保证成功率，堵剂不会完全顶替封堵施工过程中为保证成功率，堵剂不会完全顶替到封堵层里，会在套管里遗留一部分，这些堵剂凝到封堵层里，会在套管里遗留一部分，这些堵剂凝固后就只能用钻头钻开。固后就只能用钻头钻开。1 1、钻前套管试压，试压达不到设计要求停止钻塞、钻前套管试压，试压达不到设计要求停止钻塞2 2、钻开封堵层后进行全井套管试压，试压达到设计、钻开封堵层后进行全井套管试压，试压达到设计要求后方能进行下一步。要求后方能进行下

28、一步。磨铣磨铣由于钻塞后，套管壁会残留部分堵剂碎块，这些套由于钻塞后，套管壁会残留部分堵剂碎块，这些套管壁残留的堵剂有时会导致生产管柱下不到位，因管壁残留的堵剂有时会导致生产管柱下不到位，因此需要在钻塞段进行反复磨铣后才能进行下一步施此需要在钻塞段进行反复磨铣后才能进行下一步施工。工。2021/7/2435井例井例人工井底人工井底2257.46 m2257.46 m防顶位置防顶位置1699.67 m1699.67 m水泥返高水泥返高915.4 m915.4 m套管尺寸套管尺寸140 mm140 mm套管下深 套管下深 2281.96 m 2281.96 m 套管壁厚套管壁厚7.72 mm7.7

29、2 mm最小内径 最小内径 124.3 mm 124.3 mm 油补距油补距2.36 m2.36 m投产日期投产日期1974.9.30 1974.9.30 射开层位射开层位沙二83-91 沙二83-91 油层井段 m油层井段 m2105.2-2171.0 2105.2-2171.0 厚度/层数 厚度/层数 37m/ 37m/ 厚度m厚度m53.253.2实射厚度 m实射厚度 m2105.2-2171.02105.2-2171.0厚度m厚度m37 373-3-128油井封堵事故2021/7/24361.1.冲砂冲砂2. 2. 通井通井3.3.油套管试压油套管试压4. 4. 填砂至填砂至2050m

30、2050m5. 5. 管柱为光管完深管柱为光管完深1896.0m1896.0m，封堵施工，封堵施工6.6.管柱被卡，解卡无效管柱被卡，解卡无效施工目的施工目的：封堵套漏点封堵套漏点1912-19201912-1920米米施工工序：施工工序：封堵施工管柱图封堵施工管柱图套漏点套漏点19121920套漏点套漏点1700笔尖笔尖砂面砂面205018962021/7/2437封堵施工管柱图封堵施工管柱图套漏点套漏点19121920套漏点套漏点1700笔尖笔尖砂面砂面20501896 1. 1. 封堵管柱被卡分析为套管在封堵管柱被卡分析为套管在17001700米左右有漏点，造成水泥浆从管柱米左右有漏点，造成水泥浆从管柱底部底部18961896米上升至油套环行空间，在米上升至油套环行空间，在17001700米进入漏点时滤失堆积形成致密的米进入漏点时滤失堆积形成致密的水泥环，将管柱卡住。虽然降失水剂有水泥环，将管柱卡住。虽然降失水剂有缓凝作用（保证水泥浆初凝时间在缓凝作用（保证水泥浆初凝时间在3 3小小时左右）