油井泄漏治理技术

油井泄漏治理技术油井泄漏治理技术 油井是石油工业的命根子 石油 天然气都是从一口一口 井里开采出来的 在钻井 采油和井下作业过程中 存在着多 种多样的泄漏问题 如井喷 井漏 地层水窜等 钻井是一项高投入 高风险的工作 由于地下情况复杂多 变 地层的松软 裂缝 溶洞 高压等复杂因素 随时有可能 发生井漏 井涌 井喷等现象 给钻井带来困难 甚至造成事 故 导致钻井报废 一 井喷一 井喷 在钻井过程中 一旦钻遇油气层 地层压力突然升高 由 于操作失误 人为破坏等原因 多次发生井口失控井喷事故 油气井井喷是石油工业中损失巨大的灾难性事故 井喷轻 则伤害地层 重则造成价值几百万元的井报废 并污染周围环 境 危及人民生命安全 由于油气易燃易爆 井喷以后发生着 火 爆炸的可能性很大 据 1987 1989 年的统计 我国共发生 钻井井喷失控事故 123 起 有 78 口造成火灾 烧毁钻机 59 台 死 5 人 伤 41 人 以往处理井喷事故主要靠 人海战术 物力消耗巨大 而 成功率低 有的井喷长达几天或者十几天 70 年代 四川一口 气井失控着火 参加抢险的人数多达上千人 不仅效率低下 而且极不安全 常规抢喷办法是 先拆下损坏的大四通 阀门 再换上新 的 再对螺丝 把紧 最后向井中注入加重泥浆 即在泥浆中 加入重晶石 石粉等颗粒 压住井喷 为了保险起见 常常使 用水泥浆压井 但这样将导致井报废 抢险过程一般都需要 2 3h 以上 拖延时间越长 着火爆炸的可能性越大 造成的 资源和能量损失也越大 对付套管头以下破坏的井喷就更加困难 如胜利油田垦 24 3 井 因井口阀门被盗割而造成井喷 就被迫敞喷 直到地下 压力丧失 井喷可以说是石油工业压力最高 泄漏量最大 制服最难 的一种泄漏 其堵漏技术值得其它专业借鉴 抢喷常用的装备 和工具主要有下面几种 1 防喷器 石油钻井设备都配有防喷设备 其中环形防喷器是关键设 备 一旦发生溢流 井喷时 能够迅速封闭管柱与井口间的环 形空间 阻止井喷 典型的防喷器是锥形胶芯环形防喷器 主要由胶芯 活塞 壳体 支持筒 防尘圈和顶盖等组成 它靠液压驱动活塞 挤 压胶芯 胶芯在顶盖的限制下挤出橡胶而完成封井 在打开油气层前 要按规定对封井器进行试压 35mpa 憋压 35min 以确保井喷时封井万无一失 2000 年 2 月 大港油田新西 39 9 井由于人为破坏发生井 喷 开始时注入麻绳 胶皮 钢筋等物 但由于井口裂缝太大 封堵失败 后利用井口大法兰 安装封井器 制服了井喷 2 hk 3 型油气井抢喷装置 胜利油田河口采油厂发明了一种油气井抢喷装置 zl96227348 1 见图 6 1 把我国的制服井喷技术提高到了一个新的水平 它的结构 简单 不用 机械动力 用人少 占地少 无火灾危险 使用该抢喷装置 抢喷人员不超过 15 人 在 1h 内就可完 成抢喷任务 该抢喷装置解决了生根 定位 密封 拆除废旧井口等技 术关键 主要由抢喷支架 全封封井器 半封封井器 拆卸爪 套 管支架 专用小推车等部分组成 生根靠下卡瓦 共有 8 块瓦块 卡在原井口套管节箍或短 节上 使装置有了牢固的立足点 然后通过旋转 加压 对中 等动作 将封井器安装在井口上紧固 最后关闭封井器 完成 抢喷工作 由于井喷时噪音大 视线不清 操作非常困难 以封井器 对中井口和穿井口螺丝最困难 为了方便操作 设计了两个定 位机构 抢喷人员只管闭着眼睛干活 推不动后 封井器即可 自动对中 专用小推车是抢喷装置的井场搬运工具 可用小推车任意 调整卡瓦的方位和高度 光套管头抢喷原本是很困难的 而使用该装置 多次井喷 抢险实践中全部成功 3 罩式综合抢喷法 罩式综合抢喷法 集阻燃 井控 灭火 采油四位一体 实际上就是往油气井上套罩的方法 好比炒菜油锅着火 盖上 锅盖灭火 这种井罩 由 10mm 以上的钢板制成喇叭状 顶上有喷管 闸门 连接 6m 以上的放喷管 两侧各有一个侧喷管阀门 各 接 10m 以上的两个侧喷管 形似大十字架 罩口比井口直径大 1m 由厚钢板卷制而成 操作时 用长壁起重机将罩套在井口 上 先用含水的沙子密封罩圈 阻止空气进入 然后向罩四周 喷水降温 再通过左右两侧喷管 注入快速凝固的水泥 压住 井喷 关闭喷管阀 这种方法可用于一般油气井井喷的井控 灭火 一般需要 4h 4 救援定向井 有些井喷因地下套管深度破裂引起 这时抢喷装置不能生 根 地面处理可能收效甚微 此时 可打定向井救援 使两井 在地下连通 通过救援井泵入压井泥浆 灭火压井一次完成 定向钻井就是借助造斜工具 使钻头像长了眼睛一样 沿 着预定的井斜和方向钻达地下目标 救援井比一般定向井要求 更高的准确度 1983 年 4 月 29 日零点 30 分 胜利油田永 69 1 井突然发生 强烈井喷 压力高达 10mpa 的强大气流似脱缰的野马 裹挟着 泥沙 油 水 从地下 1400 多米处狂窜而出 呼啸声震耳欲聋 几个小时以后 井口周围塌陷出一个直径几十米的大坑 这是 胜利油田历史上罕见的井喷 每天喷出天然气和液量上万方 由于井下套管深度破裂 职工 3 次冒死压井都没有奏效 5 月 4 日 决定打救援定向井 井位选在永 69 1 井西南 300m 处 井斜 27 7 月 3 日 救援井按设计轨迹钻达地下目标 7 月 5 日 压井仅用半小时 狂喷了 68 天的井喷被制服 必须强调的是 井喷抢险时 应针对每口失控井的具体状 况和所具备的条件灵活应变 例如四川一井在起钻后期发生井 喷 井内剩余钻具倍井内压力上顶 部分被顶出直到钻杆接头 被防喷器钢芯挡住 钻具在转盘上弯曲成严重的 s 形并倒向一 侧 致使无法起 下钻 处理时 用 密闭钻孔工具 在钻杆上 钻孔后注水泥封堵方钻杆以下钻具水眼 美国田纳西石油公司曾用 挤扁油管堵塞 技术切断油管内 喷出的高压油气流来处理类似井喷事故 首先采用 热钻 工具 在井口以上裸露油管钻孔并接泵 再用液压工具强钻孔上方的 油管挤扁 然后泵入堵塞材料 如钢球 尼龙球 橡胶球 橡 胶串 玻璃纸等 使挤扁的油管自动堵塞 最后压井制服井 喷 二 井漏二 井漏 在钻井 完井 修井等各种井下作业过程中 如果井筒内 工作液 包括泥浆 完井液 压井液等 大于地层压力 在压 差的作用下进入地层的现象 叫作井漏 是油气井最普遍 最 常见的复杂情况之一 井漏可带来极大的危害 钻井离不开泥浆 泥浆除了携带 岩屑 冷却钻头的作用外 还能保护井壁 井漏不仅会延误钻 井时间 耗费泥浆 堵漏材料等大量物资 还可能引起卡钻 井喷 井壁坍塌等一系列复杂情况 而且破坏油气产层 甚至 导致井眼报废 造成重大损失 过去 人们的堵漏经验不多 往往是能找到什么材料 就 用什么材料 如华北平原的第一口基准找油井华一井 就是罕 见的大漏井 当顺利打到 1138m 时 突遇特大漏失层 钻井泥 浆只进不出 当时采取了多种堵漏办法 注稠化泥浆和胶质泥 浆 投纤维球和固体材料等 如水泥 纯碱 红砖 锯末 石 灰 马粪 棉籽 白棕绳 但是这些东西下井后却犹如石沉大 海 井口不见任何东西返出 最后是靠源源不断地打入清水 安全顺利地钻到 1937m 达到了地质勘探的目的 如今 钻井堵漏技术已经发展成为能对付多种漏层的配套 工艺技术 已研制出几十种堵漏剂 多种堵漏工具 这里仅简 要介绍几种堵漏方法供参考 1 屏蔽暂堵技术 屏蔽暂堵技术就是在钻井液 如般土泥浆 中加入一些颗 粒材料对地层漏失进行堵漏 油气井投产以后又能解堵的工艺 技术 这些暂堵颗粒是一些与地层孔喉尺寸相匹配的架桥粒子 充填粒子和可变形的封堵粒子 在井底正压差作用下 这些颗 粒迅速在近井壁处形成渗透率几乎为零的屏蔽环带 阻止了钻 井液中的固相和液相进一步侵入地层 从而能有效地减小井漏 对油气层产生的伤害 钻井完成后 通过反排压差 或注入溶 剂即可解除堵塞 恢复地层渗透率 由于油层的孔喉直径不规则 大小不一 所以桥塞颗粒也 应是不均匀的 颗粒级配要合理 另外 井底正压差也与暂堵 的成败有直接关系 实验证明 当桥塞粒子的平均粒径是孔喉 直径的 2 3 以上时 井底压差大于 1mpa 时 就能保证屏蔽质 量 且压差越大 堵塞效果越好 暂堵剂颗粒根据井的情况不同而有多种 其中钻井液中广 泛使用单向压力封闭剂 为易酸溶 油溶 盐溶 水溶的颗粒 常用的有 超细石粉 纤维等 油井常使用油溶性树脂 此种 树脂脆 易加工成所需粒度 油溶性 95 在油井投产后 产 出的原油可溶解掉桥堵颗粒 从而解除堵塞 恢复地层渗透率 对于气井可以使用缓慢水溶性颗粒 如苯甲酸等 在酸化液中 也使用苯甲酸 以堵塞高渗透层 达到分层酸化目的 屏蔽暂堵技术是一项重要的石油专业技术 在油气井上的 应用很广 如用于压井 洗井 冲砂 射孔 注灰和大修作业 过程中防止井漏 保护油气层 其工艺简单 成本低 很有发 展前途 2 永久堵漏 在钻遇碳酸盐岩地层的溶洞 大裂缝或破碎带时 往往会 出现泥浆的大量漏失 从而无法正常钻进 这时可用快凝水泥 水泥 水玻璃 灌注水泥柱 让钻头通过水泥柱继续钻进 也可采用网袋灌水泥的方法解决 待水泥固化后 钻孔形成人 工井壁 国外曾经用网袋灌水泥的方法 连续通过 50m 的裂隙 溶洞带 3 泡沫泥浆 在泥浆里面先混入发泡剂 稳定剂 再均匀通入氮气 形 成稳定的泡沫泥浆 降低了液柱压力 从而大幅度减少了漏失 胜利油田技术人员使用可循环泡沫泥浆成功地闯入钻井 禁 区 胜利油区乐安 滨南等油田的古潜山构造地层 由于地层 属孔喉特大的砾岩 有许多溶洞 孔隙度大 渗透率高 且地 层压力较低 在钻井过程中泥浆漏失严重 屏蔽暂堵技术仍不 能解决问题 成为钻井的 禁区 长期以来一直没有得到有效 开发 胜利油田钻井泥浆公司的技术人员 研制成功了可循环 泡沫泥浆体系 使探井顺利完钻 擒出了 油龙 三 试油作业中的泄漏预防三 试油作业中的泄漏预防 在油井试油 作业过程中 以往每起出一根油管 井口工 人总要躲避从井里喷出的原油 等作业完毕后 满井场都是污 油污水 工人满身油污 老乡在施工现场争抢落地油 存在火 灾及人身伤害隐患 作业环境恶劣 江苏油田推广应用 二合一 液压锚定泄油器 在起下油管 时 泄油通道打开 管柱内的原油回流到井筒不会带出地面 从根本上方便了作业操作 改善了作业环境 四 油田堵水技术四 油田堵水技术 地下的石油是储藏在地层的孔隙里的 而地层的物性和孔 隙大小 结构 形状等并不均匀 我国油田普遍采取注水开发 方式 由于地层的非均质性和油水粘度差 造成注入水在地下 不均匀推进 特别是在油田开发后期含水超过 90 时 由于注 入水的长期冲刷 在注水井和油井之间的地层中会形成高渗透 率的通道 油田曾经钻井取芯发现这些地层的砂岩已经被洗得 唰白 没有一点油星儿 石油人把它叫作 贼层 或 大孔道 这 样大部分注入水就从 贼层 窜入油井 而一些低渗透油层波及 很少 甚至根本没有波及 导致高渗透层高含水 而低渗透层 不出油或出油很少 起不到注水的作用 特别是对一些层间差 异很大的油井 这种状况更为突出 为了减少产水量 调整层 间矛盾 解放中 低渗透油层 这时候就需要封堵高出水层 这种封堵出水层的做法 石油人称之为 堵水调剖 即对油井 采取堵水和对注水井采取调整吸水剖面两种措施 油田堵水技术是注水开发非均质油田的一项重要工艺技术 现场应用证明 在高含水阶段 堵水调剖工作不仅可以调整吸 水剖面和产液剖面 扩大注入水的波及体积 提高油井产油量 还可增加可采储量 并提高油田的最终采收率 堵水已成为改 善油田注水开发效果的最重要的手段 在老区控水稳油中大显 神通 目前 我国主要油田的综合含水率已高达 70 以上 堵水 技术也得到了迅速应用和发展 已形成 机械堵水 油井化学堵 水和注水井调整吸水剖面 三套工艺技术 堵水工艺的选择 一 般应根据地质方案要求 若是暂时性堵水可采用机械封堵 若 是永久性堵水则采取化堵 1 找水方法 找水的目的是判断出水层 通常有两种方法找水 一种是 测量各层的原油含水率 另一种是测量各层的井温梯度 以测 含水法使用居多 但井温法简单易行 井温法就是根据注入水与地层温度的差异来确定出水层的 一般来说 出水层的温度较低 2 机械堵水 机械堵水是使用封隔器封堵高含水层位或补贴套管将出水 层堵死 该技术目前比较成熟 已形成了机械堵水管柱 井下 堵水工具等配套堵水技术 3 化学堵水 化学堵水是将堵水调剖剂注入高渗透出水层段 发生沉淀 或产生固化物来降低水相渗透率或堵塞大孔道 最早开始使用 水泥等无机堵水剂 后来逐步发展了多种有机堵水剂 如聚合 物类 树脂类 复合堵剂等 其技术发展迅速 日新月异 堵水剂一般是指用于生产井堵水的处理剂 调剖剂则是用 于注水井调整吸水剖面的处理剂 两种剂多数情况可以相互通 用 目前国内外常用的堵水剂有两类 一类是选择性堵水剂 有聚丙烯酰胺 丙烯腈 氯硅烷等 可起到同层内降水增油的 目的 不足之处是用量大 成本高 强度低 第二类是以水玻 璃 氯化钙为主要原料的双液堵水剂 水玻璃单液堵水剂及水 泥等非选择性堵水剂 它封堵强度高 有效期长 但成本高 工艺复杂 动用设备多 我国的堵水调剖剂发展很快 品种较多 据统计 油田已 应用过的堵水调剖剂约有 70 余种 下面分成 8 类介绍 1 水泥系列 水泥是使用最早的堵水剂 价格便宜 强度大 美国大约有 95 以上的堵水作业是挤水泥 使用普通水泥 的成功率只有 30 而使用超细水泥 作业成功率可提高到 94 原因就是一般水泥颗粒大 不易进入中低渗透性地层 超细水泥是经再次粉碎细化了的油井水泥 粒径为 10 m 左右 这使它能够进入 0 15mm 以上的缝隙 对于封堵 大孔道 油井管外水窜 套管缝孔泄漏 封堵射孔孔眼等具有明显的 效果 2 无机盐沉淀类 这类堵剂以水玻璃为主 水玻璃由 sio2 和 na2o 组成 按 二者含量分为原硅酸钠 2 na2o sio2 正硅酸钠 na2o sio2 二硅酸钠 na2o 2sio2 na2o 和 sio2 的摩尔比 称为模数 是水玻璃的一个主要特征指标 模数越小 生成的 凝胶强度低 国产的一般模数在 2 7 3 3 水玻璃溶液与酸性物 质 如氟硅酸 混合后生成多硅酸 形成一种立体网状结构的 半固态凝胶体 堵塞地层 为使其适应高温地层 可加入醛 醇或氧化物等 以延迟凝胶时间 水玻璃溶液的初始粘度低 注入方便 生成的胶凝强度高 可适应不同温度的地层 辽河油田采用以水玻璃为主剂 以不含 h 的醛为胶凝剂 反应形成硅酸凝胶体系 对于封堵大孔道十分有效 在 40 条 件下 胶凝时间可长达 20 天以上 水玻璃溶液也可与多种金属离子反应生成不溶于水的无机 盐沉淀 如 cacl2 al2 so4 3 feso4 施工时 先后注入水玻 璃和氯化钙等水溶液 中间再打一段水隔离 使两种液体在地 层深部相遇 反应生成沉淀物 堵塞出水地层 可以进行多段 塞 大剂量深部处理 这就是双液法注入工艺 3 树脂类 堵水树脂有酚醛树脂 脲醛树脂 糠醛树脂 环氧树脂等 在地层中 这类树脂与固化剂反应形成坚硬的固体 堵塞孔道 和裂缝 可堵水 堵串 堵裂缝 堵夹层等 其优点是强度高 有效期长 缺点是成本高 没有选择性 误堵油层后解堵困难 近年来 纯树脂类堵水剂的应用已较少 4 聚合物冻胶类 此类是我国近年来研究应用最广的堵水调剖剂 包括合成 聚合物 天然改性聚合物 生物聚合物等 它们的共同特点是 溶于水 在水中有优良的增粘性 线性大分子链上都有极性基 团 能与某些多价金属离子或有机基团 交联剂 反应 生成 体型的交联产物冻胶 粘度大幅度增加 失去流动性和水溶性 显示较好的粘弹性 聚丙烯酰胺的大量应用 给化学堵水调剖技术开创了新局 面 将聚丙烯酰胺水解后溶于水 混入甲醛或 306 树脂 多羟 基的三聚氰胺酰化物 在酸性条件下 缩聚生成冻胶 本剂 适合层间或层内纵向渗透率差异较大但油层无裂缝的油藏 木质素磺酸钙复合凝胶堵水技术 具有强度高 粘弹性好 热稳定性好 用量调节范围宽 可解性好 抗盐性好等优点 其胶凝时间也可以控制和调节 便于现场大量配制 木质素来源于造纸厂的纸浆废液 有两类 一类是木材用 亚硫酸钠处理产生的废液 主要成分为木质素磺酸盐 其分子 结构非常复杂 主要含有甲氧基 羟基 醛基 羧基等 这类 木质素常与聚丙烯酰胺混用 以重铬酸钠或水玻璃为交联剂 形成冻胶 胜利油田经试验推荐的配方是 木钙 3 5 氯 化钙 0 7 1 1 重铬酸钠 0 8 1 1 聚丙烯酰胺 分子量 300 万 400 万 0 7 1 1 胶凝时间 1 5 2 5h 另一类是芦苇 稻草等非木材原料与碱蒸煮产生的碱法草 浆黑液 成分也很复杂 生物聚合物中目前在国内用于油田堵水调剖的产品是黄原 胶 它是用蔗糖或淀粉做原料 经黄单孢杆菌发酵而产生的水 溶性高分子多糖聚合物 其分子量可达 50 万 500 万 其羟基 能与多种金属离子结合 如与三价铬离子 cr3 结合生成凝 胶体 5 颗粒类 颗粒类堵剂是一种经济有效的堵剂 尤其是高渗透地层 需要进行深部处理的大孔道地层 效果明显 颗粒类堵水调剖剂品种较多 可以分为以下几个小类 1 非膨胀性颗粒 如石粉 果壳粉 蚌壳粉 石灰乳等 2 体膨胀性聚合物颗粒 如轻度交联的聚丙烯酰胺颗粒 聚 乙烯醇颗粒 海带粉 黄豆粉等 还有吸水膨胀达几百倍的高 吸水性树脂 3 土类 包括膨润土 粘土 黄河土 安丘钠 土 夏子街钠土以及 pam 溶液 土类 铬冻胶 夏子街钠土等 在颗粒类堵剂中 近年来使用较多的是土类和体膨胀性颗 粒 土类和聚丙烯酰胺溶液或其凝胶配合使用效果更好 既可 增强堵塞作用 又可防止和减少颗粒运移 土类堵剂价格便宜 原料易得 近年来在胜利油田 中原油田 大港油田等高渗透 油田大面积推广应用 获得良好的经济效益 胜利油田就地取 材 使用黄河粘土做堵塞颗粒 取得了明显的降水增油效果 使用颗粒类堵剂时 颗粒的粒径必须与地层的喉道半径配 伍 颗粒粒径为地层喉道半径的 1 3 1 9 时 堵塞效果最好 大于这个粒径范围的颗粒不易进入 小于则易于发生运移 粘土胶是胜利油田研制的一种堵水 驱油 二合一 药剂 成本低 物理化学性质稳定 它是由优质粘土和多种助剂复配 而成的胶状流体 被认为是高渗透油田在高含水期堵水与驱油 相结合的一种三次采油技术 能有效地提高石油采收率 极具 潜力 粘土胶所用的粘土是钙蒙脱土 蒙脱土是 2 1 型层状粘土 每层由两个硅 氧四面体片夹一个铝 氧 氢氧 八面体片组 成 层间平行 在水中很容易分散成细小颗粒 6 泡沫类 泡沫分为二相泡沫和三相泡沫 大部分泡沫是二相泡沫 三相泡沫还含有固相 如膨润土 白粉等 该方法成本低 具 有一定的选择性 泡沫的调剖机理是依靠稳定的泡沫流体在注水层中叠加的 气液阻效应 贾敏效应 改变吸水层内的渗流方向和吸水剖 面 减缓主要水流方向的水线推进速度和吸水量 扩大注入水 的扫油面积 波及体积和驱油效率 常用的起泡剂有 abs 稳定剂 cmc 膨润土 固相 配制 而成 7 具有选择性堵水作用的堵剂 有机硅类堵水剂 在地层条件下 有机硅单体与水相互作 用并发生缩聚 生成稠密的带硅 氧 硅键的有机硅聚合物 硅 氧 硅键的氧根朝向岩石表面 向内