【正文】 2）切實做到“三壓穩(wěn)” 氣井固井施工中必須保證“三壓穩(wěn)”，即固井前、固井過程中和候凝過程中水泥漿失重時的壓穩(wěn)。固井前和固井過程中的壓穩(wěn)比較容易實現(xiàn)，水泥漿凝固失重條件下的壓穩(wěn)一般容易被忽略，這也是影響天然氣井固井質(zhì)量的一個主要原因。 3）設(shè)計滿足封固要求的水泥漿體系 根據(jù)封固地層的特性及井下條件設(shè)計出滿足封固質(zhì)量要求的水泥漿體系。水泥漿性能要求防竄性好，能適應(yīng)注替過程、凝固過程及長期封隔等各方面的需要。水泥漿有較低的失水量 (小于 50mL)，較低的基質(zhì)滲透性，短的過渡 時間和快的強(qiáng)度發(fā)展，同時漿體穩(wěn)定性好，水泥石體積不收縮。 4）水泥石力學(xué)性能能承受井下溫度、壓力、應(yīng)化的變化 以前水泥石的抗壓強(qiáng)度作為評價水泥漿性能的一項指標(biāo)，但是該指標(biāo)并不能作為是否成為有效層間封隔的標(biāo)準(zhǔn)，還需要其他的指標(biāo)來進(jìn)行綜合評價，如楊氏模量、泊松比、抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、膠結(jié)強(qiáng)度。認(rèn)真評價這些性能，有助于水泥漿設(shè)計及降低環(huán)空帶壓發(fā)生的幾率。根據(jù)每口井的具體情況，對水泥環(huán)在該井的生產(chǎn)壽命期間在建井、完井、增產(chǎn)和生產(chǎn)作業(yè)承受的外載進(jìn)行分析、設(shè)計與評價，然后對套管、水泥、地層進(jìn)行有限元分析，確定出水泥石的 力學(xué)性能 (如楊氏模量、泊松比等 )，在生產(chǎn)期間水泥石力學(xué)性能能承受應(yīng)力的變化。若水泥石抗拉強(qiáng)度與楊氏彈性模量比值高，且水泥楊氏彈性模量低于巖石的楊氏彈性模量，則這將是機(jī)械耐久性最好的水泥。這方面的要求與特定井下條件有關(guān)，如井眼尺寸、套管性能、巖石機(jī)械性能及預(yù)計載荷的變化等。 西南石油大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 解決環(huán)空帶壓的技術(shù)措施 1）利用修井作業(yè)來解決環(huán)空帶壓問題 針對套管外環(huán)空帶壓問題，常規(guī)的補(bǔ)救方法是采用鉆機(jī)進(jìn)行修井作業(yè)。采用修井作業(yè)需要起出油管，注入或擠入水泥，來封閉水泥環(huán)中的裂縫和竄流通道。根據(jù)裂縫、通道的位置、孔隙度、滲 透率的不同，擠水泥作業(yè)有可能封閉氣竄通道，也有可能封閉不了氣竄的通道。作業(yè)商通過對修井作業(yè)安全及成本方面的綜合考慮，一般不愿治理環(huán)空帶壓問題。采用鉆機(jī)進(jìn)行修井作業(yè)施工危險性大，易造成人身傷害，也易對設(shè)備造成損害甚至報廢。井噴或溢流也會對環(huán)境造成危害。采用常規(guī)修井作業(yè)的成本及風(fēng)險有的時候超過了環(huán)空帶壓的成本及風(fēng)險。 2） FUTUR 活性固化水泥技術(shù) 2021 年，斯倫貝謝 (Schlumbergef)公司用研究出的 FUTUR 活性固化水泥技術(shù)來解決環(huán)空帶壓問題。 FUTUR 活性固化水泥施工不需要額外的固井設(shè)備，采用 常規(guī)固井工藝，將 FUTUR 活性固化水泥作為領(lǐng)漿及尾漿注入即可。為保證封固質(zhì)量，領(lǐng)漿及尾漿的長度應(yīng)至少達(dá)到 150m。 FUTUR 活性固化水泥具有自修復(fù)特性，當(dāng)發(fā)生氣竄時，不需要人工干預(yù)， FUTUR 活性固化水泥會自動活化，將裂縫封堵。該技術(shù)已成功應(yīng)用在加拿大阿爾伯特油田的環(huán)空帶壓井及德國、意大利地下儲氣庫井。 FUTUR 活性固化水泥應(yīng)用密度范圍為 ～ ，應(yīng)用溫度范圍 20～ 138℃。 3)LifeSeal 自動密封水泥 與斯倫貝謝公司的活性固化水泥技術(shù)類似，哈里伯頓公司也推出了 LifeSeal 水泥 。與 FUTUR 活性固化水泥機(jī)理類似，環(huán)空存在油氣竄流時，在沒有地面人工干預(yù)的情況下，水泥環(huán)能進(jìn)行膨脹，會封閉竄流通道。水泥環(huán)的這種自密封特性，是通過在水泥漿中加入特種外加劑來實現(xiàn)的，采用常規(guī)注水泥設(shè)備就可以進(jìn)行施工。 LifeSeal自密封水泥已成功地在 70 多口陸地或海上的井中進(jìn)行了應(yīng)用，應(yīng)用區(qū)域包括中東、亞洲、里海地區(qū)、歐洲、拉丁美洲、美國。 4）壓力活性密封劑 SPE 91399 中報道，為經(jīng)濟(jì)和安全地除墨西哥灣的環(huán)空帶壓問題， Wamp。T 海洋公司應(yīng)用了壓力活性密封劑。與常規(guī)修井作業(yè)相比，每口井可以節(jié)約 100 萬美 元。壓力活性密封劑的作用機(jī)理與血液在傷口處的凝結(jié)類似。密封劑在進(jìn)入竄流通道前處于液體狀態(tài)，在存在壓差竄流通道的點，配方中的單體和聚合物在配方中發(fā)生化學(xué)聚合交聯(lián)。反應(yīng)進(jìn)行過程中，聚合交聯(lián)劑黏附在竄流通道上并不斷連接，同時密封整個竄流通道，氣井持續(xù)環(huán)空壓力機(jī)理及安全評價研究 27 聚合后的密封劑在竄流通道上呈纖維狀。如果不存在壓差，密封劑仍處于液體狀態(tài)，不會堵塞井眼。該方法已成功地在墨西哥灣、荷蘭、美國的路易斯安納州及哈薩克斯坦、澳大利亞進(jìn)行了應(yīng)用，現(xiàn)場實踐證明，該方法成功率高，成本低。 5）遇油氣膨脹封隔器 根據(jù)不同情況，可以在套管上安裝一個或幾個封 隔器。封隔器隨套管下人，不需要坐封壓力，膨脹器遇油氣就會發(fā)生膨脹。在膠結(jié)不好的部位、竄流通道或微環(huán)隙，封隔器膨脹都會建立起良好的密封，來阻止層問以及氣層到井口的竄流。遇油氣膨脹封隔器呵膨脹至其體積的兩倍，不但能封閉竄流通道，并且能承受壓差。未激活時，封隔器處于潛伏狀態(tài)，水泥環(huán)出現(xiàn)封隔失效時，工具遇油氣膨脹會自動封閉竄流通道。 西南石油大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 28 第 4 章 實例計算，指導(dǎo)氣田安全生產(chǎn) 某高溫高壓氣井完鉆井深 5200m，地層孔隙壓力當(dāng)量密度 ，產(chǎn)層壓力 。 該井 的油層套管下深 5000m ，油層套管和技術(shù)套管之間的環(huán)空中，水泥返高 2021m ，水泥之上的環(huán)空中充滿液柱。圖 是該高溫高壓氣井的井身結(jié)構(gòu)圖，下面以這個井為例子，對該井的油層套管和技術(shù)套管之間的密閉環(huán)空中的帶壓值進(jìn)行計算。 圖 某高產(chǎn)氣井井身結(jié)構(gòu)圖 氣井持續(xù)環(huán)空壓力機(jī)理及安全評價研究 29 （ 1） 單一環(huán)空帶壓情況 表 41 出現(xiàn)單一環(huán)空帶壓時，最大允許帶壓值計算 （ 2）“ A”、“ B”環(huán)空連通情況 “ A”、“ B”環(huán)空連通是指油管與油層套管間環(huán)空、油層套管與 技術(shù)套管間的環(huán)空因管柱泄漏發(fā)生連通。 表 42 出現(xiàn)“ A” 、“ B”空帶壓時，最大允許帶壓值計算 （ 3）“ B”、“ C”環(huán)空連通的情況 “ B”、“ C”環(huán)空連通是指油層套管與技術(shù)套管間環(huán)空、技術(shù)套管與技術(shù)套管間的環(huán)空因管柱泄漏發(fā)生連通。 西南石油大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 表 43 出現(xiàn)“ B” 、“ C”空帶壓時，最大允許帶壓值計算 （ 4）“ C”、“ D”環(huán)空連通的情況 “ C”、“ D”環(huán)空連通是指技術(shù)套管與技術(shù)套管間環(huán)空、技術(shù)套管與表層套管間的環(huán)空因管柱泄漏發(fā)生連通。 表 44 出現(xiàn)“ C” 、“ D”空帶壓時 ，最大允許帶壓值計算 （ 5）“ A”、“ B”、“ C”環(huán)空連通情況 “ A”、“ B”、“ C”環(huán)空連通是指油管與油層套管間環(huán)空、油層套管與技術(shù)套管間環(huán)空、技術(shù)套管與技術(shù)套管間環(huán)空，這幾個環(huán)空間因管柱泄漏發(fā)生連通。 氣井持續(xù)環(huán)空壓力機(jī)理及安全評價研究 31 表 45 出現(xiàn)“ A” 、“ B”、“ C”空帶壓時，最大允許帶壓值計算 （ 6）“ B”、“ C”、“ D”環(huán)空連通情況 “ B”、“ C”、“ D”環(huán)空連通是指油層套管與技術(shù)套管間環(huán)空、技術(shù)套管與技術(shù)套管間環(huán)空、技術(shù)套管與表層套管的環(huán)空，這幾個環(huán)空間因管柱泄漏發(fā)生連通。 表 46 出現(xiàn)“ B” 、“ C”、“ D”空帶壓 時，最大允許帶壓值計算 （ 7）“ A”、“ B”、“ C”、“ D”環(huán)空連通情況 “ A”、“ B”、“ C”、“ D”環(huán)空連通是指以上所有的這幾個環(huán)空間因管柱泄漏發(fā)生連西南石油大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 32 通。 表 47 出現(xiàn)“ A”、“ B” 、“ C”、“ D”空帶壓時，最大允許帶壓值計算 從 2021年開始對該井的環(huán)空帶壓值進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測 , 共監(jiān)測 450d, 其實測的環(huán)空帶壓值見圖 ，圖 中橫坐標(biāo)表示監(jiān)測的時間 , 縱坐標(biāo)表示監(jiān)測到的井口油管壓力、 A 環(huán)空的環(huán)空帶壓值。從圖 4 中可以看出 , 該井只有“ A”環(huán)空帶壓且最大環(huán)空帶壓值為 32MPa, 而“ A” 環(huán)空允許最大帶壓值為 , 說明雖然該井出現(xiàn)較高的環(huán)空帶壓情況 , 但還是比較安全 , 可以正常開采。 圖 “ A”環(huán)空實測帶壓情況圖 氣井持續(xù)環(huán)空壓力機(jī)理及安全評價研究 33 第 5 章 結(jié)論 ( 1)持續(xù)環(huán)空壓力問題 , 嚴(yán)重影響油氣井的安全。近年來國內(nèi)盡管做了許多工作 , 但是固井后環(huán)空帶壓問題仍然較為突出。 ( 2)根據(jù)環(huán)空帶壓引起的原因可以將其分為作業(yè)施加的環(huán)空壓力 , 受溫度、壓力變化使環(huán)空和流體膨脹引起的環(huán)空壓力以及由于油氣從地層經(jīng)水泥封固井段和環(huán)空液柱向上竄流引起的環(huán)空壓力。 ( 3)根據(jù)實際井身結(jié)構(gòu)和井下管串組合情況 ,結(jié) 合現(xiàn)場實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立允許環(huán)空帶壓值的計算方法和環(huán)空帶壓安全的評價方法 , 并開展了實例分析。為氣井環(huán)空帶壓安全評價奠定了基礎(chǔ)。 （ 4）現(xiàn)場環(huán)空帶壓的實時監(jiān)測至關(guān)重要，優(yōu)化采氣井的配置和提升油田信息化工作， 能進(jìn)一步加強(qiáng)環(huán)空帶壓井的實時監(jiān)測和診斷， 做到提前預(yù)警， 屆時可以視情況開展泄壓 /壓力恢復(fù)治理措施。 西南石油大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 參考文獻(xiàn) [1]石榆帆，張智，肖太平，等．氣井環(huán)空帶壓安全狀況評價方法研究［Ｊ］．重慶科技學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版， 2021， 14(1)： 9799. 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