气井环空带压的原因分析及解决措施浅析-中国固井网.PDF

气井环空带压的原因分析及解决措施浅析 齐奉忠 刘硕琼 袁进平 （中国石油集团钻井工程技术研究院完井固井所，北京海淀 100195 ） 摘要：随着天然气需求量的日益增多及勘探开发工作的不断深入，井下地质条件及井身结构 也越来越复杂，固井后环空带压或井口窜气问题也越来越突出。针对气井固井后的环空带压 问题，分析了气井固井的特殊性及难点，简述了国内外气井环空带压的特征，从管柱泄露、 顶替效率、水泥浆设计及固井后水泥环受力状态对环空带压的产生原因进行了初步分析，总 结了目前国内外预防及补救环空带压问题的措施。提高顶替效率配合综合性能好的防窜水泥 浆，设计与地层相匹配的水泥石力学性能，是防止环空带压、保证良好层间封隔的关键。 主题词：天然气 固井 气窜、顶替效率 固井质量 环空带压 在石油和天然气井所钻地层和套管的环形空间注水泥，其作用主要是防止在所钻各地层 之间出现流体窜流而保证长期层间封隔，必须在整个油气井寿命期间及报废之后都能实现有 效的层间封隔。有的井特别是天然气井，即使注水泥时钻井液顶替良好并且水泥石在初期也 起到了封隔作用，但井内条件变化可产生足够应力而破坏水泥环的完整性，其结果将导致层 间封隔失效，这可由后期天然气窜流、环空带压或更坏的套管挤毁实例给予证实。国外一般 简称环空带压为 SCP （sustained casing pressure ），有时也简称为 SAP （sustained annular pressure ）。随着国内外天然气用量的迅速增加，井下的地质环境也越来越复杂，固井后的环 空带压问题也越来越突出，使作业商也越来越意识到气井水泥环短期和长期封隔的重要性。 一、环空带压的危害及气井固井的特殊性 自天然气开发以来，环空带压或井口窜气问题就一直困扰固井技术人员与作业商。环空 带压或井下层间窜流会严重影响气井的产量，降低采收率，对气田开发后续作业如酸化压裂 和分层开采等造成不利影响。环空带压或层间窜流不突出时，会增加压力监测与井口放压的 成本；严重时需要关井，有时会导致整口井甚至整个井组报废。从环境保护和安全的角度考 虑，作业商经常要通过关井或修井来解决该问题，所造成的关井停产损失或修井费用相当巨 大。补救环空带压或层间窜流的方法，或者是采用常规高成本的修井作业，或采用苛刻的挤 水泥、挤注凝胶作业，或采用其他有效的补救方式。目前常规的补救方法如修井或挤水泥现 场实施难度大，成功率低，成本高。 气井产生环空带压的原因是由于天然气比重明显低于油和水，在水泥浆中其上浮力更 大；天然气不像原油哪样具有高的粘滞力，因而更加活跃，水泥浆失重时更易发生气窜；天 然气分子远比水分子、油分子的体积更小，比油水的穿透能力强。如果水泥浆的防窜能力差 或固井时顶替效率效果差，或由于地层应力、温度和压力变化以及一些随时间推移引起的其 他原因等，导致水泥环密封性发生失效，随着开发时间的延长，就会发生环空带压、井口窜 气或层间窜流问题。 1 二、气井固井后环空带压的规律 1．确定准确气源位置难度大 尽管在地面很容易发现气井环空压力异常，但是导致环空带压的气源却不容易确定。环 空气的气源可能来自产层，也有可能来自非目的层。非目的层气层可能是导管、表层套管、 技术套管后的过路气层，由于气源确定难度大，采取有针对性的补救措施难度也大。 2．环空带压的压力差别大 天然气井环空带压时，根据每口井储层压力与气体窜流通道的不同，环空带压值也有很 大差别。带压程度轻时环空压力接近大气压，高的时候接近储层的压力。井口释放气体的体 积少的时候基本接近零，多的时候一天接近1000方。通过井口进行压力释放，环空压力能降 至零，可是当重新关闭环空时，随着时间的延长，压力又会升至原来的值。 3．气井开采时间越长，环空带压的几率也越大 环空带压存在于井固井后的任何时期，环空带压与井的寿命紧密相关，开采时间越长越 易带压。据墨西哥湾 OCS 地区的统计，开采 15 年的井地面能测量出环空带压（一层或几层 套管带压）的几率占到总井数的大约 50% 。 三、国内外气井固井环空带压典型示例 1．墨西哥湾地区气井环空带压情况 在墨西哥湾的OCS地区，大约有15500口生产井、关闭井及临时废弃井。美国矿物管理 服务机构（MMS ）对该地区井进行了统计，有6692 口井约43%