管外封隔器

套管外封隔器国外应用情况调研

随着中石油西南油气田分公司天然气勘探工作的不断深入，勘探开发深度更深，钻完井难度更大，高温、高压、高含硫的地质条件使得钻完井工程风险增加，由于天然气井的增多，开发一定的时间后，地层环境的影响以及油管套管泄漏，固井方面等综合问题会导致水泥环封隔失效，其形成的显著问题就是环空带压。

一、国外气井环空带压的典型示例

1．墨西哥湾地区气井环空带压情况

墨西哥湾OCS地区，大约有15500口各种类型的井，包括关闭的以及废弃的井，专门有相关机构进行统计，有6692口井约占43%至少有一层套管环空带压，其中有10153口井套管环空带压，具体情况如下图1-1所示，根据图中可以看出，环空带压主要出现在生产套管和技术套管。

图1-1 墨西哥湾OCS地区环空带压具体情况

2．加拿大天然气井或油井环空带压情况

在加拿大，环空带压存在不同类型的井中，南阿尔伯特的浅层气井、ROCKY山麓的深层气井，都不同程度的存在这样的问题，绝大多数是由于环空封固质量不好，天然气气窜造成的。

二、解决环空带压的措施

1．利用修井作业解决

针对环空带压问题，常规的补救方法是采用钻机进行修井作业，采用修井作业需要起出油管，强行注入或者挤入水泥，成功率较低，作业难度大，整个施工危险性大，容易出现意外伤害，对设备的要求也较高，因此一般从油公司层面不太愿意采用此种方法来解决环空带压问题。

2．采用特种水泥技术

2007年斯伦贝谢公司研究出了FUTUR活性固化水泥技术来解决环空带压问题，

此水泥采用的是常规固井工艺，固井后具有自修复特性，当出现气窜时，自动活化封堵，该技术成功应用于加拿大德国及意大利，其应用密度范围1.40~1.92g/cm3，应用温度20~138℃。哈利伯顿公司也推出了Lifecem或Lifeseal自动密封水泥，其原理也跟斯伦贝谢公司的类似，当发生气窜时，水泥环自动膨胀，自动密封，他们是在水泥浆中加入特种外加剂实现，也是采用常规固井设备，应用的范围也很广，包括中东、亚洲、欧洲、拉丁美洲、美国等。

3.遇油气膨胀封隔器

根据不同的情况可以在套管外安装一个或者多个封隔器，封隔器遇油气就会膨胀，也可以达到封隔作用，可以阻止层间以及气层的窜流，这种封隔器不但能够封隔气窜，还能够承受一定的压差，未激活时就处于潜伏状态，只有在水泥环封隔失效后才会膨胀后形成封隔。

国外应用的比较多的封隔器就是膨胀橡胶封隔器，其性能在实践中得到显著提升，优势日益突出，如今在酸化压裂、固井完井、水平井、智能井、多分支井等领域得到广泛的应用，弥补了传统固井工艺的不足，其作为管外封隔器使用性能优于常规封隔器，膨胀橡胶封隔器的应用情况如下：

（1）亚太地区

水平井钻井液窜槽问题：水平段会出现钻井液顶替问题，有可能遗留钻井液窜槽，降低固井质量。Ａ井产出物为100％纯油，是良好的膨胀介质，固井后并未发现井下流体窜流现象，见图2-1。施工结果说明封隔器成功解决了钻井液窜槽的问题。

图2-1 亚太地区实际应用

（2）美国北部

由于层间干扰严重，曾导致多口井固井失败，窜流甚至能返至地面。根源是井眼贯穿了不同压力体系的地层，流体易从高压层中侵入，而低压层又会使水泥漏失，形成多处钻井液窜槽。此次施工中，膨胀橡胶封隔器结合注水泥技术的固井工艺，成功取代了复杂费时的多级注水泥，如图2-2所示。投产结果表明，该井并未出现层间干扰，并获得了预期的最大产量。

图2-2 复杂压力体系中的应用

（3）阿曼南部Harweel Cluster油田

面临的问题：实验过程需要开、关井和进行生产测井，井内压力波动大，易形成微间隙。这是一口贯穿该地区碳酸盐岩储集层的垂直生产井，需要作业的层段从2908～2953m。1＃层因为受过污染而废弃；2＃层较致密，孔隙度为3.0％～4.5％；3＃层具有11.5％的孔隙度和90％的含油饱和度，是该地区的主要产层。作业的目的是先封隔2＃、3＃层，再对2＃、3＃层先后进行射孔开发，见图2-3。通过井口产出物的组分和生产测井曲线来确定产量来自哪一地层，从而进一步证明膨胀橡胶封隔器能够提高固井质量。固井完成后，对2＃层射孔，产气量为120m3/d。随后以80m3/d稳产3d。第4d关井，再过4d又重新开井，显示出明显的压力恢复，并根据井口产出物的组分，确信产量完全来自2＃，产层封隔成功。最后对3＃层射孔，得到来自2＃、3＃两个产层共345m3/d的产量。

图2-3 阿曼的应用图

（4）英国北海油田

面临问题：低边钻井液顶替难，由枯竭层与产层交替出现，并且还有产水层存在，固井施工难度大。施工时将膨胀橡胶封隔器接入完井衬管后注水泥封固，见图2-4。除了产水层上部选用的是水胀型封隔器以外，其余的都是油胀型封隔器。在生产测试中，未发现有地层水产出，地层封固符合要求。

图2-4北海油田应用

（5）中东多分支井

面临问题：开窗处井斜角大，顶替效率严重受限。但又必须在两个分支与主井筒相交处提供良好的层间分隔。固井采用244.5mm套管，套管串中安装有两只遇油膨胀橡胶封隔器，见图2-5。水泥胶结测井数据显示两只封隔器均下入到准确位置。虽然探测出两处开窗点间井段水泥交接不良，但并没对该井造成影响，说明膨胀橡胶封隔器发挥了重要作用。

图2-5 中东多分支井应用

膨胀橡胶封隔器在国外油气田的许多领域已有相当广泛的应用并取得了显著的效果，而国内还不能完全掌握这项技术，应加快组织研发工作。膨胀橡胶封隔器应用于固井工程中能有助于解决顶替效率低导致的钻井液窜槽和第一固井

界面微间隙的问题，在提高固井质量方面具有广阔的应用前景。膨胀橡胶封隔器结构简单，下入过程不需要专人或专用工具，施工方便，使用安全可靠。