[发明专利]使用聚合物凝胶的井筒固井方法

说明书

本发明涉及油田应用的固井方法，特别涉及钻井地下含烃地层的井筒的固井方法。

卜特兰水泥常用于油井固井作业。卜特兰水泥可根据每口井的特定条件专门配制。关于固井工艺的目前水平，在以下著作中作过介绍：《固井基本技术》，石油出版公司1977年版（根据《油气杂志》上连载的文章印）和赖克J.L.等著的《挤水泥固井：目前工艺水平》，《石油工艺杂志》，1982年1月号37-45页。

固井的现场实践在很大程度上就是现场人员使用试凑法来解决水泥组成和井下环境中的各种问题。在这种情况下水泥的质量是难以控制的。结果，卜特兰水泥固井作业可能造成水泥过早凝固、产生裂缝或收缩。

需要这样一种固井方法，该方法使用的水泥具有宽范围的可高度控制和预测的凝固时间，并且易于经济有效地施工和设计。需要这样一种固井方法，该方法用一种不易产生收缩和裂缝的水泥代替常规的固井作业中所采用的卜特兰水泥。

本发明提供一种井筒固井方法。这里所用的井筒固井方法实际上包含地下油田所用的所有固井方法，包括（但并不限于此）完井或固套管，生产井筒和注入井筒的堵漏、挤水泥和打水泥塞。这一固井方法特别适用于产油井筒和（或）产气井筒的修井挤水泥作业。挤水泥固井作业专门用来封堵套管上的漏洞、封堵射孔段、密封尾管顶部、降低水-油比或水-气比、封死地层、补充或修补第一次注水泥作业。

本发明的目的是利用一种含专门配制的交联聚合物凝胶的水泥达到的。这种凝胶包含一种高分子量的水溶性的含羧酸根的聚合物和一种羧酸 铬络合物交联剂。凝胶在地面上配制，形成一种含聚合物和交联剂的均匀胶凝溶液，把配好的溶液注入钻开含烃地层的井筒中，用顶替或其他方法把溶液送到要封堵的容积中去。胶凝溶液宜这样设计，使它在达到井壁之前至少已部分胶凝，以阻止或防止它进入低渗透性地下物质，如可能靠近井壁而又不希望封堵的地层基质中去。胶凝溶液在所期望的地下容积凝固，而不需要再注入任何附加的组分。凝胶是连续的单相物质，它可坚固地封堵地下容积。

要封堵的地下容积取决于所使用的特定的井筒固井方法。这种容积很可能是套管与井筒壁之间的环形空间，第一次注水泥作业在环形空间留下的空隙，一段裸眼，套管上的漏洞或丝扣上的漏缝，或者在地下井筒中或靠近井筒的任何其他容积，如靠近井筒的裂缝、孔洞、洞穴和酸蚀的孔孔洞洞。在固井作业之后，井即可恢复正常生产。

本发明的方法与技术上已知的固井方法相比具有明显的优越性。最初注入井筒的胶凝溶液是在地面配制的均匀的不粘的液体溶液，基本上不含固体。这种不含固体的溶液比含悬浮固体的卜特兰水泥浆更具有穿透和进入井筒中微空隙和微间隙的能力。胶凝溶液的这种特性提供了很好的穿透能力，可避免形成桥堵并减少流体漏失。

最后得到的凝胶与井筒壁和（或）管壁物质形成粘着力很强的化学结合。这种强有力的结合足以阻止把它从堵塞的容积中排挤出来，它实质上是永久性的结合，并且可防止原地降解。然而，如果需要以后除掉凝胶，可以使用外部注入的溶剂来溶解它，这些溶剂如次氯酸钠溶液、过氧化氢溶液或其他适合的过氧化合物溶液。

本发明使用的固井凝胶具有宽范围的可高度控制和预测的凝固时间和强度。这一方法适用于宽范围的温度、含盐度、各种岩石的地层和环境条件。作业者可针对特定的作业条件、井下特点和以后对特性的要求专门配制凝胶。可以预先确定凝胶为满足井筒中的特性需要而必须具备的胶凝速 率、最终凝胶强度和稳定性。此后，具有所需的事先确定的特性的固井凝胶，是利用观察到的特定可控胶凝参数与最终凝胶特性之间的相关关系，在有控制的条件下在地面配制的。

本发明用专门术语描述，这些专门术语的定义如下。地层由二个普通的部分，即“基质”部分和“异常”部分组成。“异常”部分是指地层中的与基质相比有极高的渗透性的容积或空隙空间。它包括以下的术语，如纹理、裂缝、裂缝网络、空洞、剖解通道、洞穴、冲蚀和空腔等等。“基质”实质上是地层体积的剩余部分，基本上是均质的、连续的、不包括“异常”部分的沉积储集层物质，并且往往是地层的主要部分。

这里所用的“凝胶”是指一种具有极高分子量的连续的三维交联聚合物网络。凝胶含有液相介质，如水，它被封闭在固态聚合物网络中。液体和固体组分融合为一个单相系统使凝胶具有独特的相特性。本发明所用的凝胶的结构足以使它在注入到要封堵的容积中时，不含从被封堵的容积进入与该容积相邻的地层的低渗透性部分。所谓“封堵”就是大大降低井筒中的、与井筒相邻或靠近井筒的容积的渗透性。