【技術推廣】打破傳統：WellLock開辟固井新思路

拋開傳統認知，成就獨特的井眼完整性解決方案。

來自 | Halliburton

Halliburton在套管井固井施工中所用的樹脂名為WellLock?，WellLock?是一種樹脂體系，既可以單獨使用以提升井眼完整性；也可以混配入水泥漿體系LockCem^TM，從而形成更強韌的水泥石?；瘜W家瓊斯博士通過Halliburton已有的樹脂化學組合，成功設計了現有的WellLock?樹脂體系。

合成樹脂產品涉及到非常復雜的化學過程，與當時使用的水泥完全不同。所以研究剛開始時，傳統派認為，“傳說中的樹脂材料，不可能取代傳統水泥”。

或許要歸功于瓊斯的非石油專業背景， 他最終研發出了一種新的、符合標準要求的分子聚合物，并得出了一套獨特的解決方案，可以滿足很多非常嚴格的要求，比如必須能夠在地表混配和泵送，入井即可變硬，需要有抗溫抗壓能力，不能與水泥、水、酸、鹽和其他境內元素發生反應或分解等等。

在全球范圍內，Halliburton已經完成了超過700次WellLock樹脂施工，在中國已經完成超過45次施工。瓊斯指出:“我們解決了有關天然氣氣竄和井眼完整性缺失重大挑戰?！?/span>

WellLock樹脂體系簡介

1.稠化時間可調，可根據井況調整方案

隨著WellLock樹脂組分之間發生交聯反向，體系的粘度逐漸升高并最終失去流動性、發展強度?？赏ㄟ^調節組分濃度以調節WellLock樹脂在不同溫度下的稠化時間和候凝時間。某配方的典型稠化時間曲線如下圖：

2.流變特性優異，穿透性強，可擠入微米級裂縫

水泥漿中含有固態顆粒，因此水泥漿無法被擠入微米級微間隙中，被擠入的多為水泥漿中的濾液，只能在漏點表面形成固態結痂，因此無法形成有效封堵。WellLock樹脂屬于牛頓流體，流動狀態類似于水，不含有固態顆粒，穿透性極強，可穿透微米級的微間隙。

3.抗壓強度高、彈性好，可恢復套管完整性

與水泥石相比，凝固后的WellLock樹脂抗壓強度更高，楊氏模量低而泊松比高。因此在凝固后，可以承受井筒內后期發生的應力變化，不易失效。在72攝氏度下對WellLock樹脂養護48小時候后進行抗壓強度測試，如下圖所示，抗壓強度高達12500psi，發生形變約21%。因此，WellLock樹脂的優異性能可恢復套管的完整性，使得套管修補后進行壓裂作業成為了可能。

4.密封性能好、膠結質量高，形成永久封堵不失效

在如下圖左側的實驗裝置中，1英尺的WellLock樹脂被填充在紅色的環形區域內形成密封，凝固后可承受1000psi的壓差無泄露，擁有優異的密封性能。另外，實驗證明，WellLock樹脂與界面的膠結質量遠優于水泥，如下圖右側實驗曲線所示，同等長度的膠結面，WellLock樹脂與界面的膠結質量（1000psi）約為水泥（170psi）的6倍左右。出色的密封性能和膠結質量為WellLock樹脂的封堵作業提供了堅實的保障。

5.WellLock樹脂從根本上預防氣竄

常規水泥漿在凝固過程中有靜液注壓力逐漸喪失的過程，且在此過程中水泥漿還未發展強度以阻擋氣體上竄，因此在此過程中易發生氣竄。而WellLock樹脂可從根本上預防氣竄的發生，WellLock樹脂的稠化凝固過程涉及到交聯反應共價鍵的形成，粘度逐漸升高并持續形成一種無孔的三維網站結構以抵擋氣體的上竄，在此反應過程中，WellLock樹脂仍可持續的傳遞靜液注壓力，從而在根本上解決了水泥漿凝固過程中失重易發生氣竄的問題。另外，WellLock樹脂凝固后本身沒有滲透性，這也預防了氣體通過凝固后屏障本體上竄的可能。

6.液體WellLock樹脂與水分層，抗污染能力強，凝固后抗化學腐蝕

液體WellLock樹脂密度比水大，為1.1-1.2 SG （可通過加重劑加重），且WellLock樹脂與水不混溶，與水混合后會自然分層，不發生不良反應，如下圖所示。另外，WellLock樹脂具備較好的抗污染性能，實驗數據顯示，WellLock樹脂與10%的油基泥漿發生污染混漿后，仍能在24小時發展1000psi的抗壓強度，48小時發展4300psi的抗壓強度。WellLock樹脂凝固后表現為惰性，不受酸性氣體的腐蝕，可用于含CO₂和H₂S的井況。

7.WellLock樹脂凝固后可鉆

WellLock樹脂凝固后因具有更高的抗壓強度和韌性，因此鉆塞與常規水泥石相比鉆速稍慢?？赏ㄟ^使用連續油管或鉆桿鉆塞，使用較多的磨鞋為五刃磨銑鉆頭，鉆頭尺寸盡量接近套管通徑以降低套管壁碎屑殘余。建議鉆壓500-1650 lbs，轉速150-300 RPM，扭矩500 ft-lbs。

8.WellLock樹脂可作為水泥漿的添加劑混配在水泥漿中，形成LockCem水泥漿體系，改善水泥漿的性能

通常情況下，WellLock樹脂在整個LockCem體系中的體積占比為10-30%。顯微鏡顯示，WellLock樹脂可均一穩定的分布在LockCem水泥漿中。通過實驗數據得出，隨著WellLock樹脂占比的提高，LockCem水泥漿體系的抗壓強度提高、彈性提高、膠結質量提高、滲透性降低。因LockCem水泥漿體系與常規水泥漿體系相比有更加優異的綜合性能，因此在套管固井與棄井作業中使用廣泛。

LockChem固井體系簡介

基于WellLock樹脂技術（體積比＜30%），配合任意級別的Portland水泥，Halliburton形成了一套樹脂水泥漿混合體系—LockChem的固井體系。

技術優勢

-提高抗剪切強度；
-降低滲透率；
-降低楊氏模量，增大的延展性；
-增加抗壓強度；
-降低密度；
-按體積百分比與Portland水泥配置，性價比最大化。

應用范圍

1.常規固井；
2.補救固井；
3.棄井水泥塞。

機械性能

1.增加抗壓強度；
2.降低楊氏模量。

外觀

滲透率

剪切力

案例研究

應用地區：墨西哥灣

墨西哥灣某運營商遇到多重挑戰：有23口冒泡棄井需要重入維修，帶蓋板26英寸迫入管的有限處理量（1~3bbls），封堵劑必須能防止任何氣竄，并能夠形成堅固的膠結，同時還需要進行無隔水管作業。

Halliburton推薦使用LockCem體系，通過增加與套管的膠結強度、降低水泥石的滲透率并增強防氣竄能力，進而解決上述問題。

從下圖中可看出，與基礎水泥相比，LockCem?水泥剪切強度更高，抗壓強度更高，密度更低。

基于LockChem體系，作業者成功地進行了小批量的混配并通過灌漿管串注入設計位置，消除了所有井內的氣泡，避免了昂貴的磨銑施工，有效利用了鉆井時間。

綜上所述，WellLock?樹脂體系與LockCemTM水泥漿體系已經成為提高井筒完整性與延長天然氣井的生命周期的理想解決方案。

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