劉 佳 聲

（中國石油遼河油田公司， 遼寧 盤錦 124109）

水平井可以增加生產(chǎn)井段與儲層接觸面積，對于稠油熱采油藏，還可以增大蒸汽熱交換面積，提高熱效率,具有明顯提高單井產(chǎn)能的優(yōu)越性,已成為油田新區(qū)高效開發(fā)、老區(qū)挖潛調(diào)整提高采收率的重要手段。但部分油藏油水關(guān)系復(fù)雜，分布有邊、底水，因水平段動用不均，在壓差作用下，邊底水錐進易引起單點（或多點）見水，水平井的井身結(jié)構(gòu)特殊, 采取篩管完井，且井段長、出水點壓力高，見水后如不采取措施,含水將持續(xù)上升, 嚴重制約其整體開發(fā)進程［1］。

已有的水平井堵水工藝有籠統(tǒng)的化學(xué)堵水，以及機械卡封堵水，其中籠統(tǒng)化學(xué)堵水中堵劑受篩管完井方式制約，無法使用顆粒型堵劑增強封堵強度，無固相的凝膠堵劑耐溫性能差，蒸汽吞吐方式下容易破膠失效，且出水點壓力較高，籠統(tǒng)注入時多進入低壓的產(chǎn)油井段，堵水效果不理想；機械卡封堵水在吞吐下泵初期有效，但因地層溫度下降、原油粘度增大，水油流度比迅速增大，致使出水點的地層水經(jīng)管外滲流至生產(chǎn)井段井筒附近，導(dǎo)致堵水有效期很短，措施效果也不理想。針對上述問題，經(jīng)過兩年的研究與試驗，不斷進行技術(shù)改進與完善，形成了將管外化學(xué)堵水、管內(nèi)機械堵水有機結(jié)合的水平井堵水工藝技術(shù)，為有效解決水平井出水問題提供了有力的技術(shù)支持。

1 技術(shù)原理

根據(jù)水平井特殊的完井方式，為確保堵水效果，形成了化學(xué)堵水與機械堵水相結(jié)合的堵水方式，該技術(shù)利用化學(xué)堵水技術(shù)，封堵管外油層水（汽）竄通道；采用機械堵水工藝，封堵管內(nèi)出水（高產(chǎn)出）井段。先應(yīng)用化學(xué)調(diào)堵技術(shù)，配合專用堵水封隔器，封堵管外油層水竄通道；再采用機械堵水工藝，封堵管內(nèi)出水井段，保證吞吐開發(fā)方式下注入的蒸汽不會直接作用堵劑，既能延長封堵有效期，又能提高蒸汽熱效率，最終實現(xiàn)有效封堵水竄通道、降低產(chǎn)水量、恢復(fù)油井產(chǎn)能的目的。

2 堵劑配方的改進完善

在堵膠配方的篩選上,主要考慮凝膠技術(shù)參數(shù):強度、抗剪切力性能、耐鹽耐高溫性等方面[2],所用凝膠堵劑主要由聚丙烯酰胺（相對分子量1 800萬）、烏洛托品、間苯二酚、油溶性樹脂等。在調(diào)剖劑的配制過程中，采用先加入穩(wěn)定劑，然后加入交聯(lián)劑，在攪拌下加入PAM 的方法，為保證堵劑封堵強度，在施工的最后階段的凝膠中添加樹脂顆粒，提高堵劑的耐溫性及封堵強度，有效封堵水竄通道。針對水平段長、部分堵劑會在井筒中沉降殘留的問題[3],現(xiàn)場通過控制交聯(lián)劑濃度來控制成膠時間，保證堵劑順利注入[4]。

2.1 藥劑不同濃度對凝膠強度的影響

2.1.1 聚合物濃度的影響

按聚合物濃度0.2%、0.40.6%、0.8%、1%、1.2%、1.4%配制凝膠體系，在 60 ℃的恒溫烘箱中反應(yīng)，定時取樣用NDJ-1 旋轉(zhuǎn)粘度計測定試樣粘度，用以評價試樣凝膠強度。

將實驗結(jié)果繪制成圖 1，從凝膠強度和經(jīng)濟適用性考慮，聚合物濃度選為1%。

圖1 聚合物濃度與凝膠強度關(guān)系曲線Fig.1 The curve of polymer concentration and gel strength

2.1.2 穩(wěn)定劑的影響

聚合物濃度10 g/kg，交聯(lián)劑濃度6 g/kg，穩(wěn)定劑按 0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%配制凝膠體系，在60℃的恒溫烘箱中反應(yīng)，定時取樣用NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計測定試樣粘度，用以評價試樣凝膠穩(wěn)定性(圖2)。

圖2 不同濃度穩(wěn)定劑凝膠強度與時間關(guān)系曲線Fig.2 Curve of strength and time of stabilizer gel with different concentrations

2.2 樹脂顆粒篩選評價

2.2.1 樹脂顆粒篩選評價

在凝膠體系中加入油溶性樹脂可提高凝膠強度。樹脂為預(yù)制好的顆粒，取一定量的樹脂顆粒樣品，用標準篩篩分，稱重，結(jié)果見表明，樹脂顆粒最大粒徑≤0.15 mm，完全可通過割縫篩管。

2.2.2 樹脂顆粒懸浮時間

在聚合物凝膠體系中加入 5%的樹脂顆粒，攪拌均勻，觀察樹脂顆粒沉淀時間。試驗表明樹脂顆粒懸浮時間≥4 h，而不沉淀，滿足現(xiàn)場施工要求。

2.2.3 樹脂顆粒通過0.3 mm 窄縫的能力

在聚合物凝膠體系中加入 5%的樹脂顆粒，攪拌均勻。保持壓力 0.6 MPa，將凝膠體系以恒定流量通過縫寬0.3 mm 的實驗裝置，測定樹脂顆粒通過窄縫的能力。試驗表明樹脂顆?？赏耆ㄟ^0.3 mm窄縫，而不發(fā)生堆集。

2.3 巖心封堵實驗

測定人造巖心的原始水相滲透率，注5 倍孔隙體積凝膠劑溶注，在60 ℃條件下恒溫至成膠時間，再測定堵后水相滲透率。凝膠堵劑巖心封堵率在95%以上，可起到較好的堵水作用（表1）。

表1 凝膠堵劑巖心封堵率實驗Table 1 Core plugging rate of gel plugging agent

2.4 化堵施工工藝

施工時根據(jù)施工壓力情況調(diào)整堵劑配方，先注入流動性好、可進入油層深部起到擋水作用的弱凝膠體系，采取大排量注入，同步注入氮氣，盡快的形成較高的施工壓力，有利于堵劑進入地層壓力較高的水竄通道, 此外，注氮氣不僅能起到控制水錐而且還能起到提高采收率的作用[5]；后段注入強度較高的強凝膠體系，形成防水隔板；最后注入添加油溶樹脂的強凝膠體系，提高近井地帶堵劑耐溫、耐沖刷能力，保證堵水效果。

3 配套化堵管柱研制

水平井段較長，若采取全井段籠統(tǒng)化堵，一方面封堵半徑相對較小，另一方面，因水層能量相對較高，大部分堵劑并沒有進入進入高壓的封堵目的帶，而是進入了低壓的產(chǎn)油井段，影響生產(chǎn)效果。為此，設(shè)計了以封隔器為核心的配套化堵選段堵水管柱，見圖3。

圖3 配套化堵管柱示意圖Fig.3 Supporting block column diagram

管柱前端為實心導(dǎo)錐，整個管柱密封，現(xiàn)場打壓座封后，爆破伐打開，實現(xiàn)對出水井段單獨化堵；封隔器前后下入扶正器，使封隔器居中，確保座封后密封可靠；封隔器前下連接配注閥，擠完堵劑后投球打開配注閥，對封隔器前的油套環(huán)空進行頂替，防止堵劑在封隔器位置堆積而拔不動管柱；后期進一步改進完善，在封隔器上增添熱敏密封膠筒，對應(yīng)下泵位置下入桿式泵座，利用該管柱直接對生產(chǎn)井段注汽，注汽后直接下泵生產(chǎn)。

多功能管柱的關(guān)鍵技術(shù)是冷熱雙作用封隔器：配用了兩套不同特性的密封膠筒，分別可以實現(xiàn)低溫、高溫兩種狀態(tài)下的密封要求。

技術(shù)參數(shù)：

長度：900 mm；最大外徑：144 mm；坐封壓力：8～12 MPa；坐封溫度：200 ℃；耐溫：-40～300 ℃；耐壓：17 MPa。

4 水平井機械堵水管柱研究

水平井、特別是超稠油的水平井由于受到井深結(jié)構(gòu)的限制及油品性質(zhì)、完井方式等因素的影響，一般封隔器等大直徑工具存在下入困難、起出或打撈困難等問題，易造成井下事故。

在水平井高溫丟手封隔器的設(shè)計過程中，重點進行了以下幾方面改進：①針對工具下入到水平井段，下入過程中易遇阻的問題，增加了工具的抗阻功能，保證工具能夠順利下入到設(shè)計位置。②工具的膠筒在水平段中壓縮密封，為了確保膠筒的密封性，工具設(shè)有全鋼性的扶正機構(gòu)。③丟開：水平井中管柱所受的摩擦阻力大，為了確保工具座封后丟開可靠，工具的丟開形式設(shè)為液壓方式丟開。④打撈：使用期完畢后需將工具撈出，整套管柱的配置必須考慮長期封堵出砂，工具砂埋情況下將工具起出，打撈工具設(shè)計成可退結(jié)構(gòu)。

考慮到水平井的特殊性，為確保該工具順暢通過水平段，在工具設(shè)計完畢后進行工具安全性計算。另外，在施工前，采用Φ152 mm（1 500 mm）專用通井規(guī)，確保了順利施工。

最終通過高溫封隔器及配套工具研究，管柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，形成了水平井機械堵水系列管柱工藝，實現(xiàn)了水平井段腳尖或腳跟任一部位的機械封堵。

4.1 水平井機械堵水Ⅰ型管柱

針對腳尖出水的問題，研制了水平井耐高溫X445 封隔器，采用丟手的管柱結(jié)構(gòu)，封堵水平段腳尖出水部位，形成水平井機械堵水Ⅰ型管柱。

水平井封隔器主要由送封裝置、封堵裝置和錨定裝置 3 個部分組成。在設(shè)計中采用了液壓坐封,雙向卡瓦,步進鎖定等結(jié)構(gòu),下入打撈工具打撈矛或打撈筒解封打撈。解決以往封隔器存在的坐封和打撈困難兩個問題。

封隔器下入到預(yù)定位置后，地面水泥車打壓。液體經(jīng)過液孔進入啟動活塞內(nèi)腔，帶動坐封機構(gòu)下移。首先剪斷坐封剪釘，帶動上錐體向下運動，兩錐體間的距離縮小，卡瓦張開，支撐在套管外壁上。此時下錐體不在下行；坐封活塞繼續(xù)下行使膠筒軸壓縮外密封膠筒，直至外密封膠筒與套管內(nèi)壁封隔好為止，步進鎖也行走到位，鎖緊機構(gòu)將密封部分和卡瓦部分鎖緊，完成最終鎖定，坐封完畢。壓力繼續(xù)增大丟手套剪斷丟手剪釘使送封部分與封堵部分分開丟手活塞左行, 丟手提出井外。使用期過后,用油管連接專用打撈工具, 下井到工具位置, 下放抓鎖魚頂,上提剪斷解封銷釘, 打開鎖定機構(gòu), 即可將工具撈出。

技術(shù)參數(shù)：

最大外徑Ф150 mm；最大長度1 353 mm；坐封力14～17 MPa；承上/下壓差25/20 MPa ；工作溫度：≤350 ℃ ； 解封負荷：30～60 kN。

4.2 水平井機械堵水Ⅱ型管柱

針對腳跟部位出水的問題，研究了插入機械密封式丟手堵水管柱，封堵水平段腳跟出水部位，形成水平井機械堵水Ⅱ型管柱。

水平井機械堵水Ⅱ型管柱主要由 X445 插入機械密封式封隔器、機械密封總成、底閥、插入式機械密封式通具及打撈鉆具組成。插入機械密封式封隔器設(shè)有抗阻機構(gòu)，工具遇軟硬阻不坐封；解封時卡瓦強制收回，解封徹底可靠（可直接鉆銑撈出）。插入式機械密封式通具插入時打開油層，提起時關(guān)閉油層。

技術(shù)參數(shù)：

X445 插入機械密封式封隔器：外徑Ф150 mm，長度1574 mm，內(nèi)徑Ф76 mm；底閥: 外徑Ф130 mm，長度776 mm，內(nèi)徑Ф74 mm。

插入式機械密封式通具：外徑Ф112 mm, 長度3 000 mm, 內(nèi)徑Ф55 mm；工作溫度：≤150 ℃；工作壓力：25 MPa。

X445 插入機械密封式封隔器: 坐封壓力：24～26 MPa；解封載荷：60～90 kN。

5 現(xiàn)場應(yīng)用情況

本項目2011 年共進行現(xiàn)場試驗10 井次，目前目前下泵9 井次，階段措施增油16 595 t，降水15634 t，其中 6 口井恢復(fù)正常，措施表現(xiàn)出較好的堵水效果，有效恢復(fù)了出水水平井產(chǎn)能。具體表現(xiàn)為：

（1）周期含水大幅下降

措施前9 口井平均含水97.1%，措施后階段含水 50.4%，對比措施前大幅下降水平井出水現(xiàn)象得到遏制。

（2）產(chǎn)油明顯增加

措施前9 口井單井日產(chǎn)液27.2 t，日產(chǎn)油0.8 t，措施后日產(chǎn)液23.4 t，日產(chǎn)油11.6 t，對比措施前日產(chǎn)油明顯增加，油井產(chǎn)能得到有效恢復(fù)。

（3）堵水有效期長

措施多輪次吞吐后仍有效，以最早進行現(xiàn)場試驗的杜84-興平123 井為例，措施后已吞吐3 輪，目前仍生產(chǎn)正常。

6 結(jié)論及認識

（1）該項技術(shù)技術(shù)將化學(xué)堵水和機械堵水二項工藝有機結(jié)合，揚長避短，克服了單一技術(shù)的技術(shù)局限性，滿足稠油水平井吞吐開發(fā)需要，堵水有效期延長。

（2）室內(nèi)研究表明，經(jīng)過粒徑優(yōu)選的油溶樹脂顆粒可通過篩管，有利于提高堵劑封堵強度和耐溫性能。

（3）現(xiàn)場應(yīng)用表明，該技術(shù)可有效封堵水竄通道，恢復(fù)油井產(chǎn)能，實現(xiàn)出水井治理。

［1］ 華東石油學(xué)院礦機教研室.石油鉆采機械.上冊[M ].北京: 石油工業(yè)出版社, 1980： 18- 21; 93.

［2］ 張海寬. 油田化學(xué)體膨脹型可選擇性堵水調(diào)剖劑開發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀[ J]. 內(nèi)蒙古石油化工, 2004，30：113- 115.

［3］ 戴彩麗， 趙福麟，李耀林,等.海上油田水平井底水脊進控制技術(shù).石油學(xué)報, 2005，2 6 (4 ) ：69 -72.

［4］ 陳德紅，趙守芳，辛愛淵,等.緩釋交聯(lián)體系在水平井化學(xué)堵水中的應(yīng)用[J].精細石油化工進展, 2010， 11 (3) ：11-13.

［5］ 楊元亮，沈國華. 注氮氣控制稠油油藏底水水錐技術(shù)[ J]. 油氣地質(zhì)與采收率, 2006, 9 (3): 83- 85.