黃兆海

(中國石油遼河油田分公司,遼寧盤錦 124000)

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頂水下竄井化學堵水技術(shù)在遼河油田的應(yīng)用

黃兆海

(中國石油遼河油田分公司,遼寧盤錦 124000)

針對遼河油田稠油開發(fā)后期井況變差、管外竄槽,導致頂水下竄的問題，開展了頂水下竄井化學堵水技術(shù)研究與試驗，研究設(shè)計了組合封堵施工工藝，研制并評價了預(yù)堵劑和封竄劑配方與性能，開展了施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。現(xiàn)場應(yīng)用證明，該技術(shù)具有施工簡便、小修作業(yè)即可完成，施工費用低、封堵效果好、有效期長等特點。

遼河油田；稠油開發(fā)；頂水下竄；化學堵水；組合封堵

遼河油田稠油開發(fā)已處于高輪次、高采出程度、高含水、低壓、低產(chǎn)油的開發(fā)后期階段，各種矛盾突出，穩(wěn)產(chǎn)難度進一步加大。其中,管外竄槽導致頂水下竄造成油井水淹問題是制約吞吐開發(fā)后期穩(wěn)產(chǎn)的主要因素之一，為此，2014年以來開展了頂水下竄井化學堵水技術(shù)研究與試驗，并在生產(chǎn)實際中取得了明顯的增產(chǎn)效果。

1　頂水下竄原因及技術(shù)現(xiàn)狀

1.1頂水下竄原因

以遼河油田的杜某塊和歡某塊為例，兩個區(qū)塊的生產(chǎn)層位均為興隆臺油層，主力油層為興Ⅱ，而興Ⅰ為水層，由于興Ⅰ與興Ⅱ間隔層小，厚度僅為3～8 m，且隔層巖性為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖互層，分隔程度差。因此，油井經(jīng)多輪吞吐注汽后，高溫高壓蒸汽使儲層巖石骨架、固井水泥環(huán)、油層套管產(chǎn)生熱膨脹彈性能量[1]，這種熱膨脹彈性能量產(chǎn)生巨大的周期性交變應(yīng)力驟變，造成固井水泥環(huán)松動或產(chǎn)生皸裂[2]，導致管外竄槽，使興Ⅰ水層竄出延套管外壁進入興Ⅱ油層，油井被迫高含水關(guān)井。經(jīng)統(tǒng)計，油井平均6.5個吞吐周期后出現(xiàn)頂水下竄。頂水下竄判別方法是應(yīng)用聲波變密度測井和產(chǎn)出液水性分析[3]。

1.2技術(shù)現(xiàn)狀

針對頂水下竄的問題，近年來采取大修擠超細水泥封堵、下襯管工藝，但該工藝存在四個方面問題：一是處理半徑小(灰漿凝固時間1 h，處理半徑僅為0.5 m)；二是封堵效果差(灰漿易漏失，未在竄槽處形成有效封堵)；三是有效期短(1個吞吐周期)；四是施工費用高(70萬元)。

2　組合封堵工藝設(shè)計

通過對擠超細水泥封堵、下襯管工藝分析，認為灰漿易漏失、處理半徑小是造成封堵效果差的主要原因。為此提出組合封堵工藝，具體方案如下：第一步，對油井進行填砂、投灰，對生產(chǎn)油層進行保護，砂面位置在油層上界，投灰2 m；第二步，在油層與水層之間選2 m干層進行射孔；第三步，進行兩段封堵，預(yù)堵劑可實施對漏失井段的深部封堵，封竄劑在套管外壁形成封堵，提高固井質(zhì)量，屏蔽頂水下竄；第四步，進行鉆灰塞、沖砂作業(yè)，然后正常注汽和生產(chǎn)[4]。

該工藝具有施工簡便、小修作業(yè)即可完成、施工費用低、封堵效果好等特點。

3　預(yù)堵劑配方研制及性能評價

3.1配方研制

預(yù)堵劑的作用是對漏失井段的深部封堵，防止封竄劑在固化前滲漏，提高封堵效果。根據(jù)預(yù)堵劑作用并結(jié)合稠油井化學堵水劑使用情況，確定預(yù)堵劑配方由強凝膠、固相顆粒組成，其主要成分為：聚丙烯酰胺、有機樹脂、增強劑、固相顆粒[5]。

該體系在一定的時間內(nèi)可形成黏度大于12×104mPa·s的凝膠，凝膠耐溫可達200 ℃以上，在強凝膠調(diào)剖劑中加入的固相顆粒對大孔道和高滲透層起到填充、壓實作用；填充的橡膠粉是一種柔性顆粒，具有高壓變形作用，能夠進入微小通道，形成封堵作用，剛?cè)嵯嘟Y(jié)合的填充顆粒能有效增加封堵強度。該堵劑具有封堵強度高、穩(wěn)定性好的特點。同時為保證封堵效果，在預(yù)堵劑施工后加入樹脂粉煤灰段塞，進一步提高了封堵效果。

3.2性能評價

(1)成膠時間及成膠黏度評價。將各組分混合攪拌均勻，裝入密閉容器中，置于40 ℃水浴中，恒溫，觀察成膠情況。倒置后呈舌狀則認為成膠良好。通過調(diào)節(jié)有機樹脂用量，可以控制成膠時間在8～72 h。成膠后，用旋轉(zhuǎn)黏度計測量其黏度，黏度達到(12.0～15.2)×104mPa·s[6]。

(2) 封堵率評價。參照石油行業(yè)標準“凝膠型堵水調(diào)剖劑評價方法”，測定預(yù)堵劑封堵率。取人造模擬巖心，利用巖心流動儀測量氣相滲透率K1；然后注入配制好的預(yù)堵劑1 PV孔隙體積，恒溫(40 ℃)48 h后，測其氣相滲透率K2，計算封堵率為：(K1-K2)/K1。測試結(jié)果封堵率均在94%以上(表1)，達到了技術(shù)指標要求[7]。

表1　預(yù)堵劑封堵率測定情況

實驗表明，研制的預(yù)堵劑成膠時間可調(diào)，封堵能力強，滿足現(xiàn)場應(yīng)用條件。

4　封竄劑配方研制及性能評價

4.1配方研究

針對超細水泥封竄存在易漏失、耐剪切能力差、稠化時間短、封堵效果差的問題，研制出由基料、觸變劑、分散劑、緩凝劑、膨脹劑組成的封竄劑，該劑具有黏接性和熱穩(wěn)定性強、耐久性好、抗裂能力突出等特點。

圖1　緩凝劑與稠化時間的關(guān)系

4.2性能評價

(1) 緩凝性能評價。通過調(diào)整緩凝劑使用濃度，封竄劑稠化時間可調(diào)。由圖1可知，當緩凝劑質(zhì)量分數(shù)為4%時，封竄劑稠化時間達到550 min。

(2) 觸變性能評價。通過對G級固井水泥與封竄劑觸變性能評價可知(表2)，封竄劑與G級固井水泥相比，觸變反應(yīng)時間短，觸變維持時間長。這說明封竄劑具有耐剪切能力強、泌水量小、固化時間長的特點。

表2　觸變性能評價結(jié)果

(3)耐溫性能評價。通過觀察封竄劑抗壓及抗剪切強度變化情況，考察其耐溫性能。由圖2可知，當溫度達到354 ℃時，封竄劑抗壓及抗剪切強度變化值≤10%，說明其耐溫性好。

圖2　溫度與抗壓及抗剪切強度的關(guān)系

(4)封堵率評價。封竄劑封堵率測試結(jié)果表明，封堵率達到100%(表3)。

表3　封竄劑封堵率測試情況

(5)高溫封堵性能評價。通過使用模擬注入裝置，多次注入高溫蒸汽(350 ℃)后，考察封竄劑抗壓強度情況(表4)，結(jié)果表明,經(jīng)5次注入高溫蒸汽后(每次7 d)，封竄劑突破壓力仍能達到17.5 MPa，滿足多輪次蒸汽吞吐的要求。

表4　高溫封堵性能

實驗表明，研制的封竄劑性能指標優(yōu)于G級固井水泥，具有耐高溫、封堵率高、抗壓強度和膠結(jié)強度較高的特點，且稠化時間可調(diào)，并能夠滿足多輪次蒸汽吞吐的要求。

5　施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計

(1)射孔位置確定。為保證封堵效果，射孔位置確定在油層與水層之間的中下部并含泥巖較高的層段。

(2)處理半徑優(yōu)化。預(yù)堵劑注入量根據(jù)油井虧空程度及現(xiàn)場施工壓力來確定，一般設(shè)計量為300～500 m3；樹脂粉煤灰段塞注入量為20 t。

封竄劑在油水層中的分布為近似球體，設(shè)計處理半徑3 m。

(3)預(yù)堵劑中固相顆粒濃度優(yōu)化。固相顆粒濃度確定為由低到高原則，并根據(jù)注入壓力情況進行調(diào)整，一般質(zhì)量分數(shù)為3%～8%；

(4)施工排量及壓力控制。 預(yù)堵劑：排量10～15 m3/h，注入壓力≤15 MPa。封竄劑：排量20～30 m3/h，注入壓力≤10 MPa。

6　現(xiàn)場實施情況

2014年以來，在杜某塊和歡某塊共實施頂水下竄井化學堵水技術(shù)11井次，增油5 753 t，取得了明顯的增油效果。其中，杜x井管外竄槽導致頂水下竄，于2013年8月被迫水淹關(guān)井，2014年11月對該井實施了化學堵水技術(shù)，措施后最高日產(chǎn)油達到16.9 t，周期增油762 t。目前正進行措施后第二周期吞吐，根據(jù)注汽壓力分析，繼續(xù)有效。

7　結(jié)論

(1)現(xiàn)場應(yīng)用證明，組合封堵施工工藝具有施工簡便、施工費用低、封堵效果好、小修作業(yè)即可完成等特點。

(2)預(yù)堵劑和封竄劑具有處理半徑大、強度高、封堵能力強、有效期長的特點，能夠滿足多輪次蒸汽吞吐的要求，適用于吞吐稠油的頂水下竄井現(xiàn)場應(yīng)用條件。

(3)隨著稠油吞吐區(qū)塊的深入開發(fā)，受多輪吞吐影響，井況逐漸變差，造成頂水下竄井逐年增多的問題將愈發(fā)嚴重，頂水下竄井化學堵水技術(shù)的成功實施為該類井恢復產(chǎn)能提供了一條技術(shù)新途徑。

[1]李獻民,白增杰.單家寺熱采稠油油藏[M].北京：石油工業(yè)出版社,1997:80-90，154.

[2]孫樹強.井下作業(yè)[M].北京：石油工業(yè)出版社,2006:178-193.

[3]李國慶,李克香.判斷管外竄槽的方法[J].油氣田地面工程,2004,23(1):43-45.

[4]呂敏.深調(diào)淺堵技術(shù)在管外竄槽油井中的應(yīng)用及效果[J].內(nèi)蒙古石油化工,2011,23(6):143-144.

[5]張恩臣.高溫凝膠調(diào)剖劑的研制及應(yīng)用[J].鉆采工藝，2011，34(5):107-109.

[6]白寶君.影響凍膠類堵劑封堵性能的因素分析[J].油氣采收率技術(shù),1997,24(2):22-25.

[7]朱懷江,劉先靈,劉玉章,等.石西油田深井高溫底水封堵試驗研究[J].石油學報,2003,24(1):63-67.

編輯：劉洪樹

1673-8217(2016)04-0142-03

2016-01-25

黃兆海，工程師， 1972年生，1994年畢業(yè)于西安石油學院應(yīng)用化學專業(yè)，現(xiàn)從事油田化學研究與應(yīng)用工作。

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