齊行濤

（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

目前國(guó)內(nèi)外水平井找水的方法主要有爬行器、水力輸送的電纜儀器測(cè)試和拖動(dòng)式封隔器機(jī)械卡找水技術(shù)。首先前者受井筒及漏失等復(fù)雜情況影響，很多時(shí)候儀器難以下到測(cè)試井段，準(zhǔn)確性較差[1]，而后者主要應(yīng)用于分段射孔完井的水平井，測(cè)試周期長(zhǎng)，管柱可靠性、穩(wěn)定性差測(cè)試符準(zhǔn)確率低，另外兩種技術(shù)費(fèi)用高昂，難以規(guī)模推廣應(yīng)用，水平井堵水常用的為聚合物籠統(tǒng)擠注，聚合物堵劑具有：強(qiáng)度低，有效期短，成功率低等缺點(diǎn)，而普通水泥類高強(qiáng)度堵劑難以做到準(zhǔn)確的放置，與壓井液產(chǎn)生無(wú)控制的混相，安全風(fēng)險(xiǎn)較高等問(wèn)題[2]，為此針對(duì)篩管分段完井的水平井、分段射孔完井的水平井研究配套了分段準(zhǔn)確找水定位堵水高強(qiáng)度封堵配套工藝技術(shù)。

1 標(biāo)記物找水技術(shù)原理

通過(guò)模擬試驗(yàn)研究所制備的固體標(biāo)記物溶解速度與產(chǎn)水流速和累計(jì)測(cè)量時(shí)間成線性關(guān)系，根據(jù)這種線性關(guān)系在地面試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭袦y(cè)量出不同流速在單位時(shí)間內(nèi)固體標(biāo)記物的溶解速率K，K 為一常數(shù)。不同標(biāo)記物的特征含量強(qiáng)度M，M 為地面檢測(cè)裝置的測(cè)量值，則標(biāo)記物特征含量強(qiáng)度與流量之間關(guān)系為：

式中：M-特征含量強(qiáng)度，s-1；K-常數(shù)；Q-流量，m3。

首先從產(chǎn)出液體中可檢測(cè)到不同標(biāo)記物的能譜峰面積（特征含量強(qiáng)度）M 值，由于流經(jīng)最底部標(biāo)記物的流量Q總為油井在測(cè)試時(shí)間內(nèi)的總流量，為已知值，根據(jù)（1）式求得最底部標(biāo)記物K底值，根據(jù)強(qiáng)度的比值從而求得不同位置標(biāo)記物的K 值，從而求得經(jīng)過(guò)不同位置標(biāo)記物的流量Q，最終得到油井不同井段產(chǎn)水量的產(chǎn)出剖面。

1.1 單部位出水情況

在水平井段的跟部、中部和趾部放置三個(gè)標(biāo)記物釋放裝置（A）、（B）、（C），因?yàn)楦繜o(wú)產(chǎn)出，所以標(biāo)記物（A）將因?yàn)闆](méi)有流動(dòng)，而無(wú)法被攜帶到地面，而中部的產(chǎn)出水沿著“套管環(huán)空-井底-油管-地面”的流動(dòng)過(guò)程中，除了攜帶中部溶解釋放的標(biāo)記物（B）以外，還將攜帶趾部溶解釋放的標(biāo)記物（C），由于標(biāo)記物釋放速度與流速成比例、以及產(chǎn)出水從中部向趾部的流動(dòng)為同一流速。在地面的伽馬檢測(cè)將會(huì)檢測(cè)出同位素（B）、（C）和特征含量差異，而同位素（A）將檢測(cè)不到，由此可根據(jù)檢測(cè)結(jié)果（0-B-C，WB=WC），判定該井為中部的單點(diǎn)出水（見(jiàn)圖1）。

1.2 多部位出水情況

在水平井段的跟部、中部和趾部放置三個(gè)標(biāo)記物釋放裝置（A）、（B）、（C），由于跟部無(wú)產(chǎn)出，則標(biāo)記物（A）無(wú)法被攜帶到地面，而中部和趾部的產(chǎn)出水沿著“油管外環(huán)空-井底-油管-地面”的流動(dòng)過(guò)程，在單位時(shí)間內(nèi)中部和趾部出水量的加合，將造成趾部流速大于中部流速，在地面的伽馬檢測(cè)將會(huì)檢測(cè)出同位素（B）、（C）和兩者的特征含量差異，且同位素（C）的特征含量會(huì)大于同位素（B）的特征含量。由此可根據(jù)檢測(cè)結(jié)果（0-B-C，WB＜WC），判定該井為中部和趾部出水（見(jiàn)圖2）。

2 同位素標(biāo)記物研究

針對(duì)水平井多段測(cè)試的需要，利用核變技術(shù)選取了5 種可用于微量痕跡測(cè)試的稀有元素。所選取的同位素標(biāo)記物為自然界中不存在的同位素，具有自身獨(dú)特γ 射線強(qiáng)度，同位素標(biāo)記物間的γ 能譜不相互干擾的特征。所選取這5 種同位素標(biāo)記物的元素都具有短的半衰期，一般小于60 d，即60 d 后活度將衰減一半，一年衰減64 倍。另外，標(biāo)記物出廠活度較低，為105Bq量級(jí)，按國(guó)家法規(guī)規(guī)定為豁免級(jí)別（見(jiàn)表1）。

圖1 水平井中部出水的測(cè)試原理圖

圖2 水平井多部出水的測(cè)試原理圖

表1 同位素標(biāo)記物及其性能參數(shù)

3 測(cè)試工具和測(cè)試工藝管柱研究

為了實(shí)現(xiàn)在井下適時(shí)測(cè)試，克服修井液對(duì)標(biāo)記物溶解的影響研究了標(biāo)記物井下釋放裝置。該裝置采用限壓滑套打開(kāi)結(jié)構(gòu)，將標(biāo)記物安裝在滑套內(nèi)，與油田常用采油管柱連接布放在井下[3，4]（見(jiàn)圖3）。

裝置的性能參數(shù)：

（1）本體最大外徑：Φ93 mm，最小內(nèi)徑：Φ25 mm，工具總長(zhǎng)：810 mm；

（2）滑套打開(kāi)壓力：5 MPa～15 MPa；

圖3 釋放裝置設(shè)計(jì)圖

（3）拉拔強(qiáng)度：大于60 kN。

3.1 測(cè)試工藝研究

測(cè)試管柱主要由抽油泵、套壓閥、封隔器和測(cè)試裝置組成，測(cè)試工藝步驟如下：

（1）提出原井生產(chǎn)管柱，下通井規(guī)通井至井底；

（2）下測(cè)試工藝管柱，并將固體標(biāo)記物釋放裝置按照要求放置在不同井深位置；

（3）將封隔器坐封在預(yù)定位置，從套管打壓通過(guò)套壓閥將釋放裝置滑套打開(kāi)；

（4）啟泵抽吸在地面連續(xù)監(jiān)測(cè)6 h～8 h，采出液通過(guò)地面檢測(cè)流程后進(jìn)入注水管匯系統(tǒng)。

4 水平井準(zhǔn)確定位封堵工藝

采用水平井堵水用觸變膨脹型高強(qiáng)度堵劑，配套用于堵劑注入過(guò)程中保護(hù)堵劑段塞的自降解溶膠暫堵劑和水平井堵水工具，形成了準(zhǔn)確定位封堵工藝，克服了普通水泥類堵劑在水平段易混相坍塌及安全問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水平井準(zhǔn)確定位封堵。

4.1 體系配方

觸變膨脹型高強(qiáng)度堵劑由超細(xì)復(fù)合顆粒材料和多功能懸浮劑混配形成顆粒溶膠，該溶膠體在高溫靜置一段時(shí)間后由于顆粒的邊角和末段間相互吸引可形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而失去流動(dòng)性，但在外力作用下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)被破壞，流動(dòng)性又可以恢復(fù)，溶膠具有強(qiáng)觸變性[5，6]，在高溫下經(jīng)過(guò)一定時(shí)間最終會(huì)凝固而形成高強(qiáng)度的固體。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)最終確定配方為：清水+0.3 %復(fù)配型發(fā)泡劑X+3.2 %穩(wěn)定調(diào)節(jié)劑H+4.5 %細(xì)目碳酸鈣粉T+180 %超細(xì)水泥S，攪拌10 min 配制成觸變膨脹型高強(qiáng)度堵劑[7-14]。

4.2 綜合性能室內(nèi)評(píng)價(jià)

4.2.1 觸變性能評(píng)價(jià) 將堵劑放入比色管中，在30 ℃～90 ℃不同溫度下養(yǎng)護(hù)觀察，堵劑在15 min～30 min 可形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而失去流動(dòng)性，比色管朝下堵劑不倒流，用玻璃棒攪拌后又恢復(fù)流動(dòng)性，通過(guò)試驗(yàn)公式計(jì)算其屈服值為12.4 kPa，該觸變膨脹型高強(qiáng)度堵劑在一定溫度下養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后可形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)失去流動(dòng)性，又可在一定外力下恢復(fù)流動(dòng)性，具有較好的觸變性能。

4.2.2 膨脹性能評(píng)價(jià) 將配制好的觸變膨脹型高強(qiáng)度堵劑裝入可變性塑料瓶?jī)?nèi)密封，用排水法測(cè)量其體積變化，然后放入恒溫箱內(nèi)，待完全固化后取出，同樣用排水法測(cè)量出固化后塑料瓶體積，通過(guò)試驗(yàn)表明，在凝固過(guò)程中不出現(xiàn)析水現(xiàn)象，固化后體積膨脹1 %～1.5 %，有利于完全封堵管外環(huán)空。

4.3 水平井配套自降解溶膠暫堵劑研制

對(duì)于篩管完井的漏失比較嚴(yán)重的水平井無(wú)法進(jìn)行分段定位封堵作業(yè)，由于篩管孔徑小，目前常用的顆粒暫堵劑不適用，因此研究自降解溶膠暫堵劑[16-18]。

自降解溶膠暫堵劑主要由與堵劑配伍性好的生物聚合物和納米材料加重劑組成，該溶膠黏度為120 mPa·s～200 mPa·s，密度為1.4 mg/mL～1.7 mg/mL，在高溫下易降解，不會(huì)對(duì)油層形成永久性污染，由于溶膠的黏度大于堵劑的黏度，且密度與堵劑相近，因此堵劑不會(huì)與溶膠發(fā)生混相，進(jìn)一步防止了堵劑在注入過(guò)程中與壓井液混相和靜止后發(fā)生縱向擴(kuò)散坍塌，保證了封堵效果[18-20]（見(jiàn)表2）。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

水平井分段定位找堵水技術(shù)已在大港油田成功試驗(yàn)了4 井次。試驗(yàn)結(jié)果表明，施工成功率100%，累計(jì)增產(chǎn)原油7 812 t，天然氣1.4×104m3。下面以孔1033H2井為例介紹具體試驗(yàn)情況。

孔1033H2 井為六廠孔店油田的一口生產(chǎn)水平井，采用篩管完井，該井自投產(chǎn)以來(lái)含水一直平穩(wěn)，2017年6 月含水突然上升至100 %，作業(yè)過(guò)程中該井漏失情況嚴(yán)重，其他測(cè)試找水工藝根本無(wú)法實(shí)施，因此采用水平井分段找水技術(shù)，在水平井段布放了4 種標(biāo)記物測(cè)試短節(jié)，在動(dòng)態(tài)生產(chǎn)情況下完成了找水測(cè)試，并準(zhǔn)確找到該井出水段，并利用水平井分段堵水工藝使該井恢復(fù)措施前產(chǎn)量，含水從100 %降至89 %，日產(chǎn)油3.15 t，并取得較好措施效果，為今后高含水水平井的治理提供了一種安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)手段。

5.1 現(xiàn)場(chǎng)找水測(cè)試及結(jié)果

表2 自降解溶膠暫堵劑降解能力表

圖4 孔1033H2 井產(chǎn)水剖面圖

采用油管傳輸方式下入帶有4 種標(biāo)記物的測(cè)試管柱，標(biāo)記物D 布放在井深1 450.00 m 處，監(jiān)測(cè)是否存在油層套管套漏和管外分隔器、分級(jí)箍及水泥環(huán)的密封情況是否存在管外竄流；標(biāo)記物C 布放在井深1 527.00 m 處，監(jiān)測(cè)出水部位是否為水平段跟部；標(biāo)記物B 布放在井深1 565.00 m 處，監(jiān)測(cè)出水部位是否為水平段中部；標(biāo)記物A 布放在井深1 598.00 m 處，監(jiān)測(cè)出水部位是否為水平段趾部，連續(xù)6 h 的生產(chǎn)測(cè)試，地面檢測(cè)設(shè)備對(duì)采出的地層水進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)軟件將4 個(gè)標(biāo)記物的強(qiáng)度信號(hào)經(jīng)歸一化處理、濾除井下噪聲信號(hào)后，根據(jù)信號(hào)積分量定量計(jì)算出流經(jīng)各標(biāo)記物的水流量，得到孔1033H2 井不同井段產(chǎn)水剖面圖（見(jiàn)圖4），孔1033H2 井累計(jì)測(cè)試采出水28 m3，來(lái)自1 451.25 m 以上的產(chǎn)液量接近25 m3，可初步判斷為主力產(chǎn)水部位。

5.2 定位堵水作業(yè)及效果

為進(jìn)一步驗(yàn)證找水的準(zhǔn)確性，對(duì)篩管以上套管進(jìn)行二次驗(yàn)證，通過(guò)雙卡封隔器分段試壓及氧活化測(cè)試作業(yè)，證實(shí)在1 394 m～1 407 m 井段存在套漏，套漏點(diǎn)在14#、15#水層上測(cè)吸水量為12 m3/h（11 MPa），應(yīng)用觸變膨脹型高強(qiáng)度堵劑和配套工藝技術(shù)對(duì)該井進(jìn)行了定位封堵作業(yè)，使該井恢復(fù)措施前產(chǎn)量，含水從100 %降至89 %，日產(chǎn)油3.15 t，并截止到目前還繼續(xù)保持穩(wěn)產(chǎn)，可以說(shuō)明水平井找堵水一體化工藝日趨成熟，為今后高含水水平井的治理提供了一種安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)手段。

6 結(jié)論

（1）水平井油管傳輸標(biāo)記物分段示蹤找水技術(shù)由于采用油管傳輸方式，不受水平井井眼軌跡和井筒條件的限制，大幅度提高了測(cè)試成功率。并可在動(dòng)態(tài)生產(chǎn)條件下測(cè)試，測(cè)試結(jié)果能真實(shí)反映生產(chǎn)情況下水平井不同井段的產(chǎn)水情況，測(cè)試結(jié)果可靠。

（2）水平井封堵用觸變膨脹型高強(qiáng)度堵劑具有較強(qiáng)觸變性和膨脹性能，凝固時(shí)間可控，并通過(guò)配套自降解溶膠和封隔器等井下工具，克服了常用水泥類堵劑在水平段易混相坍塌及安全性差的問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)對(duì)出水井段的定位分段封堵。

（3）水平井找堵水一體化工藝技術(shù)在孔1033H2井的成功應(yīng)用，進(jìn)一步驗(yàn)證了找水技術(shù)的準(zhǔn)確性和水平井專用堵劑、配套工具及水平井鉆塞等施工工藝的安全性和有效性，整體成本較其他水平井找堵水工藝降低30 %以上，為今后高含水水平井的治理提供了一種安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)手段，今后應(yīng)進(jìn)一步深化研究和規(guī)模推廣應(yīng)用。