LHD堵劑在渤海油田SZ36-1-C25hf井的應用

高永華,李 康

(1.中海石油(中國）有限公司天津分公司,天津塘沽 300452;2.中海油能源發展股份有限公司采油技術服務分公司,天津塘沽 300452）

LHD堵劑在渤海油田SZ36-1-C25hf井的應用

高永華1,李 康2

(1.中海石油(中國）有限公司天津分公司,天津塘沽 300452;2.中海油能源發展股份有限公司采油技術服務分公司,天津塘沽 300452）

針對井下套管破損常致使地層流體竄槽,造成油井停產的情況,成功研制了一種新型LHD化學堵劑。該堵劑的活性劑與膠結固化材料快速反應形成具有纖維網架結構的水化物,能夠承受較高的壓差,并且微膨脹作用使封堵過渡層硬度和強度大大提高。LHD堵劑在SZ36-1-C25hf水平分支井應用成功,使日產油量高達200 m3。該堵劑性能可靠,穩定,具有廣闊的應用價值。

LHD堵漏劑;渤海油田;套管破損;堵漏

隨著渤海油田開發生產的不斷深入,各種在油田開發生產中后期所不可避免的問題開始逐步顯現。尤其在油水井套管損傷方面,由于長年不斷磨損、腐蝕、地層塑性變形以及各類施工措施的影響,造成的套管損傷問題逐漸增多,不僅使油氣產量下降,產層污染,甚至可能導致油水井報廢。因此,各類套管堵漏技術的合理應用將是保證渤海油田進入開發中后期保持穩產高產的重要措施之一,而化學封堵技術作為套管堵漏技術之一,具有工藝適用范圍廣、施工簡單且周期短、成本較低等特點,在渤海油田的套管堵漏作業中取得了顯著效果。

1 渤海油田常規套管堵漏技術應用

渤海油田油水井套管損傷主要以套管變形、破裂、穿孔等類型為主[1],在生產上直接表現為破漏特征,針對以上套管損傷后的堵漏問題,根據不同的井況,嘗試應用了三種不同的處理方式,積累了一定的套管堵漏技術應用經驗。

(1）雙封隔器堵漏(在SZ36-1油田應用）

采用兩個封隔器在漏點上下座封,從而將漏點封堵。該技術應用簡單,作業時間短,適用于臨時性封堵,但受套管漏點位置的限制影響較大,且容易形成復雜管柱結構。

(2）水泥漿堵漏(在JZ9-3油田應用）

將一定比重的水泥漿擠入地層縫隙或多孔地帶、套管外空洞破漏處等目的層,候凝后在地層或地層和套管之間形成密封帶,達到封堵套管漏點等目的。該技術適用于漏失井段長、漏點多的井,但對于海上生產平臺而言,施工繁瑣且工期較長。

(3）化學堵漏(在SZ36-1油田應用）

從地面向井筒內注入配好的化學堵劑,將堵劑擠入套管破漏位置的環空間隙及近井地帶的地層孔隙中,駐留并形成具有一定強度和密封性能的封堵段,從而達到修補套管破漏的目的。化學堵漏技術的主要優點是局限性小,能用于各種復雜條件下不同位置的破漏修補,而且工藝適用范圍廣、施工簡單且周期短、成本較低。

2 LHD化學堵劑性能評價

針對渤海油田地質結構特點,并結合海上油田開發的實際情況,2010年首次優選了價廉、性能較好的新型LHD化學堵劑進行套管堵漏,并取得成功。

2.1 堵劑性能技術要求

根據油水井破損套管化學堵漏修復施工的特殊要求,所研究的化學堵劑必須達到下列性能:

(1）化學堵劑進入封堵層后,能夠通過特殊的機制,快速形成網架結構,有效地滯留在封堵層內[2]。

(2）在井下溫度和壓力養護條件下,通過有機和無機堵劑協同效應和化學反應,能夠在封堵層位形成抗壓強度高、韌性好、微脹和有效期長的固化體。

(3）在各種油水井破損套管堵漏修復工況下,都能將周圍介質膠結成牢固的整體,與所膠結的界面具有較高的膠結強度,從而大大提高施工有效期。

(4）配制的堵漿流動性和穩定性好,擠注壓力低,固化時間易于調整;

(5）堵劑固化體的本體強度和抗腐蝕耐久性能與油井水泥相當。

2.2 材料選擇

按上述要求,用正交試驗篩選出下列基本材料:

(1）結構形成劑:主要功能是快速形成纖維網狀結構,加量6%～8%;

(2）膠凝固化劑A和B:主要功能是使化學堵劑形成高強度的固化體,加量分別為30%～40%和6%～8%;

(3）膨脹型活性填充劑:主要功能是強化堵劑固化體的界面膠結強度,加量為5%～7%;

(4）活性微晶增強劑:主要功能是使固化體結構致密,強化固化體本體,提高界面膠結強度,加量為4%～6%;

(5）活性增韌劑:主要功能是提高堵劑固化體的韌性,提高界面膠結強度,加量為3%～8%;

(6）施工性能調節劑:主要調節堵劑的初終凝時間,加量為1%～3%;

2.3 LHD化學堵劑性能測定

2.3.1 LHD堵劑強度測定

現場實踐表明油水井封堵層的失效往往是膠結的強度不夠造成的。因此,在保證封堵層本體強度的基礎上,通過強化封堵層與封堵界面的膠結強度和封堵層自身的韌性和致密性,從根本上提高堵漏修復的有效期,是提高破損套管堵漏修復有效期的技術關鍵。

膠結強度的測定方法是:用ZLS智能HTHP封堵模擬實驗儀模擬漏失地層(滲透率為(100～600）×10-3μm2）的三維孔隙結構,讓堵漿在壓差的作用下快速形成網架結構,其特征是承壓能力由零突然上升。在模擬井下的溫度、壓力的持續作用下,繼續保持一定流量的滲水量,使堵漿在特制的鋼筒內逐漸形成與鋼筒內壁牢固膠結的固化體,整個過程較好地模擬了井下堵漿形成固化體的過程。在一定時間內,在水壓作用下使水穿過鋼筒內的固化體和模擬漏失層,滴出第一滴水時施加的水壓,定義為實破壓力,繼續施加水壓,壓力會繼續上升,當壓力達到一定值時突然降為零,這個壓力最大值定義為擊穿壓力。試驗結果見表1。

從表1可以看出,所研究的化學堵劑與水泥相比具有截然不同的性能。水泥漿進入漏層后不能形成具有一定承壓能力的網狀結構,而且擊穿壓力很低,說明是由于水泥與鋼筒的膠結界面存在一個結構薄弱的過渡層,還有水化反應后的收縮效應的影響。而我們研究的LHD化學堵劑,由于引入了結構形成劑和多種活性材料,堵劑進入巖心后能夠在很短時間內形成具有一定承壓能力的網狀結構,有利于堵漿在漏失層內的駐留,而且由于活性材料與膠結固化材料形成的水化反應,使界面過渡層硬度和強度大大提高,再加上堵劑的微膨脹作用,強化了界面膠結強度。

2.3.2 封堵層形成速度和強度測定

通過DMS-Ⅱ封堵結構模擬試驗儀和SN-1抗拉強度試驗儀進一步研究LHD堵劑進入模擬的漏失層后能否快速形成封堵層以及形成速度和強度。封堵層黏接強度為堵劑形成的封堵層在常溫常壓和空氣中養護24 h后測定的抗拉強度。試驗結果見表2。

表1 固化體膠結強度試驗Tab.1 Cementing strength test of curing objects

表2 封堵層的形成速度和強度試驗Tab.2 Forming speed and strength test of sealing layer

從表2的數據可以進一步看出,LHD堵劑進入漏失層后能快速形成封堵層,不會從模擬漏失層中全部漏失掉,有較強的駐留性。并且封堵層的形成速度越快,其強度越高。兩種水泥漿在模擬漏失層中都沒有駐留性。

2.3.3 LHD堵劑的初終凝時間測定

上述研究表明LHD堵劑進入漏失層后能快速形成結構。但從下列試驗中又可以看出LHD堵劑性能的另一個特點,即堵劑只要不進入漏失層,就不會很快起反應,反而具有很溫和的性能,能長時間保持良好的流動性,這對現場施工十分有利。

施工性能的具體試驗方法是,將堵劑和配漿水按一定比例配成堵漿,測定流變性能,然后裝入鋼制模具中,放入700℃的恒溫水浴中觀察其保持流動性的最長時間和初凝、終凝時間。試驗結果見表3。

表3 LHD堵劑施工性能Tab.3 Construction performance of LHD plugging agent

從表3數據可以看出,用LHD堵劑配制的堵漿,配制容易,單位體積的配漿水對堵劑的容量大,流動性好,懸浮穩定性強,可泵性好,易于施工。而且只要不進漏失層,堵漿在套管內能長時間保持流動性,初終凝時間容易調整,根本不會出現閃凝現象,大大地保證了施工安全。

2.3.4 LHD注入壓力與突破壓力的關系研究

通過室內巖心試驗,研究注入壓力與突破壓力的關系,試驗結果見表4。

從表4的數據我們進一步看出,LHD堵漏劑隨著候凝時間的增加,調堵劑在候凝后的突破壓力上升,隨著注入壓力的提高,調堵劑在候凝后的突破壓力上升。

表4 LHD堵劑注入壓力與突破壓力關系

Tab.4 The relationship between LHD plugging agent injection pressure and breakthrough pressure

注入壓力/MPa 突破壓力/MPa凝固24 h 凝固36 h 凝固48 h 凝固60 h 凝固72 h 10 3.6 4.6 5.2 5.7 6.0 15 7.6 9.3 10.1 10.6 11.0 20 11.3 13.9 15.0 15.5 15.9

2.3.5 LHD堵劑的抗溫性能研究

用3#配方,使用ZLS智能 HTHP封堵模擬實驗儀研究了溫度對所研究的LHD化學堵劑的影響,試驗結果見圖1。

圖1 LHD堵劑膠結強度與溫度的關系Fig.1 The relationship between LHD plugging agents blocking cementing strength and temperature

從圖1曲線可以看出LHD堵劑在高溫下反而有較高的膠結強度,可用于高溫深井。

3 現場實例效果和堵劑性能

SZ36-1-C25hf井于2003年1月3日投產,水平“魚骨刺”型分支井,套管破漏前產液240 m3/d,含水 38%,套管破漏后產液 370 m3/d,含水100%。該井淺層存在固井質量不合格井段。

2010年4月2日,渤海油田 SZ36-1-C25hf井首次應用LHD化學堵漏技術進行套管堵漏,作業步驟如下:(1）起出原井下的生產管柱,更換新油管;(2）下入6”SB堵塞器封堵下部油層[3];(3）下入RTTS封隔器正反打壓確認漏點于1 120.13～1 122.13 m(Ng水層）;(4）下入 Y441封隔器于1 184.85 m封堵下部套管層段;(5）墊砂10 m作為橋塞;(6）下入油管擠堵漏劑管柱;正擠堵漏劑7 m3后壓力升至6.5 MPa,反擠清水試壓14 MPa,擠清水至壓力為11 MPa時關井憋壓候凝48小時;(7）下鉆塞管柱探水泥塞并對套管試壓合格;(8）刮管洗井,將井筒充分沖洗干凈;(9）回收 Y441封隔器及SB堵塞器;(10）下入完井生產管柱,恢復生產。

該井套管堵漏作業用時僅5.4天,時效較高,進行LHD化學堵漏后,目前該井含水逐漸下降至62%,日產液 381 m3,日產油 200 m3,日增油 200 m3,套管堵漏效果非常明顯。

根據試驗的結果及SZ36-1-C25hf井的現場成功應用,可以看出LHD堵漏劑具有以下性能特點:(1）現場施工程序簡單,施工成功率達到98.5%以上。(2）適應施工井溫度20～160℃;(3）適應井深500～3 800 m;(4）施工后48小時,井口試壓承壓能力(封堵強度）達10～35MPa;(5）施工有效期5年以上;(6）施工工藝適應范圍廣,安全可靠。

4 結論及建議

(1）通過對以上三種套管堵漏技術在海上油田的實際應用,并綜合考慮作業時效、成本等因素,化學堵漏技術在海上油田應用具有一定的技術優勢,且化學堵漏施工作業無需大型施工設備,適用于海上生產平臺作業空間有限、吊裝能力有限等特點,技術應用前景較好。

(2）LHD化學堵劑使用簡單,不用配備專用設備,普通作業井架及配套設備即可滿足施工。

(3）LHD堵漏技術的工藝適用范圍廣、施工簡單且周期短、成本較低,作業后套管內徑不會發生變化。

(4）對于套管破損位置在自由段或高滲透的大孔道地層,堵劑LHD進入漏失層能有效地駐留,使堵漿注入量減少,堵漏修復成功率大大提高。

(5）通過提高界面膠結強度,延長了堵漏修復的有效期,提高了封堵層對增壓注水等高壓作業的承受能力。

(6）LHD堵劑在預定時間內能保持很好的流動性,而一旦進入漏失地層能夠快速形成具有一定強度的網狀結構,提高了施工的安全性。

(7）LHD堵劑應繼續改進其性能,使之廣泛應用于封堵大孔道、調剖注水層位等增產作業。

[1]萬仁溥,羅英俊.采油技術手冊(修訂本）第五分冊——修井工具與技術[M].北京:石油工業出版社,1989:145-149.

[2]萬仁溥,羅英俊.采油技術手冊(第十分冊）——堵水技術[M].北京:石油工業出版社,1994.

[3]丘宗杰.海上采油工藝新技術與實踐[M].北京:石油工業出版社,2009.

The application of the LHD chemical blocking agent to SZ36-1-C25hf well in Bohai oilfield

Gao Yonghua,Li Kang
(1.Tianjin Branch of CNOOC(China）Co.Ltd.,Tanggu Tianjin300452;2.CNOOC Energy Technology&Services-Oilf ield Technology Services Co.,Tanggu Tianjin300452）

Formation fluid channeling caused by well casing damage occurred frequently in Bohai oilfield,and wells were closed.A new LHD chemical blocking agent was successfully developed,in which the active agent and solidified material reacted rapidly and fiber network structure was formed to withstand high pressure difference.In addition,micro-expansion increased the hardness and strength of transition layer.This chemical blocking agent was successfully applied to SZ36-1-C25hf horizontal multilateral well,oil production was up to 200 m3/d.The blocking agent is reliable and stable with broad application.

LHD blocking agent;Bohai oilfield;casing damage;plugging

TE357.46

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2011.01.073

1008-2336(2011）01-0073-05

2010-09-03;改回日期:2010-12-14

高永華,男,1977年生,工程師,主要從事油氣井井下作業、工藝措施及機采井管理等研究。E-mail:gaoyh5@cnooc.com.cn。