稠油邊底水油藏水平井堵水技術改進與試驗

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能的優越性,已成為油田新區高效開發、老區挖潛調整提高采收率的重要手段。但部分油藏油水關系復雜，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，水平井的井身結構特殊, 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,含水將持續上升, 嚴重制約其整體開發進程［1］。

已有的水平井堵水工藝有籠統的化學堵水，以及機械卡封堵水，其中籠統化學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，籠統注入時多進入低壓的產油井段，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管外滲流至生產井段井筒附近，導致堵水有效期很短，措施效果也不理想。針對上述問題，經過兩年的研究與試驗，不斷進行技術改進與完善，形成了將管外化學堵水、管內機械堵水有機結合的水平井堵水工藝技術，為有效解決水平井出水問題提供了有力的技術支持。

1 技術原理

根據水平井特殊的完井方式，為確保堵水效果，形成了化學堵水與機械堵水相結合的堵水方式，該技術利用化學堵水技術，封堵管外油層水（汽）竄通道；采用機械堵水工藝，封堵管內出水（高產出）井段。先應用化學調堵技術，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，封堵管內出水井段，保證吞吐開發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，最終實現有效封堵水竄通道、降低產水量、恢復油井產能的目的。

2 堵劑配方的改進完善

在堵膠配方的篩選上,主要考慮凝膠技術參數: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。在調剖劑的配制過程中，采用先加入穩定劑，然后加入交聯劑，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],現場通過控制交聯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，定時取樣用NDJ-1 旋轉粘度計測定試樣粘度，用以評價試樣凝膠強度。

將實驗結果繪制成圖 1，從凝膠強度和經濟適用性考慮，聚合物濃度選為1%。

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

2.1.2 穩定劑的影響

聚合物濃度10 g/kg，交聯劑濃度6 g/kg，穩定劑按 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，定時取樣用NDJ-1旋轉粘度計測定試樣粘度，用以評價試樣凝膠穩定性(圖2)。

圖2 不同濃度穩定劑凝膠強度與時間關系曲線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。試驗表明樹脂顆粒可完全通過0.3 mm窄縫，而不發生堆集。

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

施工時根據施工壓力情況調整堵劑配方，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油井段，影響生產效果。為此，設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

管柱前端為實心導錐，整個管柱密封，現場打壓座封后，爆破伐打開，實現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，對應下泵位置下入桿式泵座，利用該管柱直接對生產井段注汽，注汽后直接下泵生產。

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

技術參數：

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構的限制及油品性質、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，工具設有全鋼性的扶正機構。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，打撈工具設計成可退結構。

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，確保了順利施工。

最終通過高溫封隔器及配套工具研究，管柱結構的優化設計，形成了水平井機械堵水系列管柱工藝，實現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，采用丟手的管柱結構，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。在設計中采用了液壓坐封,雙向卡瓦,步進鎖定等結構,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。

封隔器下入到預定位置后，地面水泥車打壓。液體經過液孔進入啟動活塞內腔，帶動坐封機構下移。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；坐封活塞繼續下行使膠筒軸壓縮外密封膠筒，直至外密封膠筒與套管內壁封隔好為止，步進鎖也行走到位，鎖緊機構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, 即可將工具撈出。

技術參數：

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有抗阻機構，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，提起時關閉油層。

技術參數：

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

插入式機械密封式通具：外徑Ф112 mm, 長度3 000 mm, 內徑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 現場應用情況

本項目2011 年共進行現場試驗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 口井恢復正常，措施表現出較好的堵水效果，有效恢復了出水水平井產能。具體表現為：

（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象得到遏制。

（2）產油明顯增加

措施前9 口井單井日產液27.2 t，日產油0.8 t，措施后日產液23.4 t，日產油11.6 t，對比措施前日產油明顯增加，油井產能得到有效恢復。

（3）堵水有效期長

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

6 結論及認識

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

（2）室內研究表明，經過粒徑優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）現場應用表明，該技術可有效封堵水竄通道，恢復油井產能，實現出水井治理。

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

［2］ 張海寬. 油田化學體膨脹型可選擇性堵水調剖劑開發和應用現狀[ J]. 內蒙古石油化工, 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.石油學報, 2005，2 6 (4 ) ：69 -72.

［4］ 陳德紅，趙守芳，辛愛淵,等.緩釋交聯體系在水平井化學堵水中的應用[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[ J]. 油氣地質與采收率, 2006, 9 (3): 83- 85.