頂水下竄井化學堵水技術在遼河油田的應用

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在遼河油田的應用

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研究與試驗，研究設計了組合封堵施工工藝，研制并評價了預堵劑和封竄劑配方與性能，開展了施工參數優化設計。現場應用證明，該技術具有施工簡便、小修作業即可完成，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；頂水下竄；化學堵水；組合封堵

遼河油田稠油開發已處于高輪次、高采出程度、高含水、低壓、低產油的開發后期階段，各種矛盾突出，穩產難度進一步加大。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后期穩產的主要因素之一，為此，2014年以來開展了頂水下竄井化學堵水技術研究與試驗，并在生產實際中取得了明顯的增產效果。

1　頂水下竄原因及技術現狀

1.1頂水下竄原因

以遼河油田的杜某塊和歡某塊為例，兩個區塊的生產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、泥質粉砂巖互層，分隔程度差。因此，油井經多輪吞吐注汽后，高溫高壓蒸汽使儲層巖石骨架、固井水泥環、油層套管產生熱膨脹彈性能量[1]，這種熱膨脹彈性能量產生巨大的周期性交變應力驟變，造成固井水泥環松動或產生皸裂[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，油井被迫高含水關井。經統計，油井平均6.5個吞吐周期后出現頂水下竄。頂水下竄判別方法是應用聲波變密度測井和產出液水性分析[3]。

1.2技術現狀

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，提高固井質量，屏蔽頂水下竄；第四步，進行鉆灰塞、沖砂作業，然后正常注汽和生產[4]。

該工藝具有施工簡便、小修作業即可完成、施工費用低、封堵效果好等特點。

3　預堵劑配方研制及性能評價

3.1配方研制

預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。根據預堵劑作用并結合稠油井化學堵水劑使用情況，確定預堵劑配方由強凝膠、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，剛柔相結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、穩定性好的特點。同時為保證封堵效果，在預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。通過調節有機樹脂用量，可以控制成膠時間在8～72 h。成膠后，用旋轉黏度計測量其黏度，黏度達到(12.0～15.2)×104mPa·s[6]。

(2) 封堵率評價。參照石油行業標準“凝膠型堵水調剖劑評價方法”，測定預堵劑封堵率。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。測試結果封堵率均在94%以上(表1)，達到了技術指標要求[7]。

表1　預堵劑封堵率測定情況

實驗表明，研制的預堵劑成膠時間可調，封堵能力強，滿足現場應用條件。

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系

4.2性能評價

(1) 緩凝性能評價。通過調整緩凝劑使用濃度，封竄劑稠化時間可調。由圖1可知，當緩凝劑質量分數為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系

(4)封堵率評價。封竄劑封堵率測試結果表明，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)，結果表明,經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于G級固井水泥，具有耐高溫、封堵率高、抗壓強度和膠結強度較高的特點，且稠化時間可調，并能夠滿足多輪次蒸汽吞吐的要求。

5　施工參數優化設計

(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)處理半徑優化。預堵劑注入量根據油井虧空程度及現場施工壓力來確定，一般設計量為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，設計處理半徑3 m。

(3)預堵劑中固相顆粒濃度優化。固相顆粒濃度確定為由低到高原則，并根據注入壓力情況進行調整，一般質量分數為3%～8%；

(4)施工排量及壓力控制。 預堵劑：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月被迫水淹關井，2014年11月對該井實施了化學堵水技術，措施后最高日產油達到16.9 t，周期增油762 t。目前正進行措施后第二周期吞吐，根據注汽壓力分析，繼續有效。

7　結論

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

(2)預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場應用條件。

(3)隨著稠油吞吐區塊的深入開發，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嚴重，頂水下竄井化學堵水技術的成功實施為該類井恢復產能提供了一條技術新途徑。

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

[2]孫樹強.井下作業[M].北京：石油工業出版社,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.深調淺堵技術在管外竄槽油井中的應用及效果[J].內蒙古石油化工,2011,23(6):143-144.

[5]張恩臣.高溫凝膠調剖劑的研制及應用[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,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年畢業于西安石油學院應用化學專業，現從事油田化學研究與應用工作。

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