高強度強觸變性化學堵水技術研究與應用

先 花，溫棟良，杜玉川，張喜玲

（中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院，河南南陽 473132）

河南油田已高速高效開采多年，油水井竄槽給油井生產和管理帶來嚴重危害，不能對多油層進行分層開采，使油井正常生產受到嚴重影響。據統計，近兩年河南油田發現管外竄槽井130 口，嚴重制約了油田開發效果[1-3]。目前，河南油田先后推廣應用了GX-1、YH-2、KJ150、油井水泥和超細水泥等管外竄封堵技術，雖取得了一定的應用效果，但現場施工工藝及參數還需要進一步的優化[4-7]。

1 封竄劑簡介

高強度低密度管外封竄劑是由HYG-1 型結構形成劑、JQ-1 型減輕劑、JH-1 型活化劑和SW-1 型膠凝延遲劑組成，4 組分所占的質量分數分別為 50.0%～70.0% 、 15.0%～25.0% 、 1.0%～4.0% 和0.5%～1.0%。

2 封竄劑性能

2.1 抗壓強度

將配好的封竄劑漿液倒入稱重密度計中，測量其密度，超細水泥、油井水泥和封竄劑的密度分別為1.80，1.60，1.28 g/cm3。將配好的封竄劑漿液倒入直徑2.54 ㎝，高2.54 ㎝的模具中，置于50 ℃和70 ℃水浴中養護48 h 后脫模，在萬能材料實驗裝置上測試抗壓強度，測試結果見表1。

表1 封竄劑抗壓強度測試結果

從表1 可以看出，高強度低密度封竄劑的強度高于水泥類封竄劑，說明高強度低密度封竄劑具有高抗壓強度的力學性能。

2.2 耐鹽性

用清水配制封竄劑1 000 mL，分別取100 mL 封竄劑漿液加入試管瓶中，然后再分別加入50 mL 不同礦化度的模擬水和地層水樣品，混合搖勻后室溫靜置30 min，取出上層析出液，然后將試管密閉后放入90 ℃水中加熱，測定初凝時間及固化48 h 后的突破壓力梯度。實驗結果顯示（表2），水樣礦化度對封竄劑初凝時間及突破壓力梯度影響微弱，說明封竄劑耐礦化度性能強，不會因與地層水混漿后影響封竄劑性能[8-10]。

2.3 封堵性能

采用室內填砂管模擬實驗，單管填砂管直徑為3.0 cm，長度40.0 cm，用不同粒徑的石英砂壓制填砂管。

表2 礦化度對封竄劑性能影響實驗數據

先注入飽和NH4Cl 溶液，測填砂管的滲透率，然后注入封竄劑，在不同溫度下養護48 h，再用飽和NH4Cl 溶液測定填砂管的滲透率。結果如表3 所示，封竄劑對不同滲透率的巖心都有很高的封堵率。

表3 封竄劑封堵實驗結果

2.4 耐溫性

研究表明，封竄劑在高溫下能繼續發生反應，其固化體強度在高溫下不僅不會衰退，還有所提高，可用于稠油熱采井管外竄封堵。

將封竄劑固化后分別放在不同溫度下養護10 d后，測量突破壓力梯度。由圖1 可知，隨著溫度的升高，封竄劑抗壓強度有增強趨勢[11-14]。

2.5 膠結強度

參考GB11177-89 無機膠粘劑套接壓縮剪切強度實驗方法，制作了相應的套接模型，并對低密度封竄劑的膠結強度進行評價。實驗中，在50 ℃的 溫度下恒溫固化48 h 后，分別在萬能材料實驗機上 進行壓縮實驗，測定其膠結強度，結果如圖2 所示。從圖中可以看出，低密度封竄劑具有較高的界面膠結強度。

圖1 封竄劑耐溫性

圖2 封竄劑膠結強度

3 現場應用

研制的封竄劑先后在井樓油田、王集油田、新莊油田現場試驗17 口井，措施井均一次試壓合格，封堵成功率100%，階段累計增油2 104.3 t，降水33 679.1 m3，增注30 515.0 m3，現場應用效果顯著。以樓31917 井為例，該井管外竄一直高含水生產，決定對其封竄，累計注入低密度封竄劑6 m3，現場施工壓力為2～10 MPa，最終關井壓力10 MPa，候凝72 h 后套管試壓12 MPa，15 min 后壓力不降；鉆塞、通井至人工井底，全井筒試壓12 MPa，穩定15 min，壓力不降。該井封竄前日產液13.2 m3，日產油0；措施后日產液8.5 m3，日產油1.2 t，措施效果明顯。

4 結論

（1）研制出的高強度低密度管外封竄劑密度為1.28 g/cm3，抗壓強度為22 MPa，耐鹽性能好，耐溫范圍寬，高溫養護強度不損失。

（2）現場試驗措施井均一次試壓合格，封堵成功率100%，階段累計增油2 104.3 t，累計降水量為33 679.1 m3。