水平井多介質調剖技術及應用

蔣立明，敬思偉，劉歡，蒙延沖，宋棟(新疆油田重油開發公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引言

本項目采用水平注水的方式，它是近年來逐漸普及的石油開采優化技術，它能夠水平井能夠有效增加水下油田的泄油面積，將油田潛能充分發揮出來，在一定程度上提高油井采油效率。但實際應用環節，由于水平井自身存在水重力分異、粘性指進及水平井段長、不同區域原油滲透性差異較大等問題，使得原油含水上升速度較快、注入壓力高、注入工藝難，影響油田后期增產效果。

1 項目實驗背景

某地下油藏采用蒸汽熱采開發模式，其完鉆開發井838口，包含40多口水平井。現階段還在開采的水平井為23口，且以蒸氣吞吐為主的開采模式在項目開發中后期，其含水量超過了85%，嚴重影響油田產油效率，平均日產油小于1.3 t，需要選擇新的水平井開發方式，用以提升石油開采作業效果。

2 工藝原理介紹

通過多介質輔助蒸汽吞吐進行水平井調剖堵水，能夠在注水井進行封堵高滲透層，通過調整吸水剖面，或直接從采油井進行封堵高滲透層時，可減少油井產水，從而提高油田石油開采速度。它在水平井注入蒸汽前就開始尿素溶液反應，并在井下環境中水解生成二氧化碳和氨氣，在這兩種氣體進入地下層后，能夠部分溶于原油液體中，使得原油在自身質量不變的情況下體積膨脹，增強內部動能。而未能溶入原油液體中的二氧化碳和氨氣，會充滿地層中的孔隙，從而增強蒸汽波的體積，提高原油回采效率。并且氨氣與原油融合過程中，能夠在表面生成活性劑，降低原油表面張力及殘余油飽和度，減少原油啟動壓力，提高驅油效率。而二氧化碳極易溶于水中，可以改善原油相滲情況，從而降低原油粘度，提高原油的流動能力。并且二氧化碳和氨氣注入完成后，原油表面的活性劑能夠防止蒸汽自由流竄，起到擴大蒸汽波體積的效果[1]。

3 技術實施要求

其一，事先在60～70℃的熱水環境中進行尿素融化，控制熱水與尿素的比例為2:1。其二，分別進行四口水平井的藥劑注入后，再統一進行蒸汽注入，其注入量要根據項目吞吐設計方案執行。其三，在水平井多介質調剖技術施工環節，要持續進行井下氣體濃度檢測，并且24 h連續采點進行計量注汽量；若尿素溶液緩解析出大量氨氣及二氧化碳，將極易造成氣體中毒事故。其四，調剖堵水環節要根據單井輪次注采情況，對蒸汽注入量進行適當調整。其五，堵水環節要對水平井取套管氣樣數據、油樣水樣進行分析，按照項目要求對原油進行加測取樣。其六，項目注汽、采油生產數據的錄取標準，要嚴格遵循國家對相關行業制定的SY/T 6102—2000《稠油油藏注蒸汽開發動態監測錄取資料的內容及要求》。其七，實驗項目中尿素遇水在高溫下會分解出二氧化碳和氨氣，密閉環境中這兩種氣體存在一定的毒性，若產出液中含有少量的NH4+，則出井口有可能會析出氨氣，所以需要完善項目監測與環保工作[2]。

4 水平井多介質調剖技術及應用效果探討

4.1 井下探測

水平井技術主要應用于稠油油藏或是滲透力較低的油藏環境中，能夠有效降低石油開采難度，提高石油開采效率。同傳統直井開采技術手段比較而言，水平井多介質調剖技術具有較為明顯的開采優勢，在世界各地油田開采項目中發揮著重要作用。水平井多介質調剖技術在進行井下探測作業時，不能在過程中出現表套，針對某些坡度較大的或是完全水平的地段，需要利用濕接頭進行對接，并且等到方鉆頭連接工作完成后，在利用加壓的方式輸送母槍。等到方鉆桿拆除工藝完成后將整個鉆具輸送到井下進行測井作業。由于泵送油管測井技術在作業過程中的加壓力度較大，若鉆機質量及操作工藝得不到保障，將有可能出現加壓事故。要將母槍輸送的速度盡量保持在3 500～5 600 m/h的額定范圍內，且泥漿泵的泵壓要小于12 MPa，但在實際探測作業環節，常會發生因鉆機性能不穩定造成公母槍對接失敗的情況。此外，在水平井多介質調剖技術應用環節，還要考慮到原油性能對整個設備的影響，在水平井泵送的過程中，原油中若出現了雜物沉淀，在油井輸送環節便會造成雜物堵塞，同樣導致公母槍對接失敗。若堵塞情況嚴重，還有可能會對水平井測井工具造成直接損壞，從而導致井下探測作業失敗。

4.2 優化技術

在注氣環節，二氧化碳和在水平井下環境中會轉化為超臨界狀態，呈現為氣體、液體雙重狀態共存特定，自身具備較強流動性。當其作為水平井調剖填充介質時，能夠在最短時間內填充完整個蒸汽腔，并且在低壓區域內構成氣體堵塞，此時進行蒸汽注入，基于蒸汽向未動用區波及的特性，能夠有效提高蒸汽波體積。且石油回采階段，由于原油中還存在著一定量的二氧化碳，在水平井下壓力下降后，原油中儲存的二氧化碳會以氣泡的形式存在，在回采時彈性能量增大，提高油井產量。根據二氧化碳的自身特性可知，其在稠油中的溶解度同壓力呈正相關，而與溫度呈負相關。并且二氧化碳的比熱容與導熱系數都遠小于水蒸汽，在完成二氧化碳介質填充作業后，同一水平井下環境中，能夠降低蒸汽消散量，從而提高水平井調剖熱效率，減少熱量動能損失。由于該實驗原油閉口閃點為120～150 ℃，為丙類火災危險物質，存在一定火災隱患，且多介質的組成成為多為非烴，存在一定的毒性，對工作人員健康和環境有危害，所以要控制融化尿素時水溫不超過80 ℃。氨氣與原油融合過程中，會形成表秒活性劑，它能夠有效降低井下原油與土地巖石之間的張力，增強自身洗油效率。并且在這種狀態下，二氧化碳會通過氣泡的形式占據孔喉的中間位置，將油滴擠壓到邊緣地帶，多個分散油滴匯聚形成石油帶，產生流動勢能，提高洗油效率[3]。

4.3 壓裂酸化

20世紀四五十年代，工人在進行油田中的碳酸鹽巖的開采作業中逐漸發現酸化壓裂開采方法的局限性，但考慮到其自身的優勢，只能繼續使用這種方法進行開采作業。到了20世紀七八十年代，在科學人員的努力測試下，加砂壓裂的增產模擬使得酸化壓裂的適用性得到了改善，并在20世紀末實現了油田壓裂酸化作業的完整化流程，能夠有效提高水平井多介質調剖效率。油層壓裂技術主要是利用水的沖擊力，在油層中劈開一條縫隙，并利用支撐劑阻礙油層復原，從而提高油田調剖堵水效率。而油層酸化技術要求在水平井多介質調剖作業施工前，配置好能夠與油層進行反應的酸液，在與油層的化學作用下，溶解掉其中的雜質以及難以滲透的物質，從而達到地層滲透的目的。

4.4 項目防腐

水平井多介質調剖堵水作業環節，水蒸汽帶來的溫度變化會對石油開采設備腐蝕效果，這種腐蝕反應常發生在碳鋼設備區域，如：空冷設備、分離器、脫硫化氫汽提塔換熱器等，其共同特點為自身溫度變化較大，且內部含水量較高，存在良好的電化學腐蝕條件。并且這些部位設備的硬度較高，其晶格結構與普通設備不同，存在易于發生腐蝕反應的特征。而高溫蒸汽區域中，其工藝設備腐蝕主要存在于設備表面腐蝕或點蝕效果，兩種腐蝕共同存在的情況也較為普遍。由于水平井的特殊環境，在多介質調剖堵水技術作業環節容易產生局部結垢現象，長時間的污垢積累將加劇設備腐蝕效果，其根本原因在于結垢后設備電極電位出現了變化，提高電化學腐蝕效率[4]。

4.5 裝填堵水劑

化學劑技術是調剖堵水作業中發展較為成熟的手段，通過對堵水劑作用于不同介質油層與水層的堵塞效果，分級裝填堵水劑能夠有效降低系統壓差，借助不同規格、不同強度的填料或者保護劑，在保證堵水劑的使用序列基礎上，將整個堵水床層進行裝填，從而降低床層空隙，完成油層與水層的封堵作業。此外，在堵水劑裝填時，將堵水劑根據活性的程度排列，以降低生成焦炭的速度，能夠有效降低水平井內部的污染度，避免堵塞床層，采用分層裝填堵水劑，減輕反應器壓差程度。常見的水平井多介質調剖堵水劑根據堵截對象可分為非選擇性堵水劑與選擇性堵水劑，其判斷依據是對油層堵截效果，二者都能對原油中的水起作業，但非選擇性堵水劑能夠在封堵水層的同時封堵油層。

4.6 應用效果分析

2020年6月—10月，該水平井開發項目根據項目設計方案要求，共注入復合調剖劑838 m3、尿素420 t，完工效果滿足預期指標。水平井多介質調剖技術應用后，整個井內輪次平均注汽壓力均上升0.79 MPa，符合項目方案標準要求。在多介質復合調剖劑注入完工1～1.5 h內，整個水平井下環境中的壓力較為平穩，雖然不同水平井的壓力變化情況會出現一些變化，但其整體趨勢仍保持一致。同傳統蒸汽調剖技術相比，多介質調剖技術的應用能夠有效提高注氣量，施工完成后井內氣壓顯著升高，使得水平井噴期延長。就目前已有10口水平井的實驗效果來看，通過對多介質復合調剖項目實驗，能夠降低水平井內蒸汽在高滲地層的竄流，起到蒸汽轉向、擴大蒸汽波及體積的作用，為石油開采項目后期降本增效作業提供了技術支持。

5 結語

油礦開采是我國的支柱型產業項目，關系著國家發展及現代化改革進程，如何保證石油開采工藝質量，提高油田開采效率，是我國石油產業發展的根本路徑。進行水平井多介質調剖技術及應用效果研究，基于水平井的井型結構、水平注水滲流規律、調剖劑的性能特點等要素，完善試驗項目細則，能夠有效提高水平井石油開采效率，降低資源浪費，完善資源管理體系，針對水平井石油開發項目進行優化。