CESP水平井环空化学封堵工艺在渤海油田的应用

2013-06-17周赵川陈立群高尚王培永

断块油气田 2013年3期

周赵川，陈立群，高尚，王培永

（1.中国海洋石油能源发展采油技术服务公司，天津300456；2.中国海洋石油总公司天津海洋石油工程股份有限公司建造公司，天津300452）

1 技术背景

水平井一般采用管外无封隔器的割缝筛管完井方式，目前，国内该类完井方式占70%，国外为90%［1-3］。水平井悬挂筛管完井复杂结构井的定点封堵工艺一直是水平井控水、控气窜的难点，已成为影响水平井稳产的技术瓶颈。

渤海某油田主要含油层系为古近系沙河街组，油藏气顶能量充足，普遍采用水平井开发，裸眼完井，优质筛管防砂。目前，采油井已逐步表现出气窜现象，部分采油井由于气窜严重，产油量递减加剧，严重影响开发效果。常规油井封堵技术如机械卡封、水泥堵炮眼等不能解决筛管完井水平井卡堵问题。

20世纪90年代中期，水平井管外环空化学封隔技术（ACP）的提出为割缝筛管水平井控气窜、堵水技术提供了新的思路。该技术借助油管和封隔器，在割缝套管与井壁之间的环空位置放置封隔材料，形成不渗透的高强度段塞，达到隔离环空区域的目的，再配合管内封隔器，实现堵剂的定向注入［2-5］。

常规封隔材料（聚合物凝胶）进入水平环空后，由于重力作用，会发生“重力坍落”——下沉，无法实现水平空间的完全封隔。根据筛管完井水平井堵水对ACP的要求，本文对新型封堵材料CESP 的性能进行了模拟实验，并针对渤海油田水平井井身结构，提出了将膨胀封隔器和Y441 封隔器相结合的注入工艺，矿场应用取得了良好效果。

2 CESP 性能评价

2.1 触变性

ACP 材料在高剪切速率下可以流动，剪切速率降低后又能立即形成网状结构，从而避免了重力“坍塌”。与常规封堵材料相比，具备剪切变稀、剪切静止后结构迅速恢复的高触变特性（见图1）。由于其高触变特性，使其可实现对水平环空的立体完全充填。

图1 CESP 的触变性

2.2 凝胶可控性及热稳定性

按照工艺要求，调整引发体系，可实现CESP 材料2～8 h 凝胶可控，由触变流体成为高强黏弹固体。借助材料的微尺度效应，凝胶材料具有较好的热稳定性，在中低温下（低于100 ℃），1.5 a 内稳定［2］；高温下（100～130 ℃），预测1.5 a 内强度保留率为75%，为42.5 kPa，满足封堵要求。

2.3 强度

利用长1 m 的室内小型实验模型，在φ139.7 mm和φ73 mm 管柱环空内注入CESP，评价其轴向和径向持压能力。评价结果显示，CESP 段塞在0.8 MPa/m 的轴向压力梯度下，未发生滑移；径向击穿压力为2 MPa，线性折算径向突破压力梯度78 MPa/m，满足工艺所需要求。

3 现场应用

CESP 化学定点封堵离不开机械封隔器的辅助，目的是对出水、气窜层位进行定位，有效保护储层［6］。如果被封堵的地层需要保护，应避免CESP 堵剂进入地层，还需要在CESP 材料注入前，预先注入隔离液。因此，CESP 筛管水平井环空化学定点封堵工艺需要机械封隔器和隔离液辅助的定向注入作业。

3.1 选井原则

1）筛管方式完井；2）水平井中存在点状或者段状出水或气窜；3）完井管柱便于起下机械封隔器。

3.2 试验井基本情况

渤海油田×井为2010年8月投产的水平井，φ177.8 mm 优质筛管完井，生产层段为沙二段Ⅱ油组，筛管内油层斜厚164 m。钻遇油层主要有2 大段，分别为3 111.5～3 183.7 m 和3 378.6～3 518.5 m。

该井投产初期为电潜泵生产，产液量150 m3/d，产油量150 m3/d，不含水，产气量0.7×104m3/d，气油比50 m3/m3；之后扩油嘴提产，最高日产油370 m3，但是日产气量突增至9.5×104m3，日产油也随之下降至160 m3左右；此后该井产气量持续上升，套压升高。为了保护电缆，2011年3月停泵，转为自喷生产，日产油60 m3左右，日产气2.5×104m3；当年8月开始，该井日产气持续上升，高达8.0×104m3，下调油嘴控气效果不明显，10月份计量井口基本无液，关井。

3.3 设计思路

通过油藏地质研究及测试分析，确定该井根部3 111.5～3 183.7 m 为主要出气层段。由于油藏存在的气顶对油藏保压及气驱作用明显，认为应及时封堵气顶气的产出通道，防止过多的油被滞留地层。采用CESP 管外环空化学封堵技术结合Y441 封隔器管内机械卡封，对该目的层段进行堵气作业。

挤注药剂时，通过挤注管柱组合多个膨胀封隔器卡封目的层段（见图2）。利用隔离液形成的保护层，阻止CESP 药剂进入筛管内环空造成卡钻；同时，隔离液在近井地带形成低渗透封堵层，确保药剂进入目的层段环空，并完全充满，而不会进入非目标层，便于用最少的药剂达到定点封堵的效果。在对目的层段进行CESP 环空化学封堵后，下入Y441 封隔器进行辅助封堵，进一步确保目的层段封堵性能，保留层段的正常生产（见图3）。

图2 现场挤注过程示意

3.4 施工过程

2012年4月，起原井管柱，下放挤注管柱到位后井口投球，油管内正挤地热水，起压后膨胀式封隔器膨胀坐封，检查封隔器的工作状态，根据泵排量、压力，判断地层吸液情况，进行药剂挤注，挤注过程见图4。验封合格后下入Y441 封隔器，设计深度为防砂段第二层盲管内，管柱下放到位后，油管内打压坐封，验封合格后再下入新生产管柱单采3 378.6～3 518.5 m 层段。

图3 Y441 封隔器管内机械卡封

3.5 效果及评价

该井作业初期采用φ2 mm 油嘴、35 Hz 频率生产，计量日产液稳定在75 m3，日产油达到74 m3，含水率降至1%，日产气由封堵前的8.0×104m3成功控制在1.2×104m3左右，下降85%。之后，为控制生产压差，将油嘴调整为φ1.5 mm，频率降为33 Hz 生产，日产液稳定在50 m3，日产油49 m3，日产气1.2×104m3，含水率1%（见图5），堵气增油效果明显。