稠油边底水油藏水平井堵水技术改进与试验

2013-07-31刘佳声

当代化工 2013年3期

刘佳声

（中国石油辽河油田公司，辽宁盘锦 124109）

水平井可以增加生产井段与储层接触面积，对于稠油热采油藏，还可以增大蒸汽热交换面积，提高热效率,具有明显提高单井产能的优越性,已成为油田新区高效开发、老区挖潜调整提高采收率的重要手段。但部分油藏油水关系复杂，分布有边、底水，因水平段动用不均，在压差作用下，边底水锥进易引起单点（或多点）见水，水平井的井身结构特殊, 采取筛管完井，且井段长、出水点压力高，见水后如不采取措施,含水将持续上升, 严重制约其整体开发进程［1］。

已有的水平井堵水工艺有笼统的化学堵水，以及机械卡封堵水，其中笼统化学堵水中堵剂受筛管完井方式制约，无法使用颗粒型堵剂增强封堵强度，无固相的凝胶堵剂耐温性能差，蒸汽吞吐方式下容易破胶失效，且出水点压力较高，笼统注入时多进入低压的产油井段，堵水效果不理想；机械卡封堵水在吞吐下泵初期有效，但因地层温度下降、原油粘度增大，水油流度比迅速增大，致使出水点的地层水经管外渗流至生产井段井筒附近，导致堵水有效期很短，措施效果也不理想。针对上述问题，经过两年的研究与试验，不断进行技术改进与完善，形成了将管外化学堵水、管内机械堵水有机结合的水平井堵水工艺技术，为有效解决水平井出水问题提供了有力的技术支持。

1 技术原理

根据水平井特殊的完井方式，为确保堵水效果，形成了化学堵水与机械堵水相结合的堵水方式，该技术利用化学堵水技术，封堵管外油层水（汽）窜通道；采用机械堵水工艺，封堵管内出水（高产出）井段。先应用化学调堵技术，配合专用堵水封隔器，封堵管外油层水窜通道；再采用机械堵水工艺，封堵管内出水井段，保证吞吐开发方式下注入的蒸汽不会直接作用堵剂，既能延长封堵有效期，又能提高蒸汽热效率，最终实现有效封堵水窜通道、降低产水量、恢复油井产能的目的。

2 堵剂配方的改进完善

在堵胶配方的筛选上,主要考虑凝胶技术参数:强度、抗剪切力性能、耐盐耐高温性等方面[2],所用凝胶堵剂主要由聚丙烯酰胺（相对分子量1 800万）、乌洛托品、间苯二酚、油溶性树脂等。在调剖剂的配制过程中，采用先加入稳定剂，然后加入交联剂，在搅拌下加入PAM 的方法，为保证堵剂封堵强度，在施工的最后阶段的凝胶中添加树脂颗粒，提高堵剂的耐温性及封堵强度，有效封堵水窜通道。针对水平段长、部分堵剂会在井筒中沉降残留的问题[3],现场通过控制交联剂浓度来控制成胶时间，保证堵剂顺利注入[4]。

2.1 药剂不同浓度对凝胶强度的影响

2.1.1 聚合物浓度的影响

按聚合物浓度0.2%、0.40.6%、0.8%、1%、1.2%、1.4%配制凝胶体系，在 60 ℃的恒温烘箱中反应，定时取样用NDJ-1 旋转粘度计测定试样粘度，用以评价试样凝胶强度。

将实验结果绘制成图 1，从凝胶强度和经济适用性考虑，聚合物浓度选为1%。

图1 聚合物浓度与凝胶强度关系曲线Fig.1 The curve of polymer concentration and gel strength

2.1.2 稳定剂的影响

聚合物浓度10 g/kg，交联剂浓度6 g/kg，稳定剂按 0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%配制凝胶体系，在60℃的恒温烘箱中反应，定时取样用NDJ-1旋转粘度计测定试样粘度，用以评价试样凝胶稳定性(图2)。

图2 不同浓度稳定剂凝胶强度与时间关系曲线Fig.2 Curve of strength and time of stabilizer gel with different concentrations

2.2 树脂颗粒筛选评价

2.2.1 树脂颗粒筛选评价

在凝胶体系中加入油溶性树脂可提高凝胶强度。树脂为预制好的颗粒，取一定量的树脂颗粒样品，用标准筛筛分，称重，结果见表明，树脂颗粒最大粒径≤0.15 mm，完全可通过割缝筛管。

2.2.2 树脂颗粒悬浮时间

在聚合物凝胶体系中加入 5%的树脂颗粒，搅拌均匀，观察树脂颗粒沉淀时间。试验表明树脂颗粒悬浮时间≥4 h，而不沉淀，满足现场施工要求。

2.2.3 树脂颗粒通过0.3 mm 窄缝的能力

在聚合物凝胶体系中加入 5%的树脂颗粒，搅拌均匀。保持压力 0.6 MPa，将凝胶体系以恒定流量通过缝宽0.3 mm 的实验装置，测定树脂颗粒通过窄缝的能力。试验表明树脂颗粒可完全通过0.3 mm窄缝，而不发生堆集。

2.3 岩心封堵实验

测定人造岩心的原始水相渗透率，注5 倍孔隙体积凝胶剂溶注，在60 ℃条件下恒温至成胶时间，再测定堵后水相渗透率。凝胶堵剂岩心封堵率在95%以上，可起到较好的堵水作用（表1）。

表1 凝胶堵剂岩心封堵率实验Table 1 Core plugging rate of gel plugging agent

2.4 化堵施工工艺

施工时根据施工压力情况调整堵剂配方，先注入流动性好、可进入油层深部起到挡水作用的弱凝胶体系，采取大排量注入，同步注入氮气，尽快的形成较高的施工压力，有利于堵剂进入地层压力较高的水窜通道, 此外，注氮气不仅能起到控制水锥而且还能起到提高采收率的作用[5]；后段注入强度较高的强凝胶体系，形成防水隔板；最后注入添加油溶树脂的强凝胶体系，提高近井地带堵剂耐温、耐冲刷能力，保证堵水效果。

3 配套化堵管柱研制

水平井段较长，若采取全井段笼统化堵，一方面封堵半径相对较小，另一方面，因水层能量相对较高，大部分堵剂并没有进入进入高压的封堵目的带，而是进入了低压的产油井段，影响生产效果。为此，设计了以封隔器为核心的配套化堵选段堵水管柱，见图3。

图3 配套化堵管柱示意图Fig.3 Supporting block column diagram

管柱前端为实心导锥，整个管柱密封，现场打压座封后，爆破伐打开，实现对出水井段单独化堵；封隔器前后下入扶正器，使封隔器居中，确保座封后密封可靠；封隔器前下连接配注阀，挤完堵剂后投球打开配注阀，对封隔器前的油套环空进行顶替，防止堵剂在封隔器位置堆积而拔不动管柱；后期进一步改进完善，在封隔器上增添热敏密封胶筒，对应下泵位置下入杆式泵座，利用该管柱直接对生产井段注汽，注汽后直接下泵生产。

多功能管柱的关键技术是冷热双作用封隔器：配用了两套不同特性的密封胶筒，分别可以实现低温、高温两种状态下的密封要求。

技术参数：

长度：900 mm；最大外径：144 mm；坐封压力：8～12 MPa；坐封温度：200 ℃；耐温：-40～300 ℃；耐压：17 MPa。

4 水平井机械堵水管柱研究

水平井、特别是超稠油的水平井由于受到井深结构的限制及油品性质、完井方式等因素的影响，一般封隔器等大直径工具存在下入困难、起出或打捞困难等问题，易造成井下事故。

在水平井高温丢手封隔器的设计过程中，重点进行了以下几方面改进：①针对工具下入到水平井段，下入过程中易遇阻的问题，增加了工具的抗阻功能，保证工具能够顺利下入到设计位置。②工具的胶筒在水平段中压缩密封，为了确保胶筒的密封性，工具设有全钢性的扶正机构。③丢开：水平井中管柱所受的摩擦阻力大，为了确保工具座封后丢开可靠，工具的丢开形式设为液压方式丢开。④打捞：使用期完毕后需将工具捞出，整套管柱的配置必须考虑长期封堵出砂，工具砂埋情况下将工具起出，打捞工具设计成可退结构。

考虑到水平井的特殊性，为确保该工具顺畅通过水平段，在工具设计完毕后进行工具安全性计算。另外，在施工前，采用Φ152 mm（1 500 mm）专用通井规，确保了顺利施工。

最终通过高温封隔器及配套工具研究，管柱结构的优化设计，形成了水平井机械堵水系列管柱工艺，实现了水平井段脚尖或脚跟任一部位的机械封堵。

4.1 水平井机械堵水Ⅰ型管柱

针对脚尖出水的问题，研制了水平井耐高温X445 封隔器，采用丢手的管柱结构，封堵水平段脚尖出水部位，形成水平井机械堵水Ⅰ型管柱。

水平井封隔器主要由送封装置、封堵装置和锚定装置 3 个部分组成。在设计中采用了液压坐封,双向卡瓦,步进锁定等结构,下入打捞工具打捞矛或打捞筒解封打捞。解决以往封隔器存在的坐封和打捞困难两个问题。

封隔器下入到预定位置后，地面水泥车打压。液体经过液孔进入启动活塞内腔，带动坐封机构下移。首先剪断坐封剪钉，带动上锥体向下运动，两锥体间的距离缩小，卡瓦张开，支撑在套管外壁上。此时下锥体不在下行；坐封活塞继续下行使胶筒轴压缩外密封胶筒，直至外密封胶筒与套管内壁封隔好为止，步进锁也行走到位，锁紧机构将密封部分和卡瓦部分锁紧，完成最终锁定，坐封完毕。压力继续增大丢手套剪断丢手剪钉使送封部分与封堵部分分开丢手活塞左行, 丢手提出井外。使用期过后,用油管连接专用打捞工具, 下井到工具位置, 下放抓锁鱼顶,上提剪断解封销钉, 打开锁定机构, 即可将工具捞出。

技术参数：

最大外径Ф150 mm；最大长度1 353 mm；坐封力14～17 MPa；承上/下压差25/20 MPa ；工作温度：≤350 ℃ ；解封负荷：30～60 kN。