水平井定向堵水技术在云2平4井的应用

吝拥军 王宏华 付波 吴桂英 李素芹 穆哈拜

中国石油中原油田分公司采油三厂

水平井定向堵水技术在云2平4井的应用

吝拥军 王宏华 付波 吴桂英 李素芹 穆哈拜

中国石油中原油田分公司采油三厂

引用格式：吝拥军，李素芹，付波，吴桂英，穆哈拜，王宏华.水平井定向堵水技术在云2平4井的应用［J］.石油钻采工艺，2016，38（4）：510-513.

筛管完井的水平井一般水平段套管外没有固井，常规找堵水工具的应用受到限制，中原油田在云2平4井开展了水平井定向堵水技术的相关研究。采用K344专用封隔器卡封预定层段，将高性能堵剂化学封隔器（ACP）定向置放，实现无固井段套管外的地层分隔，然后采用K344专用封隔器验证化学封隔器（ACP）的封堵效果；最后采用专用插管封隔器，向地层挤入较大剂量高性能堵剂（ZR-PD），达到封堵水平井出水层段的目的。现场施工结果表明，堵水后平均日增油3.7 t，含水下降4.5个百分点；截至2015年底，阶段累计增油1 023.6 t，累计降液22 983 m3，阶段有效期398 d。水平井定向堵水的针对性强，工艺成功率高，增油降水效果明显。

水平井；筛管完井；环空化学封隔器；胶束微膜堵剂；定向堵水；中原油田

中原油田的水平井开发，随着钻井技术的不断进步，水平段越来越长，经过多年生产后大部分水平井见水严重［1］。目前国内的水平井堵水技术尚在试验发展中，存在测井找水技术不成熟、水平段堵水剂适应性差、水平段施工管柱及工具不配套等问题。机械封隔器和水泥塞仅适用于射孔完井和部分裸眼完井的水平井，筛管完井的水平井由于其水平段套管外无固井，常规找堵水工具的应用受到限制，而且笼统注入的堵水剂剂量大（3 000～4 000 m3/单井）、没有合适的高性能堵水剂、封堵效果得不到保证，水平井水平段定向堵水一直未开展技术应用［2］。

1　云2平4井地质概况Geologic conditions of Well Y2-P4

云2平4井2007年4月投产，筛管完井，电测解释钻遇油层段2 423.6～2 904.0 m，13层/467.4 m。初期日产油12.5 t，日产液32 m3，含水72%。2007 年12月转电泵，日产油9.8 t，日产液130 m3，含水93%。堵水前电泵生产，日产油2.0 t，日产液132 m3，含水98.5%。

分析高含水原因，一是油层厚度薄，井眼穿过油层厚度6～9 m ；二是趾端部所在的14～21号油层（2552.1～2 904.0 m）平均渗透率为157 mD，上部所在的9～13号油层（2 423.63～2 548.5 m）平均渗透率为72 mD，小层渗透率差异性较大；三是电泵提液后，采油速度过快，油水界面迅速推进至水平段趾端部，趾端部轨迹较低，物性较好，引起趾端底水锥进。水平段根部的9～13号油层有较多的剩余可采储量，油藏精细描述研究显示，14～21号层为主要出水层，长度345.8 m，要求对上述井段进行堵水；充分挖掘9～13号油层剩余油，长度121.6 m，实现降水增油。

2　堵水工艺难点Difficulties in water plugging

云2平4井裸眼完井，割缝筛管外没有固井，套管外完全窜通；水平段低部位下段出水水淹，边水驱油藏能量充足，堵水的井段长，若全部封堵下部出水井段，将影响该井产油量，必须对下部出水井段有选择性进行堵水；该井堵水的难点在于不能用机械堵水方式堵水，采用选择性堵水工艺，同样受套管外完全窜通的影响，堵水剂可能窜通到上部井段，影响上部井段产油。要求堵水剂性能高，用量较大；进行选择性堵水时，水平段仍然需要卡封管柱进行堵水施工，而常规的Y221系列的封隔器在水平段无法座封，满足不了找水堵水的工艺要求［3］。

3　工艺思路及创新Concept and innovations of the technology

针对云2平4井堵水工艺难点，应用化学封隔器ACP技术进行套管外定向封隔［4］，再用选择性化学堵水剂，选择性封堵下部出水井段，实现水平井堵水增油。首先采用2级K344封隔器卡封预定层段，将高性能ACP小段塞堵剂挤注至预定的水平段割缝筛管外与地层之间的环空，封堵割缝筛管外环形空间，并用2级K344封隔器管柱验证封堵效果，再应用丢手插管封隔器座封于环形空间被小段塞堵剂封堵的套管段，对卡点以下的出水层段用大段塞高性能选择性化学堵水剂进行堵水，最后起出插管，丢手留桥塞在井筒内进行封隔堵水。

3.1水平井定向化学堵水工艺设计

Design of directional chemical water plugging in horizontal well

3.1.1筛管外建立ACP化学封隔器，封堵套管外环形空间 下入3级K344封隔器管柱（如图1所示）及洗井时水平球阀打开（正打压水中平球阀座死），定压阀上部2级K344封隔器防止ACP胶液上返窜至油套环空，在第一油管压力下3级封隔器坐封，在第二油管压力下定压阀打开，将高性能小段塞堵剂挤注至预定的水平段割缝筛管外与地层之间的环空（建立ACP，套管外化学封隔器），封堵割缝筛管外环形空间［4］。

图1　3级K344封隔器ACP注入管柱Fig.1 Injection string with 3 grades K344 & ACP

3.1.2ACP堵剂材料设计 （1）堵剂性能。ACP技术结合油管和跨式封隔器，在筛管与井壁间的环空放置具备特殊性能的可固化液，形成不渗透的高强度段塞，达到封隔环空的目的，实现管外分隔或者直接封隔出水部位。ACP材料具有高触变特性，高剪切力下可流动、剪切力降低又能立即形成网状结构，堵剂的主要组分为铝镁混层氢氧化物、三乙醇胺钛、甲基纤维素材料等，油藏温度75 ℃下黏度约为250 mPa·s；剪切静止后，前50 s材料的触变结构可迅速恢复，稳定后触变结构强度约为2 000 Pa；ACP材料静态胶凝时间3～3.5 h，动态条件下胶凝时间会延长；聚合时间36 h。

（2）ACP用量设计。室内复配的ACP材料胶凝后的承压梯度为1.2 MPa/m，设计的最高施工压力20 MPa，计算得到ACP材料在水平段的长度为16.7 m，考虑到附加余量，化学封隔器设计长度20 m（井眼扩径20%，油管内预留50 m 防过顶替，筛管跨距10 m ），根据体积法计算ACP材料理论用量0.6 m3，考虑吸附、稀释等因素，取1.5系数，实际用量1.0 m3，现场配制1.2 m3。

3.2大段塞高性能化学堵剂对ACP以下井段堵水

Water plugging section below ACP with large

slug high performance chemical plugging agent 3.2.1 ZR-PD胶束微膜堵剂性能 堵剂为白色固体粉剂，配制堵剂液体黏度100 mPa·s；堵剂成交时间可控，75 ℃条件下成交时间48 h；成胶体强度≥400×103mPa·s，突破压力≥1.0 MPa，堵水率≥95%；堵剂具有良好的耐温抗盐稳定性，双管并联岩心流动实验表明堵剂具有良好的选择性封堵能力［5］。

实验装置如图2所示，选用2根渗透率分别为63.2 mD和10.5 mD的并联岩心进行堵水实验。首先将2根填砂管分别注入原油至饱和，并水驱至填砂管内原油含水达到90%，然后从2根填砂管的出口端笼统注入1.0倍孔隙体积的5%胶束微膜堵水剂，在80 ℃恒温箱中侯凝72 h，然后用注入水从入口端同时水驱油，根据出油量计算提高采收率值。实验结果见表1。

图2　双管并联岩心流动实验装置Fig.2 Flow test device of twin pipe dual cores

表1　5%胶束微膜堵水剂选择性封堵实验数据Table 1 Selective plugging experimental data of 5% micellar microfilm water plugging agent

胶束微膜堵水剂有选择性优先进入高渗透水淹模拟岩心，很少量进入低渗透水淹模拟岩心，从而使低渗透水淹模拟岩心得到明显启动，提高采收率为11.9%。同时，由于胶束微膜堵水剂是水溶性的，高渗透水淹模拟岩心也未发生“堵死”现象，提高采收率为5.7%。实验说明胶束微膜堵水剂具有较好的选择性封堵能力，在堵水同时对原油渗流影响甚微。3.2.2 堵剂用量设计 堵剂用量的设计原则为根据堵剂的置放深度设计堵剂用量，以达到最佳的堵水效果。用量（如图3所示）为

式中，V为堵剂的用量，m3；α为水淹面积系数，取0.5；φ为油层孔隙度，取0.17；a为水平生产层段长度，取345.8 m；b为堵水剂分布最大水平深度，取5 m；c为堵水剂分布最大垂直深度，取5 m。

图3　地层堵剂用量设计模型Fig.3 Dosage design model of formation plugging agent

通过计算得到堵剂用量为489.9 m3，取490 m3。参考以往施工情况，地层堵剂注入排量取10～12 m3/h。

3.3插管丢手对井筒进行堵水

Water plugging of borehole by release of bayonet tube

对地层进行大段塞高性能化学堵剂堵水后，起出插管，丢手留桥塞在井筒内进行封隔堵水；完成割缝筛管、地层、井筒内的堵水，最后再下泵生产。

4　堵水施工情况Performance of water plugging operation

4.1ACP化学封隔器挤注施工

Injection operation with ACP

2014年11月12日，共挤注隔离液0.3 m3、ACP堵剂1.8 m3、隔离液0.3 m3、清水5.74 m3，挤注排量12 m3/h，油压0 MPa，套压0 MPa；候凝30 min，上提负荷200 kN（增加20 kN），管柱解封，载荷恢复正常180 kN，解封成功，起出管柱，关井侯凝。2014年11月14日，下验封管柱，打压5 MPa，10 min压力不降，验证ACP化学封隔器合格。

4.2ZR-PD胶束微膜堵剂堵水施工

Water plugging with ZR-PD micellar microfilm plugging agent

2014年11月16日～18日，下插管封隔器管柱坐封后（如图4所示），共挤注胶束微膜堵水剂490 m3，排量12～15 m3/h，油压由0 MPa上升至6.0 MPa，平衡套压1.0 MPa；顶替清水7.5 m3，油压6.0 MPa，套压1.0 MPa；关井反应30 min，油压下降至1.0 MPa；套管放压，上提管柱，起出回插管，油管无溢流，关井候凝5 d；加深管柱反冲洗至丢手位置，下泵生产。

图4　ZR-PD堵剂施工管柱图Fig.4 Consurucion of ZR-PD plugging agent

4.3堵水效果

Water plugging effects

该井堵水前日产液134 m3，日产油0.7 t，含水99.3%，动液面679 m；堵水后平均日产液79.7 m3，日产油4.4 t，含水94.8%，动液面1 152 m；平均日增油3.7 t，含水下降4.5个百分点。截至2015年底，阶段累计增油1 023.6 t，累计降液22 983 m3，阶段有效期398 d，目前继续保持增油降水效果。

5　结论与建议Conclusions and suggestions

（1）水平井定向堵水技术将机械卡堵和化学堵水技术相结合，水平段堵水针对性强且工艺成功率高。

（2）化学封隔器（ACP）和胶束微膜堵剂（ZR-PD）分别针对套管外环空和层内大孔道进行封堵堵水，可泵性强，安全性高，是两种性能优良的堵剂。

（3）对于油层层系较多、液量高、含水突然上升、有一定增油潜力的水平井，应用水平井定向化学堵水技术可以进一步挖掘油井增油潜力，提高采收率。

［1］ 陈涛，冉照辉，罗亮，柯学，孙亚平，南鑫. 苏77-21-40H2水平井超长水平段钻井技术［J］. 石油钻采工艺，2015，37（6）：1-4. CHEN Tao， RAN Zhaohui， LUO Liang， KE Xue， SUN Yaping， NAN Xin. Drilling technology for ultra-long horizontal section of horizontal well Su 77-21-40H2 ［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2015， 37（6）: 1-4.

［2］ 杨振杰，刘建全，谢斌，王嘉淮，邓伟兵. XAN-SP筛管水平井环空化学封隔器研究［J］. 石油钻采工艺，2012，34（1）：117-121. YANG Zhenjie， LIU Jianquan， XIE Bin， WANG Jiahuai，DENG Weibing. Research on outside annular chemical packer XAN-SP for horizontal wells with screen pipe［J］. Oil Drilling& Production Technology， 2012， 34（1）: 117-121.

［3］ 王金忠，肖国华，陈雷，王芳. 水平井管外分段管内分采技术［J］. 石油钻采工艺，2010，32（5）：113-115. WANG Jinzhong， XIAO Guohua， CHEN Lei， WANG Fang. Sectional production technology for horizontal wells［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2010，32（5）: 113-115.

［4］ 李宜坤，魏发林，陈仁保，熊春明，刘玉章，许寒冰，张娜.一种水平井化学堵水剂用量计算方法：CN 102071903B ［P］. 2013-07-31. LI Yikun， WEI Falin， CHEN Renbao， XIONG Chunming，LIU Yuzhang， XU Hanbing， ZHANG Na. One coalculation method of chemical water plugging ugent for horizontal wells: CN 102071903 B［P］. 2013-07-31.

［5］ 张寿根，吝拥军，于春生. 胶束微膜选择性堵水技术在卫75-4井应用［J］. 钻采工艺， 2014， 37（5）： 106-107. ZHANG Shougen， LIN Yongjun， YU Chunsheng. Application of selective water shutoff technology about micelles and micro-membrane on Well Wei 75-4 ［J］. Drilling & Production Technology， 2014， 37（5）: 106-107.

（修改稿收到日期 2016-04-05）

〔编辑 李春燕〕

Application of horizontal well directional water plugging technology in Well Y2-P4

LIN Yongjun， WANG Honghua， FU Bo， WU Guiying， LI Suqin， MU Habai
No.3 Oil Production Plant， PetroChina Zhongyuan Oilfield Company， Shenxian， Shandong 252435， China

Cementation is usually not conducted outside the casing in horizontal section of a horizontal well completed by screen pipe， and the application of conventional water detection and shutoff tools is restricted. In this regard， the horizontal well directional water plugging technology was discussed for its applicability in Well Y2-P4 in the Zhongyuan Oilfield. Special K344 packer was used to seal the pre-determined section， and the high performance plugging agent annular chemical packer （ACP） was placed directionally to realize separation of formation outside the casing that was not cemented. Then， special K344 packer was used to verify the plugging effect of the ACP. Finally， special bayonet-tube packer was used to inject large volume of high performance plugging agent （ZR-PD）into the formation， so as to achieve the plugging of water-producing interval of horizontal section. Field application shows that， after water plugging， the average daily incremental oil was 3.7 t， and the water cut dropped by 4.5%. By the end of 2015， the interim total incremental oil was 1 023.6 t， the total decremental fluid was 22 983 m3， and the interim effective period was 398 d. The horizontal well directional water plugging technology is highly specific to certain application， and it can realize high success and apparent oil increasing and water decreasing effect.

horizontal well； screen completion； annular chemical packer； micelles microfilm plugging ageint； directional water plugging； Zhongyuan Oilfield

TE358.3

B

1000 - 7393（ 2016 ） 04 - 0510- 04

10.13639/j.odpt.2016.04.020

LIN Yongjun， WANG Honghua， FU Bo， WU Guiying， LI Suqin， MU Habai. Application of horizontal well directional water plugging technology in Well Y2-P4［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（4）: 510-513.

吝拥军（1973-），1998年毕业于江汉石油学院石油工程专业，现从事采油工艺应用管理及井下工具的科研工作，高级工程师。通讯地址：（252435）山东省莘县采油三厂工艺研究所。电话：0393-4831552。E-mail：490787163@qq.com