砂岩油藏聚窜通道深部长效封窜技术研究与应用

邹小萍，何磊，王浩，曹作为，齐行涛，张秋红

中国石油大港油田分公司石油工程研究院（天津 300280）

目前大港油田注聚区块多为砂岩油藏，地层胶结疏松易出砂，在长期的注水、注聚开发过程中受油层非均质及注水冲刷的影响，油水井间容易形成优势渗流通道，导致注聚窜聚现象比较严重，造成油井产量下降，出砂加剧，产出液处理成本增加，对聚驱效果和油井生产造成较大影响［1-4］。以聚合物凝胶及颗粒为主的调剖剂体系在注聚区块水井调剖成功率低、有效期短，以水泥浆为主的堵剂体系，堵水半径小，在注聚区油井封堵有效期短［5］。针对这一问题研究了一种用于注聚井封堵聚窜通道用的无机矿聚物溶胶深部封窜剂，提出了一种无机矿聚物溶胶深部封窜剂+多粒径复合纤维防漏失堵剂封口的注聚区油井长效封窜工艺方法［6］。现场试验表明所研究的聚窜通道深部长效封窜技术，实现了对砂岩油藏聚窜通道的深部高强度封堵，延长了封窜有效期。

1 无机矿聚物溶胶深部封窜剂研究

相比水驱，聚驱对地层的冲刷能力更强，形成优势渗流通道后封堵难度相对更大，不但要求封窜剂可以进入窜流通道深部，还要求封窜剂在地层中具有较高的承压能力和耐冲刷能力，以达到长效封窜目的［7］，因此开展了无机矿聚物溶胶深部封窜剂的研究。

1.1 深部封窜剂配方优化

无机矿聚物溶胶深部封窜剂主要由悬浮剂溶液和无机矿聚物组成。其中无机矿聚物由多种矿物经高温炉熔融处理并粉碎加工而成，颗粒粒径5～10 μm，能够进入地层深部，与水在一定温度下发生解聚和聚合反应，生成新的无机物，新的无机物成胶、硬化，堵塞地层深部。而悬浮剂溶液主要是悬浮无机矿聚物颗粒，形成一种类似溶胶的均匀浆体。

1.1.1 悬浮剂质量分数优选

模拟地层温度50 ℃，配制不同质量分数的悬浮剂溶液，加入质量分数为30%的无机矿聚物，观察悬浮剂的悬浮稳定性。实验结果见表1。

表1 悬浮剂用量优选

从表1可以看出，当悬浮剂质量分数大于0.5%时能得到稳定的低质量分数颗粒溶胶，考虑悬浮效果、泵送能力及成本因素，确定悬浮剂的用量范围为0.6%～0.7%。

1.1.2 无机矿聚物质量分数优选

无机矿聚物质量分数太低时进入地层后难以形成有效封堵，质量分数太高初凝时间短，施工风险大。对无机矿聚物用量进行了优化实验，实验温度为50 ℃。实验结果见表2。

从表2可以看出，无机矿聚物质量分数为20%～40%，50℃、10 h观察封窜剂体系性能稳定，不凝固，具有良好的安全性。

表2 无机矿聚物质量分数优选实验

通过上述实验，优选出深部堵水无机矿聚物溶胶深部封窜剂配方为：20%～40%无机矿聚物+0.6%～0.7%悬浮剂。

1.2 封堵性能评价

1）制作2 支模拟聚窜通道的人造岩心：采用石英砂环氧树脂胶结人造岩心，长×宽×高=15 cm×4.5 cm×4.5 cm，沿岩心长度方向钻孔，孔深×孔径=9 cm×2 cm，然后在孔中填石英砂,粒径0.380～0.425 mm。

2）抽真空、饱和水，测钻孔填砂后岩心水相渗透率。

3）配置无机矿聚物溶胶深部封窜剂：30%无机矿聚物+0.6%悬浮剂。

4）挤注无机矿聚物溶胶深部封窜剂，将岩心放置在50 ℃烘箱中养护20 h。

5）清水反向驱替岩心，观察并记录压力情况，计算岩心渗透率和封堵率。实验结果见表3。

表3 岩心封堵率测试结果

从表3实验结果可以看出，在50 ℃烘箱中养护20 h 后，2 支岩心突破压力分别达到了3.6 MPa 和4.1 MPa，封堵率90%以上，表明无机矿聚物溶胶深部封窜剂对聚窜通道具有较好的封堵能力。

1.3 耐冲刷性能评价

1）制作2支人造填砂管岩心：选用0.27～0.55mm石英砂及大港港西地层砂制作填砂管，填砂管长度30 cm，直径3.15 cm。

2）抽真空、饱和水，测岩心水相渗透率、孔隙体积（PV）。

3）聚合物溶液注入填砂管：岩心中注入1 PV的0.2%聚丙烯酰胺溶液。

4）配置无机矿聚物溶胶深部封窜剂：30%无机矿聚物+0.6%悬浮剂。

5）注入2PV 无机矿聚物溶胶深部封窜剂，将填砂管岩心放置在50 ℃烘箱中养护24 h。

6）分别正向、反向岩心驱替2PV 清水，观察并记录岩心压力变化情况。结果如图1、图2所示。

图1 正向水驱岩心压力变化情况

图2 反向水驱岩心压力变化情况

从实验结果可以看出，正向水驱，压力稳定上升，突破压力3.6 MPa，最终稳定在7.4 MPa，后续水驱2PV压力未见明显变化；反向水驱2PV，岩心出口端液体清澈，压力稳定在4.1 MPa，表明封窜剂对岩心形成了有效封堵，耐冲刷性良好。

2 多粒径复合纤维防漏失封口堵剂研究

疏松砂岩油藏注聚区块的油井近井地带普遍存在较为严重的漏失现象且生产压差较大，要求近井地带堵剂不但有较高的封堵强度以满足生产压差，还必须具有较强的防漏失能力，以防止堵剂沿通道窜流［8］。因此研究了一种油井封堵近井地带的多粒径复合纤维防漏失堵剂，提出了一种无机矿聚物溶胶深部封窜剂+多粒径复合纤维防漏失堵剂封口的注聚区油井长效封窜工艺方法。

2.1 配方研究

多粒径复合纤维防漏失堵剂主要由暂堵颗粒、有机纤维和超细水泥组成。各组分的性能和作用见表4。

表4 多粒径复合纤维防漏失堵剂组分及性能

2.1.1 堵剂质量分数优选

纤维超细水泥是堵剂的主体材料，其质量分数是影响堵剂强度的主要因素，用清水分别配制质量分数为62%、65%、67%、69%的堵剂浆体，在50 ℃下养护72 h，用抗压强度仪测试抗压强度。实验结果见表5。

表5 不同纤维超细水泥质量分数堵剂抗压强度

从表5实验结果可以看出，随着质量分数增大，堵剂抗压强度增加，总体上能达到20 MPa 以上，考虑堵剂的流动性，优选堵剂质量分数为62%～67%。

2.1.2 暂堵颗粒用量优选

暂堵颗粒粒径较大，对堵剂体系的悬浮性能和抗压强度影响较大。通过考察堵剂悬浮性能和抗压强度性能评价实验，对暂堵颗粒用量进行优化。首先用清水配制质量分数为65%的堵剂浆体，然后再加入暂堵颗粒，暂堵颗粒用量分别为纤维超细水泥质量的5%、10%、15%、20%，搅拌均匀备用。

1）堵剂的悬浮稳定性实验。在常温下将配制好的堵剂放入比色管中静置24 h，观察暂堵颗粒的沉降情况。实验结果见表6。

表6 堵剂的悬浮稳定性实验结果

2）在60 ℃下堵剂模块养护72 h 测抗压强度。实验结果如图3所示。

图3 不同暂堵颗粒加量对堵剂强度的影响

从图3 可以看出:暂堵颗粒用量在5%～10%时，堵剂悬浮稳定性好，性能均一，抗压强度大于20 MPa,堵剂具有良好的稳定性和抗压强度。

通过实验确定多粒径复合纤维防漏失堵剂配方为：纤维超细水泥复合材料质量分数为62%～67%，暂堵颗粒用量为纤维超细水泥质量的5%～10%。

2.2 防漏失性能评价

室内采用可视砂床漏失评价仪装置，在装置底部装入0.4～0.8 mm石英砂，分别将G级油井水泥浆、纤维水泥浆、多粒径复合纤维防漏失堵剂倒入，加压0.7 MPa,每5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min 测堵剂漏过砂子的体积，记录数据。体积越大，表明堵剂在模拟疏松砂岩储层驻留能力越差，防漏失效果越差。实验数据如表7所示。

表7 砂床漏失性能评价对比实验

从实验数据可以看出，相比G 级油井水泥和纤维水泥浆，多粒径复合纤维防漏失堵剂在漏失15 min后，堵剂在漏层表面已形成低渗屏蔽带，漏失速率明显减缓，半小时漏失量与水泥类堵剂相比降低40%以上,表明多粒径复合纤维防漏失堵剂具有较好地快速暂堵防漏失能力。

3 现场试验

2016—2019 年大港港西、港东、羊三木油田等注聚区块现场试验6 口井，其中从注聚井封堵聚窜通道3 口，从油井端封堵聚窜通道3 口，成功率100%，有效率100%，聚合物窜流现象得到有效抑制，油井累计增油3 150 t，平均有效期达1年以上。

3.1 港西油田注聚区块G-1注聚井

G-1 井于2014 年12 月开始注聚，2015 年11 月与对应油井发生聚窜，导致G-1 注聚井多次停注，无法完成正常注聚量。

根据该井生产动态分析，G-1 注聚井组存在明显聚窜通道，常规的聚合物凝胶+颗粒的调剖工艺不能对聚窜通道形成有效封堵，为提高封窜成功率，延长封窜有效期，采用无机矿聚物溶胶深部封窜工艺：正挤无机矿聚物溶胶深部封窜剂13 m3；挤注完成后油套管过量顶替，实现对孔道的深部封堵，同时避免近井堵塞和井筒留塞；施工期间对应油井开井，施工后立即关井。

2016年11月对G-1井聚窜通道实施封堵，施工后恢复正常注聚，对应油井井口聚合物浓度由封窜前的690 mg/L降到67 mg/L，有效期长达2年。

3.2 羊三木油田注聚区块Y-2油井

Y-2 井为羊三木油田注聚区一口油井，2018 年9 月因高含水关井，井口检测聚合物浓度为1 010 mg/L。地质分析该井对应一注聚井发生聚窜，导致油井水淹关井。

Y-2井储层正韵律沉积，非均质强，长期注水注聚冲刷，油层底部容易形成优势渗流通道，采用油井水泥封层复射工艺措施有效期短，为实现对聚窜通道深部高强度封窜目的，该井采用无机矿聚物溶胶深部封窜剂+多粒径复合纤维防漏失堵剂封口的长效封堵工艺：挤注30 m3无机矿聚物溶胶深部封窜剂封堵地层深部窜流通道，扩大封堵半径；挤注10 m3多粒径复合纤维防漏失堵剂封堵近井地带；油层上部重复射孔。

Y-2 井2019 年8 月实施油水井间聚窜通道封堵，施工前该井日产水86.6 m3，日产油0.91 t，施工后日产水29.7 m3，日产油3.51 t，日产水量大幅下降，日产油稳定在3 t左右。

4 结论及建议

1）无机矿聚物溶胶深部封窜剂的岩心突破压力大于3.6 MPa，正、反水驱2PV 后压力未见明显变化，具有较好的承压能力和耐冲刷性能，可实现对聚窜通道的深部封堵。

2）多粒径复合纤维防漏失堵剂的抗压强度大于20 MPa，漏失量与水泥类堵剂相比下降40%以上，具有防漏失性能，可以满足疏松砂岩油藏注聚区油井近井地带高强度封堵的需要。

3）在大港港西、港东、羊三木油田注聚区块完成6 口试验井，封窜成功率100%，聚合物窜流得到有效抑制，油井累计增油3 150 t，平均有效期达到1年以上。有效改善了注聚井聚驱效果，提高了注聚受益油井产量。

4）建议注聚区块油水井组整体进行聚窜通道治理，提升区块的整体开发效果。