水平井多介质调剖技术及应用

蒋立明，敬思伟，刘欢，蒙延冲，宋栋(新疆油田重油开发公司，新疆 克拉玛依 834000)

0 引言

本项目采用水平注水的方式，它是近年来逐渐普及的石油开采优化技术，它能够水平井能够有效增加水下油田的泄油面积，将油田潜能充分发挥出来，在一定程度上提高油井采油效率。但实际应用环节，由于水平井自身存在水重力分异、粘性指进及水平井段长、不同区域原油渗透性差异较大等问题，使得原油含水上升速度较快、注入压力高、注入工艺难，影响油田后期增产效果。

1 项目实验背景

某地下油藏采用蒸汽热采开发模式，其完钻开发井838口，包含40多口水平井。现阶段还在开采的水平井为23口，且以蒸气吞吐为主的开采模式在项目开发中后期，其含水量超过了85%，严重影响油田产油效率，平均日产油小于1.3 t，需要选择新的水平井开发方式，用以提升石油开采作业效果。

2 工艺原理介绍

通过多介质辅助蒸汽吞吐进行水平井调剖堵水，能够在注水井进行封堵高渗透层，通过调整吸水剖面，或直接从采油井进行封堵高渗透层时，可减少油井产水，从而提高油田石油开采速度。它在水平井注入蒸汽前就开始尿素溶液反应，并在井下环境中水解生成二氧化碳和氨气，在这两种气体进入地下层后，能够部分溶于原油液体中，使得原油在自身质量不变的情况下体积膨胀，增强内部动能。而未能溶入原油液体中的二氧化碳和氨气，会充满地层中的孔隙，从而增强蒸汽波的体积，提高原油回采效率。并且氨气与原油融合过程中，能够在表面生成活性剂，降低原油表面张力及残余油饱和度，减少原油启动压力，提高驱油效率。而二氧化碳极易溶于水中，可以改善原油相渗情况，从而降低原油粘度，提高原油的流动能力。并且二氧化碳和氨气注入完成后，原油表面的活性剂能够防止蒸汽自由流窜，起到扩大蒸汽波体积的效果[1]。

3 技术实施要求

其一，事先在60～70℃的热水环境中进行尿素融化，控制热水与尿素的比例为2:1。其二，分别进行四口水平井的药剂注入后，再统一进行蒸汽注入，其注入量要根据项目吞吐设计方案执行。其三，在水平井多介质调剖技术施工环节，要持续进行井下气体浓度检测，并且24 h连续采点进行计量注汽量；若尿素溶液缓解析出大量氨气及二氧化碳，将极易造成气体中毒事故。其四，调剖堵水环节要根据单井轮次注采情况，对蒸汽注入量进行适当调整。其五，堵水环节要对水平井取套管气样数据、油样水样进行分析，按照项目要求对原油进行加测取样。其六，项目注汽、采油生产数据的录取标准，要严格遵循国家对相关行业制定的SY/T 6102—2000《稠油油藏注蒸汽开发动态监测录取资料的内容及要求》。其七，实验项目中尿素遇水在高温下会分解出二氧化碳和氨气，密闭环境中这两种气体存在一定的毒性，若产出液中含有少量的NH4+，则出井口有可能会析出氨气，所以需要完善项目监测与环保工作[2]。

4 水平井多介质调剖技术及应用效果探讨

4.1 井下探测

水平井技术主要应用于稠油油藏或是渗透力较低的油藏环境中，能够有效降低石油开采难度，提高石油开采效率。同传统直井开采技术手段比较而言，水平井多介质调剖技术具有较为明显的开采优势，在世界各地油田开采项目中发挥着重要作用。水平井多介质调剖技术在进行井下探测作业时，不能在过程中出现表套，针对某些坡度较大的或是完全水平的地段，需要利用湿接头进行对接，并且等到方钻头连接工作完成后，在利用加压的方式输送母枪。等到方钻杆拆除工艺完成后将整个钻具输送到井下进行测井作业。由于泵送油管测井技术在作业过程中的加压力度较大，若钻机质量及操作工艺得不到保障，将有可能出现加压事故。要将母枪输送的速度尽量保持在3 500～5 600 m/h的额定范围内，且泥浆泵的泵压要小于12 MPa，但在实际探测作业环节，常会发生因钻机性能不稳定造成公母枪对接失败的情况。此外，在水平井多介质调剖技术应用环节，还要考虑到原油性能对整个设备的影响，在水平井泵送的过程中，原油中若出现了杂物沉淀，在油井输送环节便会造成杂物堵塞，同样导致公母枪对接失败。若堵塞情况严重，还有可能会对水平井测井工具造成直接损坏，从而导致井下探测作业失败。

4.2 优化技术

在注气环节，二氧化碳和在水平井下环境中会转化为超临界状态，呈现为气体、液体双重状态共存特定，自身具备较强流动性。当其作为水平井调剖填充介质时，能够在最短时间内填充完整个蒸汽腔，并且在低压区域内构成气体堵塞，此时进行蒸汽注入，基于蒸汽向未动用区波及的特性，能够有效提高蒸汽波体积。且石油回采阶段，由于原油中还存在着一定量的二氧化碳，在水平井下压力下降后，原油中储存的二氧化碳会以气泡的形式存在，在回采时弹性能量增大，提高油井产量。根据二氧化碳的自身特性可知，其在稠油中的溶解度同压力呈正相关，而与温度呈负相关。并且二氧化碳的比热容与导热系数都远小于水蒸汽，在完成二氧化碳介质填充作业后，同一水平井下环境中，能够降低蒸汽消散量，从而提高水平井调剖热效率，减少热量动能损失。由于该实验原油闭口闪点为120～150 ℃，为丙类火灾危险物质，存在一定火灾隐患，且多介质的组成成为多为非烃，存在一定的毒性，对工作人员健康和环境有危害，所以要控制融化尿素时水温不超过80 ℃。氨气与原油融合过程中，会形成表秒活性剂，它能够有效降低井下原油与土地岩石之间的张力，增强自身洗油效率。并且在这种状态下，二氧化碳会通过气泡的形式占据孔喉的中间位置，将油滴挤压到边缘地带，多个分散油滴汇聚形成石油带，产生流动势能，提高洗油效率[3]。

4.3 压裂酸化

20世纪四五十年代，工人在进行油田中的碳酸盐岩的开采作业中逐渐发现酸化压裂开采方法的局限性，但考虑到其自身的优势，只能继续使用这种方法进行开采作业。到了20世纪七八十年代，在科学人员的努力测试下，加砂压裂的增产模拟使得酸化压裂的适用性得到了改善，并在20世纪末实现了油田压裂酸化作业的完整化流程，能够有效提高水平井多介质调剖效率。油层压裂技术主要是利用水的冲击力，在油层中劈开一条缝隙，并利用支撑剂阻碍油层复原，从而提高油田调剖堵水效率。而油层酸化技术要求在水平井多介质调剖作业施工前，配置好能够与油层进行反应的酸液，在与油层的化学作用下，溶解掉其中的杂质以及难以渗透的物质，从而达到地层渗透的目的。

4.4 项目防腐

水平井多介质调剖堵水作业环节，水蒸汽带来的温度变化会对石油开采设备腐蚀效果，这种腐蚀反应常发生在碳钢设备区域，如：空冷设备、分离器、脱硫化氢汽提塔换热器等，其共同特点为自身温度变化较大，且内部含水量较高，存在良好的电化学腐蚀条件。并且这些部位设备的硬度较高，其晶格结构与普通设备不同，存在易于发生腐蚀反应的特征。而高温蒸汽区域中，其工艺设备腐蚀主要存在于设备表面腐蚀或点蚀效果，两种腐蚀共同存在的情况也较为普遍。由于水平井的特殊环境，在多介质调剖堵水技术作业环节容易产生局部结垢现象，长时间的污垢积累将加剧设备腐蚀效果，其根本原因在于结垢后设备电极电位出现了变化，提高电化学腐蚀效率[4]。

4.5 装填堵水剂

化学剂技术是调剖堵水作业中发展较为成熟的手段，通过对堵水剂作用于不同介质油层与水层的堵塞效果，分级装填堵水剂能够有效降低系统压差，借助不同规格、不同强度的填料或者保护剂，在保证堵水剂的使用序列基础上，将整个堵水床层进行装填，从而降低床层空隙，完成油层与水层的封堵作业。此外，在堵水剂装填时，将堵水剂根据活性的程度排列，以降低生成焦炭的速度，能够有效降低水平井内部的污染度，避免堵塞床层，采用分层装填堵水剂，减轻反应器压差程度。常见的水平井多介质调剖堵水剂根据堵截对象可分为非选择性堵水剂与选择性堵水剂，其判断依据是对油层堵截效果，二者都能对原油中的水起作业，但非选择性堵水剂能够在封堵水层的同时封堵油层。

4.6 应用效果分析

2020年6月—10月，该水平井开发项目根据项目设计方案要求，共注入复合调剖剂838 m3、尿素420 t，完工效果满足预期指标。水平井多介质调剖技术应用后，整个井内轮次平均注汽压力均上升0.79 MPa，符合项目方案标准要求。在多介质复合调剖剂注入完工1～1.5 h内，整个水平井下环境中的压力较为平稳，虽然不同水平井的压力变化情况会出现一些变化，但其整体趋势仍保持一致。同传统蒸汽调剖技术相比，多介质调剖技术的应用能够有效提高注气量，施工完成后井内气压显著升高，使得水平井喷期延长。就目前已有10口水平井的实验效果来看，通过对多介质复合调剖项目实验，能够降低水平井内蒸汽在高渗地层的窜流，起到蒸汽转向、扩大蒸汽波及体积的作用，为石油开采项目后期降本增效作业提供了技术支持。

5 结语

油矿开采是我国的支柱型产业项目，关系着国家发展及现代化改革进程，如何保证石油开采工艺质量，提高油田开采效率，是我国石油产业发展的根本路径。进行水平井多介质调剖技术及应用效果研究，基于水平井的井型结构、水平注水渗流规律、调剖剂的性能特点等要素，完善试验项目细则，能够有效提高水平井石油开采效率，降低资源浪费，完善资源管理体系，针对水平井石油开发项目进行优化。