MSPT 自愈合微膨胀封窜技术在渤海的应用

董海宽，王昆剑，张尚锋，罗晓青，陈 浩，赵 亮，肖 寒

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300450；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300450；3.中海油田服务股份有限公司天津分公司，天津 300450）

1 应用背景

目前海上部分油井在对潜力砂体上返补孔作业时会遭遇管外固井质量差的情况，导致不得不放弃该砂体的动用，造成极大的产能损失。如何在射孔前使管外固井质量差的补孔井段达到固井质量合格，使该井段正常补孔生产是急需要解决的问题。

2 MSPT 自愈合微膨胀封堵技术作用机理和优点

2.1 MSPT 主要成分和堵剂配方

MSPT 主要成分：硫铝酸盐、磷酸盐、增强剂、增韧剂、活性充填剂。

配制配方：MSPT 堵剂+0.5%缓凝剂+0.1%消泡剂。

2.2 作用机理[1，2]

2.2.1 形成互穿网络结构 堵浆进入漏层（漏点时）在压差作用下，堵浆的各种组分发生复杂的化学反应和协同增效，堵浆快速形成互穿网络结构，形成特殊的流态，堵浆中的其他组分，就能充填密实网络结构中的空隙之中，堵浆就具有耐冲刷能力，就具备了驻留性能。

2.2.2 膨胀作用 MSPT 堵剂水化反应的产物有C4AH19、C4AH13、C2PH8 和C3PH6 等多种水化铝酸盐、水化磷酸盐，这些水化产物大多数呈六角片状，在一定时间内，它转变成稳定状态的C3AH6、C3PH6（立方晶体），这就占据较大的晶格空间，产生晶格膨胀。

2.2.3 自愈合作用 堵浆在动态养护条件下，界面上结晶是完好的棒状的钙矾石晶体，在钙矾石晶体下方，可见部分无定形的水化产物已被溶蚀，露出新鲜表面，在这新鲜表面上，生成了大量纤维状CSH 凝胶水化产物。

这些水化产物，消除了界面的有害过渡带，使界面具有很强的抗高压流体冲蚀的能力，这就是堵剂界面自愈合作用，这种作用从根本上提高了封堵质量，提高了界面胶结强度，延长了界面强度的持续性。

2.3 MSPT 封窜技术使用的堵剂性能和优点

2.3.1 堵剂性能

（1）驻留性：MSPT 堵浆在进入封堵层后，在很短的时间里（室内测试18～35 s）就能形成耦合式网状结构，有很好的驻留性，这时，就可以起压6～8 MPa；这种特性，说明MSPT 堵浆可以在工程上实现不同物性地层的“笼统封堵”。

（2）抗温性：MSPT 堵浆的抗温性，受到配套的缓凝剂抗温性的限制，目前最高达到200 ℃左右；且MSPT堵剂随温度的增加封堵强度变强，温度越高封堵效果越高（见图1）。

图1 抗温性图

（3）韧性（三轴应力分析）：堵浆具有较高的泊松比和较低的弹性模量值，即堵浆固化体具有很好的抗三维应力的作用，能够满足现代固井技术的要求。中石油固井水泥浆标准要求弹性模量小于5 500 MPa，为合格水泥浆体系（见表1）。

表1 三轴应力分析

（4）配制的堵浆流动性和稳定性好，挤注压力低，固化时间易于调整（见表2）。

表2 流动性实验数据

（5）堵剂固化体的封堵强度优于常规堵剂以及油井水泥。

2.3.2 堵剂的优点

（1）具有抗窜性：堵剂进入漏层，能有效地驻留，使堵浆注入量减少，堵浆在封堵层不返吐，封堵成功率大大提高[3]。

（2）具有很高的界面胶结强度：提高界面胶结，增强封堵强度，提高了封堵的有效期和对增压注水等高压作业的承受能力（≥25 MPa）。

（3）具有很好的抗盐性能：无论单独无机盐或复合盐，其矿化度不同的地层水对堵剂的强度几乎没有影响，即高强度微膨堵漏剂有抗盐的能力（饱和盐水）。

（4）具有很好的抗高温能力（25～200 ℃）。

（5）微膨胀性：开放膨胀率1.8%～4.5%，API 固化体膨胀率0.3%～0.8%。

（6）抗污染：抗H2S 高达25%以上；抗CO2高达30%以上。

（7）耐酸蚀：固化体耐8%～16%HCl 腐蚀，酸溶率0.5%以下。

（8）具有很好的施工性能：通过重点解决堵浆的悬浮稳定性和稠化时间控制的可靠性问题，堵剂做到了停留在井筒内的堵浆在预定时间内不会形成强度，而堵浆一旦进入漏失地层就能够快速形成互穿网络结构和强度，提高了施工的安全性。

3 现场应用

3.1 曹妃甸油田11-6D10H 井面临的问题

3.1.1 生产简况及存在的问题 11-6D10H 井是一口水平井，完钻井深2 255 m，完钻垂深1 500.3 m。该井于2007 年1 月25 日完井投产，该井为Y 型管柱，日产油10 m3左右，含水80%以上。因此考虑在保留该井原水平段的条件下，对过路油层采取上返措施，获得更高产能。

3.1.2 上返措施遭遇的问题

（1）油藏地质上返要求：对11-6D10H 井实施上返补孔作业，开发明化镇组未动用储量，提高油井产能。

（2）上返拟射孔层测井解释（见表3）。从测井解释资料中得到，上返层位1 186.6～1 194.4 m、1 200.2～1 211.0 m 的上部有1 166.1～1 179.2 m 的水层，且水层底界与上返层顶界只有7.4 m（斜深），垂深只有6.8 m。

表3 上返补孔数据表

（3）上返井段固井质量问题：从SBT 固井质量测井资料中显示上返补孔段附近套管外的水泥胶结质量差（见表4）。

表4 上返补孔段套管质量

3.2 封窜技术的选择

根据上述上返层射孔井段附近存在的水层以及固井质量问题，如果直接进行射孔，将存在地层水窜入上返层，导致上返层水淹。

由于常规堵剂固化体易收缩，封堵后出现新的微裂缝，与地层渗透率的匹配关系难以掌握，封堵效果不好，制约其在油田的推广应用；由于受到工艺技术、使用效果、使用有效期、施工安全性能差等因素的限制，许多油、水、气井的套漏、窜槽、漏失、出水等问题不能及时有效的得到解决。针对以上问题，研究利用MSPT自愈合微膨胀封窜技术，在上返层射孔前，用堵剂封堵上返层附近的窜槽通道以及在水层和上返层之间挤入堵剂隔板，来彻底解决上返层水窜问题。

3.3 11-6D10H 井封窜工艺设计及施工

（1）通井刮管至1 890 m 左右；

（2）在1 265 m 处下封隔器验套20 MPa，合格；

（3）在1 265 m 左右下顶部封隔器，坐封合格；再填25 m 左右陶粒；

（4）在1 177～1 181 m、1 125～1 129 m 处，工程射孔，孔密16 孔/米；

（5）下挤堵管柱至1 000 m 左右，测试吸水指数；根据吸水指数，确定配制堵浆的密度和用量；关井，正挤前置液、堵浆、后置液；正挤堵浆液面至1 065 m 左右；关井口，开套闸，反推堵浆至1 145 m 左右；

（6）憋压关井候凝72 h；钻塞至1 239 m 左右，井筒试压17 MPa，15 min 不压降为合格。

3.4 效果评价及分析

3.4.1 按测井解释分析封窜效果 从SBT 测井图可以得到，在封窜井段，封窜前管外固井质量差，封窜施工后，管外窜固井质量优。说明MSPT 封窜技术在该井应用中有很好的封窜效果。

3.4.2 按生产情况对比分析封窜效果 从图2 可以得到：封窜后日均含水率下降值为6.66%。由此可见，该井通过封窜技术措施，完全超过标准规定的评价指标，取得非常好的增油效果和封窜效果。

图2 单井生产曲线

按SY/T 5874-2003 行业标准“油井效果评价方法”来评价封窜效果，按照该标准取值，封窜施工前，该井30 d 的日均产油9.51 m3、日均含水率81.16%；措施后，生产30 d 的日均产油28.57 m3、日均含水率74.50%；那么封窜后日均增产油量19.06 m3；从单井生产曲线可以得到：措施后，日产油明显升高，最高日产油达到38.18 m3。

4 结论

MSPT 自愈合微膨胀封窜技术在11-6D10H 井取得了初步成功，封窜效果非常好，管外封窜后固井质量优，增油效果明显，还有很好的降水效果。

MSPT 自愈合微膨胀封窜技术为解决类似因套管固井质量不合格而无法直接实施上返补孔的问题提供了强有力的技术支撑，为提高油、气井老井利用率提供了技术保障；该技术的成功应用也为油、气井卡层、套损井治理等多种复杂情况处理提供了技术手段。