樁1塊篩管完井水平井堵水劑篩選及評價(jià)

張冬會

（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營 257000）

樁1塊篩管完井水平井堵水劑篩選及評價(jià)

張冬會

（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營 257000）

根據(jù)篩管完井水平井出水類型的不同，室內(nèi)開展了與之相適應(yīng)的堵水劑的篩選及評價(jià)。以樁1塊為例，篩選、評價(jià)了水分散乳液聚合物凝膠、相滲調(diào)節(jié)劑和油溶性樹脂三類水平井堵水劑。這三類堵水劑分別屬于聚丙烯酰胺類、陰陽離子表面活性劑類和合成樹脂類。結(jié)果表明：水分散乳液聚合物凝膠可用于中高滲透油藏點(diǎn)狀出水出水水平井堵水，油溶性樹脂可用于高滲透油藏線狀出水水平井堵水，相滲調(diào)節(jié)劑可用于中低滲油藏線狀出水水平井堵水。上述三種堵水劑可以為與樁1塊類似的油藏條件篩管完井水平井堵水提供借鑒。

篩管完井；水平井；堵水劑；水分散乳液聚合物；相滲調(diào)節(jié)劑；油溶性樹脂

近5年來，勝利油田新鉆水平井主要以篩管完井為主，占新鉆水平井總數(shù)的75%以上。因此，開展篩管完井水平井堵水的研究十分必要[1]。調(diào)研表明，針對篩管完井水平井堵水劑篩選及評價(jià)研究報(bào)道較少[2]。

勝利油田樁1塊油藏埋深1 600 m左右，溫度70℃，地層水礦化度8 000 mg/L，屬常規(guī)稠油油藏。目前，樁1塊水平井出水類型主要有點(diǎn)狀出水和線狀出水兩種。點(diǎn)狀出水水平井要求堵水劑有較高的強(qiáng)度，可以通過濾砂管，耐剪切；線狀出水水平井要求堵劑有較高的油水選擇性[3]。

室內(nèi)針對樁1塊中高滲透油藏篩管完井水平井點(diǎn)狀出水類型，篩選出了水分散乳液聚合物凝膠；針對中低滲油藏線狀出水水平井，篩選了相滲調(diào)節(jié)劑；針對高滲透油藏線狀出水水平井，篩選了油溶性樹脂。通過室內(nèi)研究，三種堵水劑可以滿足樁1塊篩管完井水平井出水類型的堵水要求。

1 水分散乳液聚合物凝膠體系評價(jià)研究

經(jīng)過室內(nèi)篩選，水分散乳液聚合物凝膠具有水平井堵水所需的優(yōu)良特性。凝膠體系由水分散乳液聚合物和XL-2型有機(jī)鉻交聯(lián)劑組成，該體系交聯(lián)前體系黏度較低，易于注入，交聯(lián)黏度大于100 mPa·s，對非均質(zhì)地層具有選擇性。水分散乳液聚合物不僅具有耐溫耐鹽性好、交聯(lián)增黏比高等常規(guī)聚合物所具備的性能外，還具有溶解時(shí)間快（<15 min）、溶解完全且不產(chǎn)生“魚眼”、流動性好的特點(diǎn)。水分散乳液聚合物主要性能指標(biāo)見表1。

表1 水分散乳液聚合物主要性能指標(biāo)

1.1 水分散乳液聚合物溶解時(shí)間

水分散乳液聚合物溶解時(shí)間測定方法采用電導(dǎo)率法，實(shí)驗(yàn)過程如下：制備5 000 mg/L水分散乳液聚合物溶液，將電導(dǎo)率儀探頭放入溶液中，每隔1 min讀取一次溶液電導(dǎo)率值，直到電導(dǎo)率數(shù)值5 min內(nèi)保持不變?yōu)橹埂?/p>

水分散乳液聚合物溶于樁西油田樁1塊污水中，初期污水導(dǎo)電能力強(qiáng)，隨著水分散乳液聚合物的不斷溶解，導(dǎo)電能力下降，最后趨于平穩(wěn)，拐點(diǎn)即為聚合物的溶解時(shí)間，電導(dǎo)率法測得的結(jié)果見圖1所示。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，水分散乳液聚合物在污水中的溶解時(shí)間低于15 min，有利于現(xiàn)場快速配制。

1.2 水分散乳液聚合物抗剪切性

采用樁1塊污水水分散乳液聚合物溶于污水中，濃度分別為1 500、2 000、2 500 mg/L，將聚合物溶液在0.5 MPa氮?dú)庾饔孟峦ㄟ^防砂器材，測量經(jīng)防砂器材剪切后的溶液黏度。結(jié)果見表2。

圖1 溶解時(shí)間測試結(jié)果

圖2 不同交聯(lián)劑濃度下交聯(lián)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（樁1塊污水，70℃）

表2 水分散乳液聚合物溶液抗剪切性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明，水分散乳液聚合物具有較強(qiáng)的抗剪切性，同時(shí)隨著聚合物濃度的增加，黏度保留率呈下降的趨勢，水分散乳液聚合物剪切黏度保留率在80%以上，可以滿足篩管完井水平井堵水對堵劑抗剪切性能的要求。

1.3 水分散乳液聚合物凝膠配方優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

配方優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法如下：采用樁1塊污水溶解水分散乳液聚合物，溫度為70℃，水分散乳液聚合物濃度分別為1 500、1 800、2 000、2 200、2 500、3 000、4 000 mg/L，XL-2型有機(jī)鉻交聯(lián)劑濃度為800、1 000 mg/L。在一定濃度水分散乳液聚合物溶液中加入XL-2型有機(jī)鉻交聯(lián)劑，搖勻，置于70℃恒溫箱中72 h。水分散乳液聚合物溶液黏度用RS150流變儀旋轉(zhuǎn)模式測定，交聯(lián)體系黏度用RS150流變儀振蕩模式測定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在樁1塊污水條件下，水分散乳液聚合物和XL-2型有機(jī)鉻交聯(lián)劑能夠發(fā)生有效交聯(lián)，體系增黏效果明顯，隨著聚合物濃度和交聯(lián)劑濃度的升高，體系黏度增大。

考慮到礦場水平井堵水對堵劑強(qiáng)度的要求，結(jié)合上述室內(nèi)評價(jià)結(jié)果，確定水分散乳液聚合物凝膠體系配方為：水分散乳液聚合物濃度大于4 000 mg/L，XL-2型有機(jī)鉻交聯(lián)劑濃度大于1 000 mg/L。在該配方濃度下，體系成膠黏度為1 500 mPa·s，可以滿足中高滲透油藏點(diǎn)狀出水水平井對堵劑強(qiáng)度的要求。

1.4 水分散乳液聚合物凝膠熱穩(wěn)定性

采用樁1塊污水溶解水分散乳液聚合物，聚合物濃度為2 000 mg/L，交聯(lián)劑濃度為1 000 mg/L，溫度為70℃，成膠后在70℃下保存180天，黏度保留率仍大于70%（圖3）。

圖3 水分散乳液聚合物凝膠體系熱穩(wěn)定性曲線

2 相滲調(diào)節(jié)劑的評價(jià)研究

相滲調(diào)節(jié)劑體系通過改變巖石表面潤濕性，增加水的流動阻力等效應(yīng)不等比降低油水相滲透率。相滲調(diào)節(jié)劑具有以下幾個性能：（1）能夠比較牢固地吸附在需要控水的地層；（2）相滲調(diào)節(jié)劑分子遇到水會舒展開，形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增大水分子的通過阻力；（3）遇到原油分子時(shí)，相滲調(diào)節(jié)劑分子體系收縮，減小原油通過的阻力；（4）相滲調(diào)節(jié)劑分子在較為苛刻的地層環(huán)境中能夠穩(wěn)定存在而不發(fā)生分解；（5）相滲調(diào)節(jié)劑分子能夠引起巖石表面的潤濕反轉(zhuǎn)，從而使原油分子無法吸附在巖石表面。

相滲調(diào)節(jié)劑具有優(yōu)良的油水選擇性，可以滿足中低滲油藏、線狀出水篩管完井水平井選擇性堵水的要求，為此，室內(nèi)開展了相關(guān)的評價(jià)研究。

2.1 評價(jià)方法

2.1.1 試驗(yàn)設(shè)備與材料

巖心實(shí)驗(yàn)流動儀，壓力傳感器和壓力表，利用石英砂填裝成不同滲透性的人工巖心，原油，煤油，模擬地層水（礦化度為8 000 mg/L）等。

從巖心的孔隙率、滲透性、巖石內(nèi)表面潤濕性、試驗(yàn)溫度等方面盡可能地模擬油層。

2.1.2 試驗(yàn)程序

（1）水相滲透率改變率的測定

測堵前水相滲透率，反向注入1PV 0.5%的相滲透調(diào)節(jié)劑，靜止24 h，正向注入模擬地層水，測堵后水相滲透率。

（2）油相滲透率改變率的測定

測堵前油相滲透率，反向注入1PV 0.5%的相滲透調(diào)節(jié)劑，靜止24 h，正向注入模擬油，測堵后油相滲透率。

2.2 水相滲透率封堵率及油相恢復(fù)率的測定

2.2.1 油相滲透率的改變率

試驗(yàn)用填砂管的參數(shù)見表3，試驗(yàn)溫度70℃，相滲調(diào)節(jié)劑體系注入流量為2 mL/min。油相滲透率下降率為25%（堵油率），試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 填砂管的參數(shù)

表4 試驗(yàn)結(jié)果

表5 填砂管的參數(shù)

2.2.2 水相滲透率的改變率

試驗(yàn)用填砂管的參數(shù)見表5，試驗(yàn)溫度70℃，相滲調(diào)節(jié)劑體系注入流量分別為2 mL/min和5mL/min。水相滲透率下降率為90.3%和95.5%（堵水率），試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 試驗(yàn)結(jié)果

由上述實(shí)驗(yàn)可以看出，該相滲透調(diào)節(jié)劑可以對水起到有效的封堵作用，同時(shí)，對油相的封堵率很低。因此，該相滲透調(diào)節(jié)劑可以起到有效的調(diào)節(jié)水相滲透率的作用，其性能指標(biāo)符合選擇性堵劑的要求，滿足試驗(yàn)區(qū)中低滲油藏線狀出水對堵劑的要求。

3 油溶性樹脂的評價(jià)研究

油溶性樹脂是一種合成樹脂材料，具有遇油溶解遇水不溶解的特性，是一種理想的選擇性堵劑材料，其主要性能見表7。油溶性樹脂本身具有一定強(qiáng)度，注入地層后，優(yōu)先進(jìn)入高孔高滲地層實(shí)施封堵。在油井生產(chǎn)過程中，遇油可溶解，遇水則不發(fā)生反應(yīng)。油溶性樹脂的上述特點(diǎn)，可以滿足高孔高滲油藏篩管完井水平井選擇性堵水要求，為此，室內(nèi)開展了相關(guān)評價(jià)研究。

表7 油溶性樹脂主要性能指標(biāo)

3.1 粒徑分布

采用激光粒度儀器對油溶性懸浮液進(jìn)行了粒度分析，分析結(jié)果見圖4。

從圖中可以看出，在油溶性樹脂懸浮液中，粒徑在3 ~ 8 μm的固體微粒占體系的83%，也是體系的主要組成部分，體系中的一小部分固體微粒不在此范圍內(nèi)，其中，大于8 μm占8%，小于3 μm的占9%。以滲透率為3 μm2為例，公式計(jì)算可得，平均孔喉直徑在18 μm左右，依據(jù)架橋理論，研制的油溶性樹脂可以對高滲透線狀出水水平井實(shí)現(xiàn)架橋封堵。

3.2 防砂管通過性實(shí)驗(yàn)

目前樁1塊水平井完井方式以篩管為主，因此油溶性樹脂懸浮液通過濾砂管能力是一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。

油溶性樹脂懸浮液通過濾砂管能力實(shí)驗(yàn)在普通管式填砂巖心管中進(jìn)行。在巖心管出口端面安裝網(wǎng)孔直徑為50 μm的雙層篩網(wǎng)，驅(qū)動壓力由氮?dú)馄拷?jīng)過減壓閥提供，將油溶性樹脂懸浮液配制成不同濃度后裝入中間容器，加壓后收集出口端流出液。稱取相同質(zhì)量的原液與流出液，測其固含量，求取通過率。變換驅(qū)動壓力與濃度，重復(fù)上述過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表8。

圖4 油溶性樹脂粒度分析結(jié)果

表8 不同壓差和濃度下油溶性樹脂懸浮液通過濾砂管能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表中數(shù)據(jù)看出，油溶性樹脂懸浮液在濾砂管中具有良好的通過性。濃度10%~15%在壓差大于0.2 MPa時(shí)，均能通過網(wǎng)孔50 μm雙層篩網(wǎng)；壓差為0.05 MPa時(shí)，濃度為10%的油溶性樹脂篩網(wǎng)透過率大于98%，濃度為15%的油溶性樹脂篩網(wǎng)透過率大于97%。由此看來，油溶性樹脂可以滿足高滲透油藏濾砂管完井水平井線狀出水的選擇性堵水要求。

3.3 選擇性評價(jià)

為了考察油溶性樹脂懸浮液的選擇性封堵能力，在室內(nèi)開展了巖心實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與條件：實(shí)驗(yàn)用油溶性懸浮液，濃度10%，用清水稀釋原液制得；實(shí)驗(yàn)溫度為70℃；實(shí)驗(yàn)用巖心均為人造巖心，其中5號巖心和6號巖心均為人造填砂巖心，驅(qū)替用水為模擬地層水，礦化度8 000 mg/L；驅(qū)替用油為模擬油，主要成分以煤油為主。

實(shí)驗(yàn)過程：將巖心接入流程，飽和水，測量孔隙體積，穩(wěn)定后測水相滲透率Kw1（約定為正向）；正向飽和油，建立束縛水飽和度，測油相滲透率Ko1；正向注水至含水98%；反向注入10%的油溶性樹脂懸浮液1PV；正向注水至流動狀態(tài)穩(wěn)定，測滲透率Kw2；正向注油至流動狀態(tài)穩(wěn)定，測滲透率Ko2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 封堵效果及恢復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，不同滲透率的巖心封堵率D均大于96%；在反通模擬油時(shí)，油溶性樹脂被油緩慢溶解后，滲透率恢復(fù)值H可達(dá)95%以上。由此可見油溶性樹脂是一種優(yōu)良的針對高滲油藏線狀出水水平井選擇性堵水劑。

4 結(jié)論及認(rèn)識

（1）在目前樁1塊水平井堵水礦場條件下，為了滿足篩管完井水平井堵水對堵劑的要求，篩選了水分散乳液聚合物凝膠、相滲調(diào)節(jié)劑及油溶性樹脂三種堵劑體系，體系可以滿足篩管完井水平井選擇性堵水要求。

（2）水分散乳液聚合物凝膠體系，可用于中高滲透油藏點(diǎn)狀出水水平井堵水。

（3）油溶性樹脂遇油溶解、遇水穩(wěn)定，選擇性封堵性能好，可用于高孔高滲油藏線狀出水水平井堵水。

（4）相滲調(diào)節(jié)劑體系具有相滲調(diào)節(jié)功能，自身黏度低，可用于中低滲油藏線狀出水水平井堵水。

[1] 李宜坤，胡頻，馮積累，等.水平井堵水的背景、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2005，27(5):757-761.

[2] 殷艷玲，張貴才.化學(xué)堵水調(diào)剖劑綜述[J].油氣地質(zhì)采收率，2003，10(6):64-66.

[3] 萬家瑰，范振中，王丙奎，等.油田用選擇性堵水劑的研究及應(yīng)用[J]. 精細(xì)石油化工進(jìn)展，2005，7(2):16-19.

中海油深水、淺水船隊(duì)各迎“新丁”

10月30日，“海洋石油286”、“海洋石油228”兩艘工程船舶在廣州中船黃埔造船有限公司龍穴廠開工建造。兩船建成后將分別加入中國海油深水船隊(duì)和淺水船隊(duì)，為海上大型設(shè)施安裝提供服務(wù)，助力中國海油“二次跨越”。

“海洋石油286”是目前我國首艘深水多功能海洋工程船舶，其最大作業(yè)水深為3 000米。船上配備了400噸起重機(jī)、水下機(jī)器人、DP-3動力定位系統(tǒng)，使該船具有深水大型結(jié)構(gòu)物的吊裝和海底安裝、海底深水柔性管敷設(shè)、飽和潛水作業(yè)支持等多種深水作業(yè)功能，以及深水錨系處理和FPS（浮式生產(chǎn)設(shè)施）的錨泊作業(yè)等海洋工程的綜合檢驗(yàn)、維護(hù)和修理能力。

“海洋石油228”是一艘載重能力為18 000噸的下水駁船，主要用于大型導(dǎo)管架滑移下水和組塊浮托安裝與運(yùn)輸，并能與“海洋石油221”、“海洋石油229”等工程船舶形成導(dǎo)管架海上安裝船舶系列化，以應(yīng)對即將到來的海上工程施工高峰。預(yù)計(jì)“海洋石油228”將于2013年9月交船。

兩艘工程船舶建造項(xiàng)目的同步實(shí)施是海油工程公司在重大裝備建造方面邁出的又一重要步伐，對于提升海油工程公司的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，進(jìn)一步完善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)長遠(yuǎn)發(fā)展后勁都將產(chǎn)生重要而深遠(yuǎn)的意義。

摘編自《中國海洋石油報(bào)》2012年11月7日

Selection and Evaluation on Water Shutoff Agent for Screen Pipe Completion Horizontal Well in Zhuang 1 Block

ZHANG Donghui
（SINOPEC Shengli Oil Production Research Institute, Dongying Shandong 257000, China）

Selection and evaluation lab study of water shutoff agent has been conducted on the basis of the produced water from screen pipe completion horizontal well. With Zhuang 1 block of ShengLi oil fi eld as an example, three kinds of water shutoff agents have been evaluated in lab, including w/w polymer gel , relative permeability correctives and resin of oil-soluble. The result indicates that w/w polymer gel is fi t for pit or part well water from horizontal well at middle permeability reservoir, and resin of oil-soluble is fi t for multishot water horizontal well shutoff at high permeability reservoir, and relative permerbility correctives is fi t for multishot water horizontal well shutoff at middle-low permeability reservoir. These three kinds of water shutoff agents can be taken as examples for the scree well shutoff like Zhuang 1 block.

screen well completion; horizontal well; water shutoff agent; w/w polymer gel; relative permeability correctives; resin of oil-soluble

TE358+.3

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2012.04.055

1008-2336（2012）04-0055-05

2012-03-15；改回日期：2012-08-30

張冬會，男，1980年生，工程師，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，從事三次采油及堵水調(diào)剖的研究工作。E-mail：donghuizhang@163.com。