碎屑巖水平井選擇性堵水工藝及其適應(yīng)性分析

李 亮，王 雷 何 龍，劉廣燕

(中石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

碎屑巖水平井選擇性堵水工藝及其適應(yīng)性分析

李 亮，王 雷 何 龍，劉廣燕

(中石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

綜述了針對地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、非均質(zhì)性嚴(yán)重、底水極強(qiáng)、高溫、高礦化度的塔河油田碎屑巖油藏研發(fā)應(yīng)用的超細(xì)顆粒選擇性堵水工藝、油包水乳狀液選擇性堵水工藝和機(jī)凍膠選擇性堵水工藝等3項(xiàng)選擇性堵水工藝，介紹了堵水劑的構(gòu)成、性質(zhì)、施工工藝及應(yīng)用情況。對高含水井堵水效果進(jìn)行了統(tǒng)計對比，并分析了各堵水工藝的適應(yīng)性。

塔河油田；碎屑巖；選擇性堵水工藝；適應(yīng)性

水平井是目前主要的開發(fā)方式，占井?dāng)?shù)的48%，產(chǎn)量的57%。由于全井打開的完井方式(43.65%為全井射開，27.4%為篩管完井)使機(jī)械卡封、定點(diǎn)擠注等常規(guī)工藝難以實(shí)施[1-3]。而且前期(1998～2009年)以近井機(jī)械或水泥卡堵、硅酸鹽選擇性堵水為主的常規(guī)工藝，存在周期長，成本高，適應(yīng)范圍有限，油水選擇性不足，易于傷害儲層等缺陷，堵水有效率僅51%，難以滿足高含水治理要求。2010年以來，塔河油田圍繞“深堵活堵”的技術(shù)思路，研究實(shí)施性更好的選擇性堵水新工藝。下面，筆者綜述了針對地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，非均質(zhì)性嚴(yán)重，底水極強(qiáng)，高溫、高礦化度的塔河油田碎屑巖油藏研發(fā)應(yīng)用的超細(xì)顆粒選擇性堵水工藝、油包水乳狀液選擇性堵水工藝和機(jī)凍膠選擇性堵水工藝等3項(xiàng)選擇性堵水工藝，并分析了各堵水工藝的適應(yīng)性。

1 超細(xì)顆粒選擇性堵水工藝

1)超細(xì)顆粒堵劑 由于水平井高含水的主因是高滲段點(diǎn)狀水淹[4]，因此優(yōu)選具備可酸解性能的低成本超細(xì)顆粒堵劑，粒徑與孔喉匹配，不動管柱，施工簡便。根據(jù)主體區(qū)塊巖心滲透率、孔隙度、孔喉半徑確定迂曲度，然后針對具體單井的滲透率分布計算孔喉半徑，按照1/3～1/7架橋封堵原則確定堵劑粒徑范圍。滲透率、孔隙度、孔喉半徑、迂曲度的相互關(guān)系[5]如下：

(1)

式中，r為巖石孔喉半徑，μm；K為巖石絕對滲透率，μm2；φ為孔隙度；τ為迂曲度，即流體通過巖石孔道實(shí)際長度與外表長度的比值。不同方法分選獲得的系列顆粒粒徑情況見表1。

表1 不同方法分選獲得的系列顆粒粒徑情況

2)施工工藝 采用不動管柱籠統(tǒng)擠注工藝。根據(jù)施工井所在區(qū)塊的孔喉參數(shù)確定主導(dǎo)粒徑范圍，采用“小粒徑-大粒徑-小粒徑”段塞組合，封堵半徑1～2m，堵劑用量100～200m3，400×10-3μm2以上段顆粒大于3.5kg/m，固含量200～1000kg。低泵壓、低泵速施工，排量控制在0.1～0.3m3/min，爬坡壓力控制在7MPa以上，擠注壓力取決于油井吸液能力和泵注速度，一般控制在25MPa以下，施工過程中嚴(yán)禁壓開地層。

3)現(xiàn)場試驗(yàn)情況 該技術(shù)于2010年4月首次在塔河油田TK109H井現(xiàn)場試驗(yàn)獲得成功，隨后在塔河油田1區(qū)、9區(qū)等區(qū)塊實(shí)施22口井，工藝成功率100%，有效率63.6%，累計增油1.96×104t。如TK907H井篩管完井，無水采油期330d，平均滲透率極差6.8，高低滲分段明顯，高滲段主要集中在跟端附近，分析認(rèn)為該段是主產(chǎn)液段和主產(chǎn)水段。油藏厚度23.5m，避水高度12.74m。于2010年4月8日實(shí)施超細(xì)顆粒堵劑堵水作業(yè)，采用原井管柱環(huán)空籠統(tǒng)擠堵，擠入堵劑104.9m3，爬坡壓力7.9MPa，停泵測壓降3min，壓降8.5MPa，關(guān)井8h。目前日產(chǎn)油由措施前的9t上升到31.1t，日增油22t，含水由措施前的88%下降到65.5%，日減22.5%。截止2011年6月，見效392d，累增油6822t，繼續(xù)有效。

2 油包水乳狀液選擇性堵水工藝

1)油包水乳狀液堵劑 油包水乳狀液堵劑由耐溫、耐鹽乳化劑GDR-1與自產(chǎn)原油、地層水通過地面和地下剪切作用形成。50℃下粘度在50mPa·s，進(jìn)入地層乳化后粘度達(dá)到470mPa·s，封堵率46%，在地層條件下性能穩(wěn)定。針對“油水同出”等復(fù)雜出水，通過占據(jù)流道、乳化增粘、賈敏效應(yīng)、表面吸附等機(jī)理滯留地層，提高含油飽和度，降低水相滲透率，提高油相滲透率，達(dá)到抑制產(chǎn)水，誘導(dǎo)油流的目的，通過調(diào)整含水得到系列配方，見表2。

備注:采用中質(zhì)油(50℃，50mPa·s)。

2)施工工藝 堵劑配方為20%含水的油包水乳狀液，段塞設(shè)計上通常前置10m3左右中質(zhì)油防止近井過早乳化增粘影響后續(xù)注入。用量設(shè)計采用橢球模型，處理半徑一般為垂向0.6～1.0m，橫向0.8～1.3m。

水平井橢球體概念模型計算用量為：

式中，V為堵劑用量，m3；a為吸液系數(shù)(吸液段占總水平段比例)；b為橢球徑向剖面的垂向深度，m；c為橢球徑向剖面的水平半徑，m；L為水平段長，m；φ為有效孔隙度。

施工工藝采用不動管柱籠統(tǒng)堵水施工，利用井口或管柱最高抗壓能力確定壓力上限，利用測吸水情況確定注入排量(0.1～0.3m3/min)，注入過程中根據(jù)壓力上限，控壓降排量直至停泵泄壓，再次注入如壓力迅速接近壓力上限則停止施工。

3)現(xiàn)場試驗(yàn)情況 2010年8月在塔河油田投入試驗(yàn)，累積實(shí)施25口井，有效率68%，累計增油1.34×104t。如TK118H井篩管完井，2005年7月投產(chǎn)，投產(chǎn)見水無無水采油期，產(chǎn)剖表明后段主產(chǎn)，油水同出。油層厚度17.4m，避水高度11.6m，后端高滲(平均滲透率極差4.3)。停噴轉(zhuǎn)抽后含水迅速由50.9%上升至89.3%，日產(chǎn)油由25.3t降至5.9t，2010年8月19日～20日實(shí)施油包水乳狀液堵水作業(yè)，采取環(huán)空擠堵方式，注入總量280.68m3，排量0.1～0.3m3/min，最高泵壓25.5MPa，爬坡壓力10MPa，堵后測壓降30min，壓降15.5MPa，關(guān)井24h。堵后日產(chǎn)油上升到33.1t。含水下降到60.4%。截止2011年6月，累增油4788t，目前繼續(xù)有效(已見效281d)。

3 有機(jī)凍膠選擇性堵水工藝

1)耐溫、耐鹽HRPA有機(jī)凍膠堵劑 HRPA有機(jī)凍膠堵劑主要是由低水解聚合物和復(fù)合交聯(lián)劑組成，耐高溫、高鹽。該堵劑易溶解，地面粘度小于50mPa·s易于泵注，成膠時間16～24h可控，封堵率大于95%，成膠后粘度大于100000mPa·s，化學(xué)穩(wěn)定性好，110℃下放置3mon凍膠粘度基本不變，可降解，不會對地層產(chǎn)生永久性傷害。

圖1 有機(jī)凍膠選擇性堵水機(jī)理

針對“油水同出”等復(fù)雜出水以及近井堵水工藝無效井，利用有機(jī)凍膠油水選擇性籠統(tǒng)擠堵。其堵水機(jī)理為占據(jù)孔道并吸附在孔道巖石表面，通過遇油收縮，遇水膨脹和油水分流機(jī)理對水產(chǎn)生比油更大的阻力，如圖1所示。

2)施工工藝 采用帶斜尖光管柱籠統(tǒng)擠注工藝。按照橢球公式，一般垂向處理深度1～2m，用量200～400m3。主體堵劑采用深部弱凍膠，中部過渡中等強(qiáng)度凍膠，近井高強(qiáng)度凍膠封口，前置液采用具有洗油和粘土防膨能力的降壓增注劑預(yù)處理，后置段塞添加少量超細(xì)顆粒增強(qiáng)封口。為了使堵劑盡可能優(yōu)先進(jìn)入高滲出水層段，采用低泵壓、低泵速施工參數(shù)，排量控制在0.1～0.3m3/min，不高于壓力上限。

3)現(xiàn)場試驗(yàn)情況 該技術(shù)于2010年8月在塔河油田投入試驗(yàn)，2010年共累積實(shí)施3口井，有效率100%，累計增油0.45×104t。如TK924H井篩管完井，油層厚度12m，避水高度10m，平均滲透率極差5.1，2005年9月投產(chǎn)含水6%～20%，無無水采油期，受底水影響含水上升很快，含水率迅速從44%上升至99.4%，日產(chǎn)油由20.8t下降至0.3t。2010年8月19日～21日實(shí)施有機(jī)凍膠堵劑堵水作業(yè)，Y211-146封隔器封隔環(huán)空(中膠深度4321.37m)，采取油管籠統(tǒng)擠堵方式，注入井筒總液量251.3m3擠入堵劑208.4m3，爬坡壓力14.5MPa，頂替到位后關(guān)井120h。堵后日產(chǎn)油上升到2.2t，最高7.2t，含水降至89.6%，截止2011年6月累增油1280t，繼續(xù)有效(已見效279d)。

4 水平井選擇性堵水工藝適應(yīng)性分析

水平井出水受多因素影響，包括滲透率、含水飽和度和井筒位置這3大類因素影響。前期堵水實(shí)踐表明對于不同的出水情況，堵劑具有不同的適應(yīng)性：

(1)超細(xì)顆粒堵水材料來源廣泛，成本最低，施工簡便，是水平井初期堵水的主要方式。適合極差較大，底水通過高滲通道錐進(jìn)、竄進(jìn)的物性出水井，不適合物性較差井堵水。

(2)油包水乳狀液堵水基于相滲選擇性機(jī)理，以自產(chǎn)原油為主，方便快捷。但是堵劑地層滯留能力弱，封堵強(qiáng)度較低，生產(chǎn)壓差不易過大，部分井增油降水不明顯。適合于極差小、物性較差，不存在明顯高滲竄流通道的相滲出水井，也可用作低含水轉(zhuǎn)抽井的配套堵水與儲層保護(hù)。

(3)有機(jī)凍膠堵水油水選擇性好，封堵能力強(qiáng)，適合于深部堵水。有效率高，達(dá)100%，適應(yīng)性強(qiáng)，有效期長。但由于目前耐溫耐鹽體系成本昂貴，施工需動管柱，必要時下封隔器，作業(yè)周期較長，所以施工井?dāng)?shù)較少。

5 結(jié)論及認(rèn)識

1)油氣井的堵水是一項(xiàng)綜合治理工程，需要對單井、區(qū)塊的地質(zhì)資料進(jìn)行研究分析，研究油藏整體非均質(zhì)性，單井韻律層分布、夾層情況，找出區(qū)塊的出水規(guī)律，以便于有針對性的優(yōu)選堵水工藝。

2)堵水必須要依據(jù)油藏區(qū)塊、單井具體情況，選擇與其相適應(yīng)的堵水劑及其施工工藝，方能取得良好效果。

3)針對碎屑巖油藏的地質(zhì)開發(fā)特點(diǎn)，繼續(xù)加強(qiáng)堵水劑和配套工藝技術(shù)的研究和應(yīng)用，在現(xiàn)階段低成本易實(shí)施的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步向系列化、高效化發(fā)展，依據(jù)油井開采的實(shí)際情況綜合考慮堵水劑的適應(yīng)性、合理性，不單純追求強(qiáng)度、成本等單一指標(biāo)。

[1]展金城, 李春濤. 高含水期堵水調(diào)剖工藝技術(shù)探討[J]. 勝利油田職工大學(xué)學(xué)報，2007, 21(1):37-39.

[2] 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(江漢石油學(xué)院學(xué)報)，2005，27(5)：757-760.

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[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.022

TE257

A

1673-1409(2012)06-N068-03