CESP水平井環(huán)空化學(xué)封堵工藝在渤海油田的應(yīng)用

周趙川，陳立群，高尚，王培永

（1.中國(guó)海洋石油能源發(fā)展采油技術(shù)服務(wù)公司，天津300456；2.中國(guó)海洋石油總公司天津海洋石油工程股份有限公司建造公司，天津300452）

1 技術(shù)背景

水平井一般采用管外無封隔器的割縫篩管完井方式，目前，國(guó)內(nèi)該類完井方式占70%，國(guó)外為90%［1-3］。水平井懸掛篩管完井復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的定點(diǎn)封堵工藝一直是水平井控水、控氣竄的難點(diǎn)，已成為影響水平井穩(wěn)產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。

渤海某油田主要含油層系為古近系沙河街組，油藏氣頂能量充足，普遍采用水平井開發(fā)，裸眼完井，優(yōu)質(zhì)篩管防砂。目前，采油井已逐步表現(xiàn)出氣竄現(xiàn)象，部分采油井由于氣竄嚴(yán)重，產(chǎn)油量遞減加劇，嚴(yán)重影響開發(fā)效果。常規(guī)油井封堵技術(shù)如機(jī)械卡封、水泥堵炮眼等不能解決篩管完井水平井卡堵問題。

20世紀(jì)90年代中期，水平井管外環(huán)空化學(xué)封隔技術(shù)（ACP）的提出為割縫篩管水平井控氣竄、堵水技術(shù)提供了新的思路。該技術(shù)借助油管和封隔器，在割縫套管與井壁之間的環(huán)空位置放置封隔材料，形成不滲透的高強(qiáng)度段塞，達(dá)到隔離環(huán)空區(qū)域的目的，再配合管內(nèi)封隔器，實(shí)現(xiàn)堵劑的定向注入［2-5］。

常規(guī)封隔材料（聚合物凝膠）進(jìn)入水平環(huán)空后，由于重力作用，會(huì)發(fā)生“重力坍落”——下沉，無法實(shí)現(xiàn)水平空間的完全封隔。根據(jù)篩管完井水平井堵水對(duì)ACP的要求，本文對(duì)新型封堵材料CESP 的性能進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，并針對(duì)渤海油田水平井井身結(jié)構(gòu)，提出了將膨脹封隔器和Y441 封隔器相結(jié)合的注入工藝，礦場(chǎng)應(yīng)用取得了良好效果。

2 CESP 性能評(píng)價(jià)

2.1 觸變性

ACP 材料在高剪切速率下可以流動(dòng)，剪切速率降低后又能立即形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而避免了重力“坍塌”。與常規(guī)封堵材料相比，具備剪切變稀、剪切靜止后結(jié)構(gòu)迅速恢復(fù)的高觸變特性（見圖1）。由于其高觸變特性，使其可實(shí)現(xiàn)對(duì)水平環(huán)空的立體完全充填。

圖1 CESP 的觸變性

2.2 凝膠可控性及熱穩(wěn)定性

按照工藝要求，調(diào)整引發(fā)體系，可實(shí)現(xiàn)CESP 材料2～8 h 凝膠可控，由觸變流體成為高強(qiáng)黏彈固體。借助材料的微尺度效應(yīng)，凝膠材料具有較好的熱穩(wěn)定性，在中低溫下（低于100 ℃），1.5 a 內(nèi)穩(wěn)定［2］；高溫下（100～130 ℃），預(yù)測(cè)1.5 a 內(nèi)強(qiáng)度保留率為75%，為42.5 kPa，滿足封堵要求。

2.3 強(qiáng)度

利用長(zhǎng)1 m 的室內(nèi)小型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在?39.7 mm和φ73 mm 管柱環(huán)空內(nèi)注入CESP，評(píng)價(jià)其軸向和徑向持壓能力。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，CESP 段塞在0.8 MPa/m 的軸向壓力梯度下，未發(fā)生滑移；徑向擊穿壓力為2 MPa，線性折算徑向突破壓力梯度78 MPa/m，滿足工藝所需要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

CESP 化學(xué)定點(diǎn)封堵離不開機(jī)械封隔器的輔助，目的是對(duì)出水、氣竄層位進(jìn)行定位，有效保護(hù)儲(chǔ)層［6］。如果被封堵的地層需要保護(hù)，應(yīng)避免CESP 堵劑進(jìn)入地層，還需要在CESP 材料注入前，預(yù)先注入隔離液。因此，CESP 篩管水平井環(huán)空化學(xué)定點(diǎn)封堵工藝需要機(jī)械封隔器和隔離液輔助的定向注入作業(yè)。

3.1 選井原則

1）篩管方式完井；2）水平井中存在點(diǎn)狀或者段狀出水或氣竄；3）完井管柱便于起下機(jī)械封隔器。

3.2 試驗(yàn)井基本情況

渤海油田×井為2010年8月投產(chǎn)的水平井，φ177.8 mm 優(yōu)質(zhì)篩管完井，生產(chǎn)層段為沙二段Ⅱ油組，篩管內(nèi)油層斜厚164 m。鉆遇油層主要有2 大段，分別為3 111.5～3 183.7 m 和3 378.6～3 518.5 m。

該井投產(chǎn)初期為電潛泵生產(chǎn)，產(chǎn)液量150 m3/d，產(chǎn)油量150 m3/d，不含水，產(chǎn)氣量0.7×104m3/d，氣油比50 m3/m3；之后擴(kuò)油嘴提產(chǎn)，最高日產(chǎn)油370 m3，但是日產(chǎn)氣量突增至9.5×104m3，日產(chǎn)油也隨之下降至160 m3左右；此后該井產(chǎn)氣量持續(xù)上升，套壓升高。為了保護(hù)電纜，2011年3月停泵，轉(zhuǎn)為自噴生產(chǎn)，日產(chǎn)油60 m3左右，日產(chǎn)氣2.5×104m3；當(dāng)年8月開始，該井日產(chǎn)氣持續(xù)上升，高達(dá)8.0×104m3，下調(diào)油嘴控氣效果不明顯，10月份計(jì)量井口基本無液，關(guān)井。

3.3 設(shè)計(jì)思路

通過油藏地質(zhì)研究及測(cè)試分析，確定該井根部3 111.5～3 183.7 m 為主要出氣層段。由于油藏存在的氣頂對(duì)油藏保壓及氣驅(qū)作用明顯，認(rèn)為應(yīng)及時(shí)封堵氣頂氣的產(chǎn)出通道，防止過多的油被滯留地層。采用CESP 管外環(huán)空化學(xué)封堵技術(shù)結(jié)合Y441 封隔器管內(nèi)機(jī)械卡封，對(duì)該目的層段進(jìn)行堵氣作業(yè)。

擠注藥劑時(shí)，通過擠注管柱組合多個(gè)膨脹封隔器卡封目的層段（見圖2）。利用隔離液形成的保護(hù)層，阻止CESP 藥劑進(jìn)入篩管內(nèi)環(huán)空造成卡鉆；同時(shí)，隔離液在近井地帶形成低滲透封堵層，確保藥劑進(jìn)入目的層段環(huán)空，并完全充滿，而不會(huì)進(jìn)入非目標(biāo)層，便于用最少的藥劑達(dá)到定點(diǎn)封堵的效果。在對(duì)目的層段進(jìn)行CESP 環(huán)空化學(xué)封堵后，下入Y441 封隔器進(jìn)行輔助封堵，進(jìn)一步確保目的層段封堵性能，保留層段的正常生產(chǎn)（見圖3）。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)擠注過程示意

3.4 施工過程

2012年4月，起原井管柱，下放擠注管柱到位后井口投球，油管內(nèi)正擠地?zé)崴饓汉笈蛎浭椒飧羝髋蛎涀?，檢查封隔器的工作狀態(tài)，根據(jù)泵排量、壓力，判斷地層吸液情況，進(jìn)行藥劑擠注，擠注過程見圖4。驗(yàn)封合格后下入Y441 封隔器，設(shè)計(jì)深度為防砂段第二層盲管內(nèi)，管柱下放到位后，油管內(nèi)打壓坐封，驗(yàn)封合格后再下入新生產(chǎn)管柱單采3 378.6～3 518.5 m 層段。

圖3 Y441 封隔器管內(nèi)機(jī)械卡封

3.5 效果及評(píng)價(jià)

該井作業(yè)初期采用φ2 mm 油嘴、35 Hz 頻率生產(chǎn)，計(jì)量日產(chǎn)液穩(wěn)定在75 m3，日產(chǎn)油達(dá)到74 m3，含水率降至1%，日產(chǎn)氣由封堵前的8.0×104m3成功控制在1.2×104m3左右，下降85%。之后，為控制生產(chǎn)壓差，將油嘴調(diào)整為φ1.5 mm，頻率降為33 Hz 生產(chǎn)，日產(chǎn)液穩(wěn)定在50 m3，日產(chǎn)油49 m3，日產(chǎn)氣1.2×104m3，含水率1%（見圖5），堵氣增油效果明顯。

圖4 藥劑擠注過程

圖5 作業(yè)前后生產(chǎn)情況對(duì)比

4 結(jié)論

1）根據(jù)油藏及井身結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)合機(jī)械封隔器與輔助藥劑體系，提出了一套CESP 篩管外環(huán)空化學(xué)定點(diǎn)封堵的工藝技術(shù)，為篩管方式完井的油氣井后期治理措施應(yīng)用擴(kuò)展了廣泛的空間。

2）根據(jù)渤海油田×水平井的設(shè)計(jì)，應(yīng)用CESP 定點(diǎn)封堵氣竄層位，取得了良好效果。

3）CESP 定點(diǎn)化學(xué)封堵技術(shù)在封堵水平井中間水平層段時(shí)，應(yīng)保護(hù)前、后端生產(chǎn)層段，對(duì)需要將藥劑注入地層的情況，施工工藝更加復(fù)雜，對(duì)CESP 材料的環(huán)空封堵強(qiáng)度要求更高，還需要對(duì)該工藝進(jìn)行深入的研究與完善。

［1］周忠亞，陳愛平．用常規(guī)工具在水平井中進(jìn)行分離擠堵的嘗試［J］.石油機(jī)械，2002，30（5）：46-47．

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