脲醛樹脂堵水新技術(shù)

吳 均路海偉楊 昊彭 通馮建松趙 穎

（1.冀東油田公司鉆采工藝研究院，河北唐山 063000；2.冀東油田公司陸上作業(yè)區(qū)，河北唐山 063000）

脲醛樹脂堵水新技術(shù)

吳 均1路海偉1楊 昊1彭 通1馮建松2趙 穎2

（1.冀東油田公司鉆采工藝研究院，河北唐山 063000；2.冀東油田公司陸上作業(yè)區(qū)，河北唐山 063000）

針對油水井實施堵水過程中難以準(zhǔn)確控制用量、堵劑浪費(fèi)大、施工風(fēng)險高的問題，開展了溶液類堵劑、固相顆粒復(fù)合堵水體系研究。在堵水劑擠注過程中固相顆粒不斷濾失封堵，自動調(diào)整進(jìn)液通道，最終實現(xiàn)均勻、整體封堵。通過對脲醛樹脂在稠化、固相填料兩方面的系統(tǒng)研究，形成了脲醛樹脂為主體的新型堵水劑。應(yīng)用中針對不同封堵要求，調(diào)整不同稠化及填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)，實現(xiàn)深部處理與炮眼封堵的一體化無縫處理；堵劑擠注壓力完全控制在安全范圍內(nèi)并可順利頂替到位，直接關(guān)井候凝，大大降低了施工風(fēng)險，技術(shù)優(yōu)勢明顯，取得了較好的礦場應(yīng)用效果。

脲醛樹脂；堵水；增稠；固相顆粒

堵水技術(shù)中大部分都涉及封近井炮眼問題，這是決定措施成敗的關(guān)鍵。技術(shù)難點(diǎn)在于：一是堵劑性能難以適應(yīng)不確定的儲層孔、滲狀況及差異，堵得住一般進(jìn)不深，進(jìn)入深就堵不住口；二是堵劑用量不易控制，現(xiàn)場實施一般以擠注壓力決定施工進(jìn)程，封堵成功一般都是中途起壓，堵劑過量，往往是非少就多；三是施工風(fēng)險大，擠注不到位就必須立即放壓洗井，以保證管柱安全，放壓會對封堵效果產(chǎn)生致命的影響，這是一對難以調(diào)和的矛盾。

礦場實施中以確保炮眼封堵為重點(diǎn)，基本上都采取在層段表面形成一定厚度的高強(qiáng)度且滲透性極低的濾餅實現(xiàn)封堵的方式，如油井水泥類堵劑，其優(yōu)點(diǎn)是簡單、快速，缺點(diǎn)是易失效、不耐酸堿、施工風(fēng)險大、套損機(jī)率大。真正實現(xiàn)中深部封堵和表面淺堵一體化的堵水技術(shù)應(yīng)用成功例子較少，是堵水技術(shù)一直以來研究的方向。

脲醛樹脂堵水劑未固化前為黏度較低的均質(zhì)溶液。油井堵水時，把配制好的樹脂堵水劑泵入目的井段，在地層溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)固化，實現(xiàn)封堵目的。儲層孔隙在平面及縱向滲流能力都存在較大的差異，表現(xiàn)為具有不同的過流能力，而均質(zhì)溶液總是沿最小流動阻力方向推進(jìn)，結(jié)果必然是局部指進(jìn)，不能較均勻地進(jìn)入要封堵部位的所有孔隙，無法實現(xiàn)整體封堵。這是制約脲醛樹脂類流體堵劑在油井堵水方面應(yīng)用的瓶頸，是多年來一直未能在油田開發(fā)中得以推廣應(yīng)用的主要原因。

脲醛樹脂堵水新技術(shù)以合成脲醛樹脂中間體為基液，加入獨(dú)特的增稠材料和可變形的固相顆粒，對樹脂溶液進(jìn)行稠化增黏同時充填一定濃度固相，混配成較穩(wěn)定的可流動混合體。堵水劑擠注過程中固相顆粒在地層孔隙中不斷濾失封堵，自動調(diào)整進(jìn)液通道，實現(xiàn)均勻、整體封堵。

1 脲醛樹脂堵水劑

針對脲醛樹脂溶液在堵水技術(shù)上的缺陷，確定了調(diào)節(jié)體系黏度、添加合適填料兩個方向進(jìn)行研究。樹脂固化易受組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、液體環(huán)境、化學(xué)調(diào)節(jié)劑等的影響。因此，適當(dāng)?shù)墓袒瘯r間控制，增稠劑、充填劑選擇的研究尤為重要［1］，難度也較大。

1.1 固化時間控制

表1為不同固化劑加量和固化時間關(guān)系實驗結(jié)果。50～95℃條件下，加量0～0.35%，固化時間最短12 min，最長近20 h，不同溫度下脲醛樹脂堵劑固化時間可控性強(qiáng)，固化后強(qiáng)度全部大于15 MPa。堵劑固化時間隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加直線上升，而堵劑固化后的強(qiáng)度與固化劑用量的關(guān)系不大，現(xiàn)場應(yīng)用時可根據(jù)封堵深度和施工時間進(jìn)行調(diào)節(jié)［2］。

表1 堵劑固化劑加量和固化時間的關(guān)系

1.2 體系黏度調(diào)節(jié)

增稠劑對堵劑黏度影響較大。圖1為增稠劑加量與體系黏度關(guān)系曲線，加量越大，黏度越大并有加劇上升的趨勢，當(dāng)加量足夠大時黏度可以達(dá)到10 000 mPa·s以上，處于半流動狀態(tài)?，F(xiàn)場應(yīng)用時可根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，黏度可以控制在30 mPa·s到10 000 mPa·s間任意值。高的黏稠性使體系的懸浮穩(wěn)定性、均勻注入能力、固結(jié)體穩(wěn)定性得到較大的提升。

圖1 增稠劑加量對體系黏度影響

1.3 固相顆粒對封堵能力的影響

脲醛樹脂基液在注入填砂管過程中基本沒有壓力顯示。圖2是加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粒徑的固相顆粒后的堵劑注入實驗曲線。加入固相顆粒后的堵劑在注入過程中，由于固相顆粒侵入孔隙，增大了固相顆粒與孔壁的附著面積，并在注入壓差作用下使得固相顆粒封堵孔隙喉道更為有效［3］，壓力迅速上升，出口堵劑流出量不斷減少并完全斷流。圖2中實驗對比結(jié)果說明，固相顆粒對堵劑封堵能力影響較大，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)比低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的封堵能力強(qiáng)；大粒徑（400目）比小粒徑（800目）的封堵能力強(qiáng)。

圖2 固相顆粒對封堵能力的影響

2 應(yīng)用實例

2.1 31-X3214井新型脲醛樹脂先期堵底水試驗

該井的32#層為底水油層，深度2 861.6～2 876.4 m，頂油4.2 m，底水10.6 m。生產(chǎn)層段固井質(zhì)量不合格，為防止投產(chǎn)后水竄，對該層油水界面位置進(jìn)行“打隔板”化堵。共擠注新型脲醛樹脂堵劑24 m3，分3個不同段塞，最后封口壓力28 MPa，全部擠注到位，直接關(guān)井候凝。施工曲線見圖3。

圖3 NP31-X3214樹脂堵水施工曲線

作業(yè)鉆塞后試驗合格，投產(chǎn)后無水產(chǎn)油期較同類油層延長4個多月，有效期1年以上，效果顯著。

2.2 101X28井先期封竄試驗

該井目的層及以上井段固井質(zhì)量不合格，試油前需對試油層段上下水層進(jìn)行打隔板封堵，射孔井段2 921.4～2 922.4 m，2 898.8～2 899.8 m，采用新型脲醛樹脂堵劑進(jìn)行打隔板封竄施工。共注入堵劑12 m3，最高壓力18 MPa。作業(yè)鉆塞合格，投產(chǎn)后生產(chǎn)效果較好，封竄有效。施工曲線見圖4。

圖4 NP101X28樹脂堵水施工曲線

3 應(yīng)用效果分析

3.1 低壓擠注

脲醛樹脂堵水劑增稠后具有較強(qiáng)的攜帶固相顆粒作用，而固相顆粒在一定的擠注壓力下容易破碎變形。依靠固相顆粒在油藏巖石孔隙和喉道中運(yùn)移、封堵、彈性變形（或破碎）、再運(yùn)移、再封堵來不斷地調(diào)整堵劑注入通道，實現(xiàn)了在較低的擠注壓力下，達(dá)到較高的封堵成功率［4］。

礦場試驗情況統(tǒng)計來看（表2），不管是在高滲或中低滲地層中，擠注堵劑過程中爬坡壓力一般在3～6 MPa，最后都能按設(shè)計順利頂替到位，未出現(xiàn)過中途超壓情況。一方面說明了堵劑優(yōu)越的擠注性能，大大降低了施工風(fēng)險，另一方面體現(xiàn)了對不同物性儲層的良好的適應(yīng)能力。堵劑的這種特性可以實現(xiàn)有把握地“注得進(jìn)、堵得住”，避免了堵水措施中普遍存在的堵劑量非“少”就“多”，施工壓力非“低”就“超”的難以掌控的技術(shù)難題。

表2 幾口實施脲醛樹脂堵水井基本數(shù)據(jù)

3.2 直接關(guān)井候凝

如何實現(xiàn)有效封堵和井筒管柱安全是一直以來難以兩全的技術(shù)難題。封堵近井及炮眼最常采用水泥類堵劑，配制高固相含量（大于70%）的漿液擠注，在井口或井筒所能承受的最高壓力下在井壁形成濾餅封堵。漿液的殘余量難以預(yù)測，高壓擠注后需要立即放壓洗井，實施成功率相對較低，施工管柱易卡，風(fēng)險較大。

新型脲醛樹脂堵劑可以實現(xiàn)按設(shè)計量完成擠注，頂替到位，不洗井直接關(guān)井侯凝，確保封堵效果。表3為脲醛樹堵水新技術(shù)應(yīng)用情況，不同物性和不同措施目的的井實際用量和設(shè)計用量基本一致（實際用量是指實際擠注入井的堵劑量），而壓力不超，說明全部井都實現(xiàn)了堵劑的順利擠注，并成功頂替到位。

3.3 不同處理半徑及炮眼封堵一體化

封竄或打底水隔板需要對目的段進(jìn)行深部處理，油井水泥類堵劑因進(jìn)入能力差，無法滿足要求。選擇純流體性的化學(xué)堵劑（如凍膠、沉淀類堵劑等）雖然易于進(jìn)入地層，但基本上是一種不均勻推進(jìn)，無法對近井及炮眼實現(xiàn)整體封堵。兩者結(jié)合使用，在近井又存在一個接觸界面，因兩種體系相互影響，在界面必定存在一個竄流通道，導(dǎo)致堵水無效。

脲醛樹脂堵水新技術(shù)采用不同黏度、不同固相顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的堵劑段塞組合連續(xù)注入，前期注入不加固相顆?；蝾w粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的段塞，對地層較深部位固化封堵；后續(xù)較高顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)段塞在近井自動調(diào)整轉(zhuǎn)向，整體推進(jìn)封堵。所有段塞基液都為脲醛樹脂溶液，實現(xiàn)了對地層深、淺部位封堵一體化，并能按不同技術(shù)要求進(jìn)行任意調(diào)節(jié)。

表3 脲醛樹脂封堵井現(xiàn)場施工參數(shù)對比

3.4 易于鉆塞，施工有效率高

水泥類堵劑固結(jié)后硬度大、脆性小，鉆塞慢。尤其是大套管或斜井在水泥擠封后因環(huán)空間隙大、管柱不居中，鉆屑上返慢易卡鉆；管柱彎曲嚴(yán)重，無法有效提高鉆壓，鉆塞難度較大。礦場實施過程中經(jīng)常出現(xiàn)多次返工或擠封后鉆塞無進(jìn)尺的問題，影響油井生產(chǎn)。

表4統(tǒng)計了幾口井應(yīng)用脲醛樹脂堵水新技術(shù)后鉆塞情況。封堵后無論大小套管，不同井深，鉆塞時間都在5 h以內(nèi)，最短2 h，一般3～4 h，差異不大，整體鉆塞耗時短，作業(yè)效率高；鉆速較快，一般在30～50 m/h，是鉆水泥塞的7倍以上。原因有二：一是因脲醛樹脂相對密度較低，鉆屑攜帶性好，易于上返；二是脲醛樹脂固化體脆性大，可鉆性強(qiáng)。脲醛樹脂堵水新技術(shù)的良好可鉆性不僅縮短了作業(yè)周期，而且解決了一些特殊井型（如大套管、大斜度、水平井等）堵水有效率低、鉆塞困難的技術(shù)難題。

表4 井筒內(nèi)堵劑塞鉆沖情況

4 結(jié)論

（1）脲醛樹脂堵水新技術(shù)解決了液體堵劑炮眼封堵難題，具有流體化學(xué)堵劑及強(qiáng)封口堵劑的雙重優(yōu)勢，可以滿足打隔板、封竄等措施中對中深部封堵和近井、炮眼封堵一體化無縫連接的技術(shù)要求。

（2）對不同物性的地層有較強(qiáng)的適應(yīng)性，能實現(xiàn)較高壓力下穩(wěn)定注入，整體推進(jìn)，高效封堵。

（3）該堵劑施工安全系數(shù)高，擠注后可以不洗井、不動管柱直接關(guān)井反應(yīng)。

（4）可以廣泛用于封層（實施不保護(hù)酸化、大套管）、循環(huán)二固、中深部堵水（堵底水、層內(nèi)堵水）、封竄、套變井堵水等措施。

［1］張文玉.改性脲醛樹脂堵水技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.石油天然氣學(xué)報，2006，28（6）：133-135.

［2］王雷，趙立強(qiáng)，劉平禮，等.耐酸高強(qiáng)度改性樹脂堵劑的室內(nèi)評價［J］.地質(zhì)科技情報，2005，24（2）：109-112.

［3］賈曉飛，雷光倫，李會榮，等.孔喉尺度彈性微球運(yùn)移封堵特性研究［J］.斷塊油氣田，2010，17（2）：219-221.

［4］黃立新，張光明.固相顆粒封堵孔隙喉道的機(jī)理研究［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報，1996，21（2）：41-42.

（修改稿收到日期 2014-05-08）

〔編輯 景 暖〕

New technology for water plugging with urea-formaldehyde resin

WU Jun1,LU Haiwei1,YANG Hao1,PENG Tong1,FENG Jiansong2,ZHAO Ying2
（1.Drlling and Production Techology Research Institute,Jidong Oilfield Company,Tangshan063000,China;2.Jidong Oilfield Company Onshore Operation Area,Tangshan063000,China）

In view of such problems as difficulty in controlling the amount of plugging agents,large waste of the agents and high risks in the process of water plugging in oil/water wells,was research was carried out on composite water plugging system composed of solution-type plugging agents and solid particles;when injecting the water plugging agents,the solid particles in its constantly filtrated out and pluged the water,automatically adjusted its inlet pathways and finally realized even and overall plugging.After systematic study on urea-formaldehyde resin in terms of thickening and solid packing,we developed a new water plugging with urea-formaldehyde resin as the major component.For different plugging requirements,we can adjust the different thickening and packing concentration and realized the seamless plugging integrating deep treatment and perforation plugging.The injection pressure for plugging agent is completely controlled within a safe range and can successfully displace to the desired location,then we can directly shut in the well and wait for setting,which can greatly reduce the operation risks.This technology has many merits and works effectively in the fields.

urea formaldehyde resin;water plugging;thickening;solid particles

吳均，路海偉，楊昊，等 .脲醛樹脂堵水新技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：105-108.

TE39；TE358.3

：B

1000–7393（2014）04–0105–04

10.13639/j.odpt.2014.04.026

吳均，1972生。1991年畢業(yè)于重慶石油學(xué)校油田化學(xué)專業(yè)，一直從事采油化學(xué)技術(shù)研究與應(yīng)用工作。電話：0315-8768036，E-mail：wujun188@petrochina.com.cn。