超稠油管外封竄頂水治理技術(shù)的改進與試驗

徐 鳳 廷

（中油遼河油田公司，遼寧 盤錦 124109）

曙光油田超稠油采用蒸汽吞吐方式開發(fā)，多輪次吞吐后，固井水泥環(huán)由于受到高溫濕熱蒸汽的反復(fù)侵蝕，以及水泥與巖石和套管之間存在膨脹系數(shù)的差異，導(dǎo)致套管外水泥環(huán)局部易發(fā)生損壞或脫落，在水泥環(huán)與管壁之間產(chǎn)生縫隙，造成地層之間的非正常連通，水層水體通過竄槽侵入油層，導(dǎo)致油井不正常高含水[1]。

曙光油田超稠油由于油水關(guān)系復(fù)雜，分布有邊、頂、底水和夾層水，油井出水問題嚴(yán)重，其中管外槽引發(fā)的頂水下竄治理較難。目前治理頂水下竄的方法主要包括機械堵水、大修套管補貼、擠灰堵水。其中機械堵水、套管補貼主要是針對管外竄槽未使油層與水層連通的出水油井，受井況條件制約以及分析認(rèn)識所限，適用油井不多。擠灰堵水大體包括射孔擠灰、舍棄部分井段擠灰或是下內(nèi)襯套管重新固井。由于水泥漿在竄槽內(nèi)與地層間竄通，會出現(xiàn)擠水泥壓力不高，擠水泥量大，鉆開水泥塞后試壓試不住問題，導(dǎo)致施工失敗。特別是擠灰后測固井質(zhì)量無問題，但吞吐生產(chǎn)時因為封竄的水泥經(jīng)過高溫蒸汽加熱后再次出現(xiàn)竄槽現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計，近年來曙光油田超稠油油藏針對管外竄槽頂水下竄井進行治理82井次，其中初期有效54井次，有效率65.9%；截止目前有效22井次，有效率26.8%；平均有效周期只有2.0個。

隨著吞吐開采進入中后期，管外竄槽已普遍成為制約稠油和超稠油生產(chǎn)效果的主要因素之一。對于管外竄槽無法采用機械方式封堵，只有通過化學(xué)的封堵工藝才能從根本上加以解決，需進從改善水泥漿性能和現(xiàn)場施工工藝方面入手。

1 新型封竄劑的研制

1.1 化學(xué)封竄劑的組成

近年來，堵劑配方方面發(fā)展較大，通過添加降濾失劑、減阻劑、促凝劑、緩凝劑、觸變劑、增強劑等[2,3]外加劑的來改進水泥漿性能。研制了高溫高壓下的具有良好降濾失效果降濾失劑[4]。管外封竄要求水泥漿具有觸變性，來改善擠水泥作業(yè)效果。在普通硅酸鹽水泥中加入觸變劑可得到具有觸變性的特種水泥[5]，具有剪切作用下膠凝結(jié)構(gòu)被破壞以及靜止后膠凝結(jié)構(gòu)快速恢復(fù)的特性，泵送停止后則迅速形成具有剛性、能自身支持的凝膠結(jié)構(gòu)，是封堵漏層和防止氣竄的有效手段[6]。

為滿足管外封竄需要，研制了由基料（富鐵低碳硫鋁酸鹽）、觸變劑、分散劑、緩凝劑、膨脹劑、高分子乳化聚合物、表面活性劑等按一定比例混配而成的化學(xué)封竄劑。該劑具有較強的黏接性和熱穩(wěn)定性、耐久性好、抗裂能力突出等特點，線性膨脹率達到 0.2%以上，抗壓強度達到 30 MPa 以上，抗剪切強度達到 10 MPa 以上；通過添加分散劑、降低失水劑、觸變調(diào)節(jié)劑，使封竄劑具有高觸變性和抗漏失能力；同時添加高分子乳化聚合物、表面活性劑，使封竄劑具有更好的封堵性能。

1.2 基料的水化反應(yīng)機理

基料的水化產(chǎn)物主要為3CaO、A12O3、3CaSO4·3 2H2O、CaO-SiO2-H2O和A12O3.3H2O(gel)。在CaSO4不足和反應(yīng)達不到平衡的條件下，還有3CaO、A12O3、CaSO4·12H2O 生成。CaSO4摻量對水泥水化過程產(chǎn)生的影響使膠凝材料各品種具有不同的性能。

測定富鐵低碳硫鋁酸鹽水化熱的結(jié)果可以看出，富鐵低碳硫鋁酸鹽放熱曲線所占面積比硅酸鹽水泥要小，說明前者的放熱總量比后者少。另外還可看到，富鐵低碳硫鋁酸鹽放熱曲線放熱位置都處在1 d齡期內(nèi)，最高峰在12 h內(nèi)，說明富鐵低碳硫鋁酸鹽放熱都集中在1 d齡期，最高放熱量則在12 h左右，這與硅酸鹽水泥有很大區(qū)別，后者放熱過程要延續(xù)較長時間，即使是快硬硅酸鹽水泥，最高放熱量也在12 h以后才釋放。

水化熱的研究結(jié)果表明，富鐵低碳硫鋁酸鹽的水化熱總量隨CaSO4摻量的提高而降低，最大水化熱釋放期也相應(yīng)延后。早期集中放熱的特點，使富鐵低碳硫鋁酸鹽膠凝材料特別適合于修井作業(yè)的堵漏、封竄。

2 封竄劑性能評價

對復(fù)配形成的封竄劑進行觸變性、緩凝性、熱穩(wěn)定性、耐久度等進行性能評價實驗。

2.1 觸變性評價實驗

實驗中水灰比0.44，降失水劑、分散劑、緩凝劑分別為0.4%、0.3%、0.3%，溫度為70 ℃，測定不同觸變調(diào)節(jié)劑加量下，封竄材料漿液觸變性的變化規(guī)律，實驗表明，隨著觸變調(diào)節(jié)劑濃度的逐漸增大，觸變能力提高，靜剪切應(yīng)力差值增大，有利于堵劑懸浮和駐留，控制在地層漏失（表1）。

2.2 緩凝性評價實驗

水灰比為0.44，分散劑、降失水劑和觸變調(diào)節(jié)劑分別為0.3%、0.4%、0.4%的基本配方，考察緩凝劑在 70 ℃條件下，對封竄材料凝固時間的影響，見圖 1。隨著緩凝劑用量的增加，凝固時間有較大幅度延長，緩凝劑濃度大于 1%時，可以保證泥漿在6 h以后凝固，說明緩凝劑可抑制漿液水化反應(yīng)，具有較強的緩凝作用，有效控制凝結(jié)時間以滿足作業(yè)要求。

表1 封竄材料觸變性Table 1 Sealing material thixotropy

圖1 緩凝劑對稠化時間的影響Fig.1 Effect of Retarder on thickening time

2.3 熱穩(wěn)定性評價實驗

封堵劑配方：水灰比0.44，緩凝劑、分散劑、降失水劑、觸變調(diào)節(jié)劑分別為0.3%、0.3%、0.5%、0.4%。實驗結(jié)果表明：

① 養(yǎng)護時間一定時，隨著溫度的增加，抗壓強度、抗剪強度、彈性模量都降低。

② 溫度一定時，養(yǎng)護時間增大時，抗壓強度、抗剪強度、彈性模量降低，力學(xué)參數(shù)在9 d后趨于穩(wěn)定。

③ 相同條件下，封竄劑抗壓強度高于普通 G級水泥，在360 ℃條件下養(yǎng)護6 d時抗壓強度為30.5 MPa。

表2 高溫條件下力學(xué)性能Table 2 Mechanical properties of high temperature conditions

3 實施工藝改進

在預(yù)封堵的條件下，將新型化學(xué)封竄劑注入油井竄槽部位，固化后形成強度高、耐溫性好、不滲透的隔層，起到再次固井的作用，達到封竄、堵水的目的。

3.1 預(yù)封堵工藝

考慮到對油層的污染，受擠水泥量及時間的限制，擠水泥須在較短時間范圍內(nèi)完成，在擠封堵劑前設(shè)計了預(yù)封堵工藝，保證擠水泥在較高壓力完成，防止水泥漿在管外上下竄通，在管外形成高強度固結(jié)，同時也避免了水泥漿對油層的污染。預(yù)堵劑選擇應(yīng)不含聚丙烯酰胺凝膠成分（對水泥漿凝固影響較大），選擇植物膠凝膠成分為宜，而選擇羧甲基纖維素最為適宜，且攜帶大量大顆粒固相成分，為管外竄槽的大孔道形成填充壓實作用，保證后續(xù)擠水泥漿在較高壓力下完成，防止水泥漿在管外上下竄通，在管外形成高強度固結(jié)。

3.2 可取式橋塞

以往擠灰管柱采取籠統(tǒng)式管柱，施工結(jié)束時采取清水循環(huán)保護管柱，容易造成水泥漿返吐或是清水過量進入竄槽部位，降低措施成功率。后來采用可鉆式擠灰橋塞，擠灰完后一般需要鉆橋塞，由于鉆橋塞時須上大修作業(yè)，無形中增加了作業(yè)費用；擠灰施工結(jié)束到上大修作業(yè)鉆塞間隔較長，降低了油井利用時率；再者，可鉆式擠灰橋塞擠灰作業(yè)對套管損壞大，作業(yè)風(fēng)險較大。

為此，配套可取式橋塞[7]，可取式擠灰橋塞由座封及錨定機構(gòu)、鎖定及解封機構(gòu)、滑套開關(guān)及防粘機構(gòu)、插管及打撈機構(gòu)組成。其坐封工具由三個活塞提供動力源，確保坐封力的實現(xiàn)，防坐封銷釘防止中途坐封，下鉆到位后油管加壓實現(xiàn)坐封。采用8道O型圈的過盈密封和端面密封技術(shù)確保穩(wěn)定密封，不設(shè)置彈性扶正裝置，具有更好的防卡功能。包括內(nèi)置卡瓦、 防砂卡膠筒和硫化膠筒等防卡設(shè)計，同時采用逐級解封技術(shù)，能確?？ㄍ摺?密封膠筒和防砂膠筒在解封后實現(xiàn)全部回縮?，F(xiàn)場施工前將可取式擠灰橋塞連接在坐封工具下端，下至預(yù)定深度，打壓坐封，下入擠灰工具插入擠灰橋塞主體內(nèi)，推動銅滑套向下運動，當(dāng)銅滑套的擠灰孔與橋塞本體的擠灰孔相連通可以施工，擠藥劑完畢后，根據(jù)施工管柱位置以下預(yù)留的套管長度頂替清水，再上提擠灰工具，橋塞銅滑套回到起始密封狀態(tài)，關(guān)井候凝合格后，下入專用的橋塞打撈工具撈出橋塞，下螺桿鉆鉆除水泥塞，這樣既保證管外封堵部位水泥強度，又防止水泥返吐保證施工安全。

4 現(xiàn)場試驗效果

在曙一區(qū)超稠油油藏試驗應(yīng)用該項技術(shù)治理管外竄槽問題，共實施各類堵水措施26口井，措施有效率81%，實現(xiàn)措施增油5.23×104t，見到較好的措施效果。具體表現(xiàn)為：

（1）油井措施后含水大幅下降

統(tǒng)計實施管外封竄后第1周期數(shù)據(jù)，從注汽參數(shù)上看，措施后注汽壓力平均上升 3.3 MPa，平均單井注汽量下降 284 t；措施后，周期生產(chǎn)天數(shù)為106 d，周期內(nèi)平均單井日產(chǎn)油7.6 t/d，日產(chǎn)水8.4 t/d，綜合含水52.5%，對比措施前出水時日產(chǎn)油明顯上升，周期產(chǎn)水及綜合含水明顯下降。

（2）措施有效期延長

改進管外封竄措施后其有效期延長，26口井措施后目前平均生產(chǎn)3.2個輪次，均未發(fā)現(xiàn)管外竄槽問題,其中杜813-41-42井措施后連續(xù)吞吐已達5個輪次，對比原有擠灰堵水工藝措施后有效期明顯延長。

5 結(jié)束語

（1）化學(xué)封竄劑由多種添加劑復(fù)配而成，各添加劑具有良好的配伍性，室內(nèi)評價表明其具有良好的耐溫性、觸變性、緩凝性能，各項指標(biāo)均超過G級油井水泥，可以代替水泥用于油井封竄作業(yè)。

（2）針對套管竄漏導(dǎo)致頂水下竄情況，設(shè)計了相應(yīng)的化學(xué)封竄工藝，配套了可取式橋塞，能有效提高封竄的有效率。

（3）現(xiàn)場封竄試驗證明，化學(xué)封竄劑具有施工安全可靠、封堵效果好的特點，能夠滿足超稠油注汽井的管外封竄的要求。

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