國內(nèi)外水平井控水技術(shù)研究現(xiàn)狀

孫昕迪，白寶君

（Missouri University of Science and Technology, Rolla Missouri 65401, USA）

國內(nèi)外水平井控水技術(shù)研究現(xiàn)狀

孫昕迪，白寶君

（Missouri University of Science and Technology, Rolla Missouri 65401, USA）

分析了國內(nèi)外水平井控水技術(shù)研究現(xiàn)狀，介紹了水平井中常用的控水技術(shù)，總結(jié)了針對不同完井方式水平井的控水方法。控水方法大體上可分為兩類，即機(jī)械方法和化學(xué)方法，兩類方法可單獨(dú)使用或組合使用。機(jī)械方法通常用于井筒或近井堵水，化學(xué)方法可用于封堵基質(zhì)孔隙或裂縫。在設(shè)計(jì)堵水方案時(shí)應(yīng)考慮井筒的完井方式，機(jī)械方法和化學(xué)方法均可用于裸眼完井及套管射孔完井的水平井；割縫襯管完井及防砂篩管完井只能選擇化學(xué)方法進(jìn)行堵水，機(jī)械方法只能提供臨時(shí)的區(qū)域分隔。機(jī)械方法成本略高于化學(xué)方法，且堵水過程中的深度校正也是一個(gè)操作難點(diǎn)。當(dāng)出水點(diǎn)在水平井趾端時(shí)，機(jī)械或化學(xué)方法均可單獨(dú)使用；當(dāng)出水點(diǎn)靠近跟端或在水平井段時(shí)，則需使用封隔工具進(jìn)行層位封隔及目標(biāo)層封堵。圖1表1參47

水平井；控水技術(shù)；機(jī)械堵水；化學(xué)堵水

0 引言

過度產(chǎn)水是油氣田開采中面對的嚴(yán)峻問題之一，尤其是對于開采中后期的油氣藏。過度產(chǎn)水嚴(yán)重影響油氣藏的開采壽命及油氣產(chǎn)量，也會造成井眼腐蝕、出砂等問題。由于產(chǎn)出水的化學(xué)組成比較復(fù)雜，要使處理后的產(chǎn)出水完全達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)也會增加處理成本。因此，選擇有效且經(jīng)濟(jì)的堵水方案十分重要。目前，在油氣開采過程中，為了增加井筒與油氣藏的接觸面積進(jìn)而達(dá)到增產(chǎn)目的，水平井的使用與日俱增，水平井過度產(chǎn)水問題也逐漸得到重視。本文通過文獻(xiàn)調(diào)研，分析國內(nèi)外水平井控水技術(shù)研究現(xiàn)狀，介紹水平井中常見的控水方法，并總結(jié)針對不同完井方式應(yīng)選擇的控水方法。

1 常見控水方法

應(yīng)用于水平井的控水方法大致可分為兩類：機(jī)械方法和化學(xué)方法。這兩類方法可單獨(dú)使用或組合使用[1-2]。

1.1 機(jī)械方法

機(jī)械方法是使用機(jī)械封隔工具封堵出水點(diǎn)或者為后續(xù)堵水提供層位封隔。封隔工具可分為可膨脹封隔工具和非可膨脹封隔工具（見表 1）?？膳蛎浄飧艄ぞ哂煽膳蛎浽M成，在其到達(dá)目標(biāo)層后，可以在井眼中膨脹并完全填充空隙從而達(dá)到封隔的目的。大多數(shù)可膨脹封隔工具是可回收的，在特定情況下，可回收式膨脹封隔工具也可與水泥塞一起實(shí)現(xiàn)永久封隔。

表1 常用封隔工具特性及封堵機(jī)理

可膨脹封隔工具包括膨脹式封隔器、橋塞、遇水/油膨脹封隔器、跨式封隔器、水泥膨脹式封隔器及膨脹管等。膨脹的過程由不同的機(jī)制觸發(fā)：膨脹式封隔器通過橡膠囊實(shí)現(xiàn)膨脹；橋塞和膨脹管由機(jī)械助力完成膨脹過程[3]；遇水/油膨脹封隔器與井液接觸時(shí)觸發(fā)膨脹。一些可膨脹封隔工具（如跨式封隔器）具有兩個(gè)膨脹元件和噴嘴，既可用作層位封隔器又可用作注入裝置。兩個(gè)膨脹元件可提供層位封隔，工作液可通過兩個(gè)膨脹元件間的噴嘴注入到目標(biāo)層位。

套管外封隔器（ECP）是一類特殊的可膨脹封隔工具，主要結(jié)構(gòu)是套管外的可膨脹橡膠囊，經(jīng)常在裸眼井水平段中與割縫襯管或防砂篩管間隔配置使用，通過橡膠囊膨脹實(shí)現(xiàn)環(huán)空填充從而達(dá)到封堵目的。

非可膨脹封隔工具一般為水泥塞。水泥是常見的直井堵水材料。但在用于水平井段堵水時(shí)，由于重力的影響可能造成不完全封堵。因此，水泥塞適用于封堵井筒內(nèi)靠近垂直井段區(qū)域的出水點(diǎn)。近年來，新型泡沫水泥已被廣泛應(yīng)用于礦場實(shí)踐。泡沫水泥是將高壓氣體（通常為氮?dú)猓┳⑷牒邪l(fā)泡劑和泡沫穩(wěn)定劑的水泥漿中產(chǎn)生的[4]。相較于常規(guī)水泥，泡沫水泥具有鉆井液驅(qū)替率較高和抗水、氣突破等優(yōu)點(diǎn)[5]。此外，還有一些其他類型的水泥仍處于試驗(yàn)階段，如膨脹水泥、高觸變性水泥和纖維增強(qiáng)型中性密度水泥等。

1.2 化學(xué)方法

機(jī)械封隔工具可以用于封堵井筒本身的硬件破損以及近井地帶較大的裂縫[6]。然而，在一些特定情況下需要封堵巖石基質(zhì)或細(xì)小的裂縫，因此化學(xué)方法便被廣泛研究和使用。以下是一些在水平井中常用的堵水劑。

①凝膠。常見的凝膠主要由部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）和乙酸鉻組成，可通過加入其他添加劑來調(diào)節(jié)凝膠的性能[7]。不同的交聯(lián)體系組分和油藏環(huán)境會使凝膠呈現(xiàn)不同強(qiáng)度。由于注入物是成膠前的聚合物與交聯(lián)劑的混合物，因此凝膠的成膠過程發(fā)生在地下。

②聚合物及膨脹劑。聚合物由于強(qiáng)度較低，經(jīng)常被用作流度控制劑而非堵水劑。然而，Zaitoun等[8]發(fā)現(xiàn)聚丙烯酰胺（PAM）在遇到膨脹劑時(shí)會發(fā)生膨脹，因此可以被用來封堵目標(biāo)層。因?yàn)樵撍巹λ陀蜌獾姆舛滦什煌员环Q為選擇性堵水劑。通常情況下，對水的封堵效率高于對油的封堵效率。

③吸水膨脹型高分子化合物（WSP）。這種材料是高吸水性聚合物交聯(lián)體系，也被稱為顆粒凝膠[9-10]，其顆粒大小為微米—毫米級。在不同組分和濃度的鹽水中，WSP可以吸收質(zhì)量為其自身質(zhì)量5～400倍的水。

④微基質(zhì)水泥。該水泥的顆粒尺寸小于10 μm，僅為常規(guī)水泥的 10%。微基質(zhì)水泥可以進(jìn)入高滲油藏的基質(zhì)孔隙和小至0.05 mm的裂縫[11]。由于與化學(xué)堵水劑有相似的堵水機(jī)理，因此被歸類為化學(xué)方法。

⑤HWSO系列堵水劑。HWSO是由亞乙基丙烯酸乙酯共聚物、烷基溴和丙烯酰胺合成的[12-13]。由于含有親油和親水基團(tuán)，HWSO在堵水過程中具有一定的選擇性。HWSO表現(xiàn)為遇水時(shí)膨脹，遇油時(shí)收縮。該堵水劑具有溶液和顆粒兩種形態(tài)。馬廣博等[14]研究表明HWSO顆粒耐溫可達(dá)95 ℃。

2 不同完井方式水平井堵水實(shí)例

2.1 裸眼完井

作為最常見的水平井完井方式之一，由于沒有套管和襯管，裸眼完井具有成本低和節(jié)流低等優(yōu)點(diǎn)。然而，在裸眼井中，與井液直接接觸的頁巖層可能會發(fā)生膨脹從而導(dǎo)致井壁垮塌。由于具有易操作和成本低的優(yōu)勢，化學(xué)方法被廣泛應(yīng)用于裸眼完井的水平井堵水作業(yè)。

Uddin等[15]用兩種凝膠在 Wafa Ratawi Oolite油田[16]對一裸眼完井水平井實(shí)施了堵水作業(yè)。水驅(qū)導(dǎo)致該生產(chǎn)井過度產(chǎn)水，出水點(diǎn)在水平段趾端。利用連續(xù)油管將無污染交聯(lián)羥乙基纖維素（HEC）凝膠放置于水平井跟端作為區(qū)域隔離段塞，從而保護(hù)上部產(chǎn)油層。然后，向水平井趾端注入另一種凝膠封堵出水點(diǎn)。堵水作業(yè)后，該井含水率從 82%降低到 70%～80%。Utomo等[17]在該油田用兩種凝膠對另一裸眼完井水平井進(jìn)行了堵水作業(yè)。先將一種可流動的凝膠注入到目標(biāo)層，確保其最大程度進(jìn)入裂縫從而實(shí)現(xiàn)堵水，隨后注入一種強(qiáng)度大的凝膠封堵近井區(qū)域。

Dashash等[18]在Ghawar油田[19]一裸眼完井水平井中成功地實(shí)施了堵水作業(yè)。生產(chǎn)測井儀顯示出水點(diǎn)位于水平段趾端。先用膨脹式封隔器隔離產(chǎn)水區(qū)，再在封隔器后注入61.0 m的水泥塞以加強(qiáng)封堵強(qiáng)度，最后在水泥塞后注入91.4 m的高黏度凝膠防止水泥坍落。堵水作業(yè)后，該井含水率降低了 50%，原油產(chǎn)量提高了159 m3/d。Sharma等[20]用化學(xué)方法對該油田的另一裸眼完井水平井實(shí)施了堵水作業(yè)，但效果并不理想。該井有360.3 m處于產(chǎn)層中，堵水前含水率為60%，出水點(diǎn)位于趾端。針對該井實(shí)際情況，采用水泥塞和有機(jī)聚合物進(jìn)行堵水。在2 636.5 m處放置了1個(gè)水泥膨脹式封隔器并在其下方注入了 23.85 m3有機(jī)聚合物。第2個(gè)水泥膨脹式封隔器被置于2 617.9 m處，并在兩封隔器間擠入水泥形成水泥塞。堵水后含水率并無明顯變化，可能是部分化學(xué)堵水劑進(jìn)入產(chǎn)油段并堵塞井筒所致。

除了化學(xué)方法外，膨脹式封隔器配合水泥塞封堵是常用的機(jī)械封堵方法。Saudi等[21]將該方法運(yùn)用于Ghawar油田一裸眼完井水平井中，出水點(diǎn)在水平段趾端。先將膨脹式封隔器置于趾端，隨后注入水泥塞加強(qiáng)封堵。該堵水操作成功地提高了采油量并降低了含水率。Al-Zain等[22]在該油田另一裸眼完井水平井中使用了相同的堵水方法，使原油產(chǎn)量從492.9 m3/d增加至1 049.4 m3/d，同時(shí)含水率從47.8%降低到8.4%。

2.2 套管射孔完井

套管射孔完井是將套管下入井中并以水泥固井，再通過射孔使得井筒與產(chǎn)層相通。由于射孔段可以精確定位，該完井方式可以有效地控制流體從產(chǎn)層流入井筒。然而，為了避免液體從套管和井壁之間流出，該方式對固井質(zhì)量要求較高。

Lane等[23]對一套管射孔完井的水平井進(jìn)行了有效堵水。該井由于斷層連通底水造成了產(chǎn)水量大的問題。為了保護(hù)射孔段，采用化學(xué)堵水方法。考慮到斷層與基質(zhì)滲透率存在明顯差異，因此將HPAM和乙酸鉻凝膠通過籠統(tǒng)注入的方式注入至目標(biāo)層位。生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，堵水作業(yè)后，產(chǎn)油量從7.4×104m3/d增加至11.6×104m3/d，同時(shí)含水率從 90%降低至 72%，但在后續(xù)產(chǎn)油過程中含水率略有增加。

Snaas等[24]對卡塔爾Idd El Sharji油田的一套管射孔完井水平井進(jìn)行了堵水作業(yè)。利用連續(xù)油管將水泥膨脹式封隔器下入到3 073 m處注入水泥從而形成水泥塞，成功地封堵了出水點(diǎn)，進(jìn)而提高了產(chǎn)油量并降低了含水率。

2.3 襯管射孔完井

襯管射孔完井可分為 3類：預(yù)鉆孔襯管完井、割縫襯管完井和預(yù)置篩管完井。預(yù)鉆孔襯管上有多個(gè)孔，將其置于生產(chǎn)段可以在提供流動通道的同時(shí)提高井筒穩(wěn)定性。對于一些膠結(jié)程度較差的儲集層，一旦發(fā)生坍塌，襯管的孔隙可能會被堵塞從而導(dǎo)致滲透率降低[25]，進(jìn)而降低油井產(chǎn)能。另外由于割縫襯管與預(yù)鉆孔襯管具有相似功能，二者可相互替換。盡管割縫襯管和防砂篩管均可用于防砂，但防砂篩管的防砂效率明顯更高[26]。這 3種完井方式均未進(jìn)行固井，巖層未與襯管接觸，因此襯管與產(chǎn)層間存在環(huán)空。由于襯管具有較低的機(jī)械強(qiáng)度，機(jī)械封隔工具并不適用于封堵該環(huán)空，因而對環(huán)空中流體的控制難度較大。針對該問題有3種解決方案，第1種是使用ECP進(jìn)行永久封堵，但需在設(shè)計(jì)井筒時(shí)提前考慮ECP排布；第2種是使用化學(xué)堵水劑對環(huán)空進(jìn)行封堵；第 3種是使用新型可控流篩管。目前，一些新型可控流篩管已經(jīng)成功應(yīng)用于水平井控水[27]。

Foucault等[28]針對委內(nèi)瑞拉 Zuata油田西南部SINCOR區(qū)域的 1口水平井設(shè)計(jì)了控水方案。產(chǎn)層為厚200 m的未固結(jié)砂巖。出于防砂考慮，完井時(shí)選擇了孔徑0.5 mm（0.02 in）、直徑177.8 mm（7 in）的割縫襯管。堵水前含水率為 80%，出水點(diǎn)在實(shí)測深度1 710 m處。該井堵水應(yīng)用了凝膠、微基質(zhì)水泥和水泥環(huán)。水泥由選擇性注入式封隔器注入，封堵襯管外環(huán)空，以提供區(qū)域分隔。在形成兩水泥環(huán)后，再通過可回收水泥膨脹式封隔器將凝膠和微基質(zhì)水泥從兩水泥環(huán)間注入地層用于封堵近井區(qū)域和基質(zhì)孔隙。堵水后，含水率在兩周內(nèi)從 80%降至 5%以下，隨后在日產(chǎn)液159 m3的情況下穩(wěn)定在2%～3%。

Zaitoun等[8]使用化學(xué)堵水劑在加拿大1口割縫襯管完井水平井中成功實(shí)施了堵水。該井堵水作業(yè)采用了高分子聚合物及膨脹劑。低水解度的高分子聚合物不僅可用于油井，也可用于氣井[29]。由于聚合物及膨脹劑黏度較低，方案實(shí)施中采用了籠統(tǒng)注入的方法將聚合物和膨脹劑注入地層。堵水后，該井產(chǎn)油量有明顯提升，含水率由 85%降至低于 50%。Zaitoun等[30]在加拿大西部的 Pelican Lake油田同樣采取籠統(tǒng)注入聚合物溶液的方法對 4口割縫襯管完井的稠油水平井進(jìn)行了堵水，但是僅有1口井堵水效果理想。作業(yè)后，該井含水率從 85%降低至 50%，產(chǎn)油量在作業(yè)后兩年內(nèi)持續(xù)增加。

袁輝等[31]介紹了海南文昌海上油田割縫襯管及防砂篩管完井水平井的堵水經(jīng)驗(yàn)。該井出水點(diǎn)在水平段趾端，堵水作業(yè)使用了 2個(gè)篩管外化學(xué)環(huán)空段塞及 5個(gè)流量控制器。堵水后產(chǎn)量增加了98.2 m3/d。Tudball等[32]采取在防砂篩管中直接擠入化學(xué)藥劑的堵水方案，對英國南部北海Rose油田1口產(chǎn)氣井實(shí)施了堵水。劉懷珠等[33]在冀東油田成功實(shí)現(xiàn)了堵水增產(chǎn)。堵水作業(yè)中采用了籠統(tǒng)注入的方法將2 470 m3濃度為3 000 mg/L及600 m3濃度為5 000 mg/L的HWSO堵水劑注入地層。關(guān)井15 d后開井投產(chǎn)，含水率降低了2.9%，一年半內(nèi)總計(jì)增油892 t。Vasquez等[34]用WSP對北海1口海上割縫襯管完井注水井進(jìn)行了堵水操作。由于烴基流體攜帶的WSP顆粒膨脹程度最小，因此可有效地防止連續(xù)油管堵塞。當(dāng)WSP顆粒填充到裂縫之后，注入淡水可使WSP顆粒膨脹，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)封堵。除了割縫襯管完井外，WSP還在裸眼、預(yù)射孔等完井方式水平井堵水中有廣泛應(yīng)用[34-35]。Arangath等[36]對尼日利亞海上油田1口預(yù)鉆孔襯管完井水平井進(jìn)行了有效堵水。堵水作業(yè)中采用了膨脹式橋塞和水泥環(huán)以形成層位分隔，隨后通過連續(xù)油管將凝膠注入到目標(biāo)層中實(shí)現(xiàn)堵水。堵水后，含水率下降了 92%，同時(shí)產(chǎn)油量恢復(fù)到初期產(chǎn)油量的87%。

2.4 襯管射孔及ECP完井

該完井方式中，ECP通常與割縫襯管或防砂篩管組合使用，因此，在形成封隔的同時(shí)可兼顧防砂。該完井方式可以對產(chǎn)出水迅速進(jìn)行封堵，然而ECP只能封堵環(huán)空，因此地層水可能繞過ECP流入井筒從而造成封堵失效。相比其他完井方式，該完井方式成本較高。

2.5 其他完井方式

在某些情況下，可能會根據(jù)具體情況對完井方案進(jìn)行修改。張國文等[37]及王金忠等[38]介紹了針對冀東油田防砂需求而設(shè)計(jì)的一種新型完井方式。該完井方式不僅具有防砂功能，且能夠有效解決防砂管與裸眼井壁間環(huán)空的洗井問題。新型完井設(shè)備中最主要的部分為調(diào)流控水篩管（見圖 1）及遇水/油膨脹封隔器。相比傳統(tǒng)的防砂篩管完井，該新型完井方式具有產(chǎn)油量高、含水率低等優(yōu)點(diǎn)。饒富培等[39]針對大港油田存在的底水脊進(jìn)造成的過度產(chǎn)水問題設(shè)計(jì)了一種新型完井方式。完井設(shè)備主要由遇水/油膨脹封隔器、插入鎖緊密封總成和優(yōu)質(zhì)星孔梯級篩管組成。

圖1 管內(nèi)分段調(diào)流控水管柱結(jié)構(gòu)示意圖[38]

另一種新型完井方式為流入控制裝置（ICD）完井。該完井方式可以通過設(shè)置水平段中每個(gè)ICD的流量來控制井中壓降，從而有效地延緩底水、邊水脊進(jìn)，達(dá)到控水目的。但是在ICD放置在井中之后流量便無法改變，因此需預(yù)設(shè)流量[40-41]。

3 水平井控水方法選擇

根據(jù)不同的完井方式可以選擇不同的堵水方法。裸眼完井水平井的堵水可以通過化學(xué)方法、機(jī)械方法或二者并用來實(shí)現(xiàn)。由于大部分的機(jī)械封隔工具為可回收型，因此可為后續(xù)的操作提供臨時(shí)層位分隔。除了機(jī)械方法外，一些化學(xué)堵水劑（如凝膠）同樣可以作為暫堵劑。化學(xué)堵水劑有兩種放置方式：一種是在膨脹式封隔器輔助下通過水泥膨脹式封隔器放置，另一種是直接通過跨式封隔器放置。大部分封隔器利用連續(xù)油管下入井中，在放置堵水劑后，封隔器可以回收或留在井中。在一些情況下，可直接采用籠統(tǒng)注入的方法將化學(xué)堵水劑注入地層。該方法要求目標(biāo)區(qū)域和巖石基質(zhì)的滲透率具有明顯區(qū)別，使堵水劑最大程度地進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域。封隔器放置過程中的深度校正是常見的難題。相較于其他井段，出水點(diǎn)通常存在溫度異常，可通過光纖探測該溫度異常從而指示出水點(diǎn)[42]。光纖可以輔助連續(xù)油管提高深度控制精度，精確地將封隔器放置于設(shè)計(jì)深度。但是該技術(shù)只能用于底水或邊水溫度與儲集層溫度有明顯差異時(shí)，否則光纖無法探測溫差。

在套管射孔完井中，堵水作業(yè)主要有兩種方法：化學(xué)方法和機(jī)械方法。因?yàn)樘坠苌淇淄昃卜€(wěn)定性好，所以通常采用籠統(tǒng)注入化學(xué)堵水劑的方法，化學(xué)堵水劑通過射孔孔眼進(jìn)入目標(biāo)層進(jìn)行封堵。膨脹式封隔器和水泥塞可以在套管射孔完井中提供永久封隔。

在襯管射孔完井中，由于防砂篩管和預(yù)鉆孔襯管容易塌陷，因此堵水只能采取化學(xué)方法以減少對襯管的破壞。在進(jìn)行堵水操作時(shí)，可膨脹封隔工具可為后續(xù)的化學(xué)堵水劑注入提供區(qū)域分隔。在襯管射孔完井中，化學(xué)堵水劑通過連續(xù)油管和跨式封隔器注入，并在井壁和襯管間形成環(huán)空化學(xué)封隔段塞[43-44]。Arco Alaska和Schlumberger Dowell公司已經(jīng)將環(huán)空化學(xué)封隔段塞技術(shù)應(yīng)用于Prudhoe Bay油田[45]。一些情況下可以采取籠統(tǒng)注入化學(xué)堵水劑的方法，尤其是對于低黏度聚合物凝膠。籠統(tǒng)注入容易操作，但如果出水段壓力高于產(chǎn)油層壓力，化學(xué)堵水劑將進(jìn)入產(chǎn)油層進(jìn)而破壞地層[46]。

襯管及ECP完井方式可以提供區(qū)域分隔或封堵出水段。ECP膨脹后封堵環(huán)空，優(yōu)點(diǎn)是可以及時(shí)封堵出水。大慶油田成功地使用ECP對1口斜井實(shí)施了有效堵水[47]。但需要注意的是該完井方式也存在著成本高和深度校正難等缺點(diǎn)。

根據(jù)完井方式及井筒自身?xiàng)l件進(jìn)行合理、有效的控水方法選擇十分重要。另外，在設(shè)計(jì)堵水方案時(shí)還應(yīng)考慮成本、操作難度以及封隔工具可回收性等問題。機(jī)械封隔工具更適用于封堵井筒及近井地帶，而化學(xué)堵水劑則可以對裂縫、竄流通道及酸蝕孔洞等進(jìn)行封堵。當(dāng)出水點(diǎn)在水平段趾端時(shí)，機(jī)械或化學(xué)方法均可單獨(dú)使用，直接封堵；當(dāng)出水點(diǎn)靠近跟端或在水平段中時(shí)，則需在形成層位封隔后再進(jìn)行目標(biāo)層封堵。在某些情況下，為防止堵水劑對非目標(biāo)區(qū)域造成損害，需要放置可回收封隔工具提供臨時(shí)區(qū)域分隔。對于大多數(shù)機(jī)械封隔工具，在提供臨時(shí)封堵后可以被回收。而對于一些化學(xué)堵水劑，如暫堵凝膠，可以在完成封堵后通過降解或破碎等方式移除。此外，相較于化學(xué)堵水劑，使用機(jī)械封隔工具成本較高。因此從成本角度考慮，如果籠統(tǒng)注入條件成熟，應(yīng)該選擇化學(xué)方法。雖然化學(xué)堵水劑易注入，但是所有的化學(xué)堵水作業(yè)均存在破壞地層且不可逆的潛在風(fēng)險(xiǎn)，因此在注入化學(xué)堵水劑時(shí)要求較高的精度。針對這一要求，有噴嘴的跨式封隔器可在深度校正后將堵水劑精準(zhǔn)地注入目標(biāo)層位。由于襯管承重能力低，機(jī)械封隔工具并不適用于襯管射孔完井。對于裸眼完井或套管射孔完井水平井而言，機(jī)械方法與化學(xué)方法相結(jié)合的技術(shù)也日趨成熟。

4 結(jié)語

機(jī)械方法和化學(xué)方法均可用于水平井堵水以及提供永久或暫時(shí)區(qū)域分隔。機(jī)械方法通常用于井筒或近井堵水，化學(xué)方法可用于封堵基質(zhì)孔隙或裂縫。機(jī)械方法成本略高于化學(xué)方法，而且堵水過程中的深度校正也是一個(gè)操作難點(diǎn)。在設(shè)計(jì)堵水方案時(shí)應(yīng)考慮井筒的完井方式，機(jī)械方法和化學(xué)方法均可用于裸眼完井及套管射孔完井的水平井。從現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)來看，割縫襯管完井及防砂篩管完井只能選擇化學(xué)方法進(jìn)行堵水，機(jī)械方法只能提供臨時(shí)的區(qū)域分隔。同時(shí)，為防止襯管堵塞，選擇化學(xué)藥劑時(shí)應(yīng)對襯管射孔孔徑加以考慮。

[1]白寶君, 周佳, 印鳴飛. 聚丙烯酰胺類聚合物凝膠改善水驅(qū)波及技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J]. 石油勘探與開發(fā), 2015, 42(4): 481-487.BAI Baojun, ZHOU Jia, YIN Mingfei. A comprehensive review of polyacrylamide polymer gels for conformance control[J]. Petroleum Exploration and Development, 2015, 42(4): 481-487.

[2]劉佳聲. 稠油邊底水油藏水平井堵水技術(shù)改進(jìn)與試驗(yàn)[J]. 當(dāng)代化工, 2013, 42(3): 290-293.LIU Jiasheng. Improvement and test of water plugging technology for horizontal wells in heavy oil reservoirs with edge and bottom water[J]. Contemporary Chemical Industry, 2013, 42(3): 290-293.

[3]李濤. 高溫高壓套損井膨脹管修復(fù)技術(shù)[J]. 石油勘探與開發(fā),2015, 42(3): 374-378.LI Tao. Solid expandable tubular patching technique for high-temperature and high-pressure casing damaged wells[J].Petroleum Exploration and Development, 2015, 42(3): 374-378.

[4]PETROWIKI. Foamed cement[EB/OL]. (2015-06-25)[2017-03-26].http://petrowiki.org/Foamed_cement.

[5]HARLAN T D, FOREMAN J M, REED S D, et al. Foamed cement selection for horizontal liners proves effective for zonal isolation:Case history[R]. SPE 71055-MS, 2001.

[6]梁曉芳, 張紅崗. 水平井找堵水技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 石油化工應(yīng)用, 2014, 33(1): 46-49.LIANG Xiaofang, ZHANG Honggang. Research and appilcation of horiziontal well plugging water technology[J]. Petrolchemical Industry Application, 2014, 33(1): 46-49.

[7]DAI Licai, QING You, XIE Yuhong, et al. Case study on polymer gel to control water coning for horizontal well in offshore oilfield[R].OTC 21125-MS, 2011.

[8]ZAITOUN A, KOHLER N, MONTEMURRO M. Control of water influx in heavy-oil horizontal wells by polymer treatment[R]. SPE 24661-MS, 1992.

[9]BAI Baojun, HUANG Fusheng, LIU Yuzhang, et al. Case study on preformed particle gel for in-depth fluid diversion[R]. SPE 113997-MS, 2008.

[10]PEIRCE J W, HUTCHERSON M R, JENSEN M D, et al. An overview of conformance control efforts for the West Sak Field on the North Slope of Alaska[R]. SPE 169073-MS, 2014.

[11]HALLIBURTON. Micro matrix cement[EB/OL]. (2016-05-16)[2017-04-12]. http://www.halliburton.com/public/cem/contents/data_sheets/web/h/h00693.pdf.

[12]劉懷珠, 李良川, 梁超. 水平井選擇性化學(xué)堵水技術(shù)在高尚堡油田淺層油藏的應(yīng)用研究[J]. 油田化學(xué), 2010, 27(4): 428-430.LIU Huaizhu, LI Liangchuan, LIANG Chao. Application of horizontal well selective chemical water shutoff technology on Gaoshangpu Oilfield swallow reservoir[J]. Oilfield Chemistry, 2010,27(4): 428-430.

[13]李宜坤, 魏發(fā)林, 路海偉, 等. 水平井化學(xué)控水技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督, 2011, 27(6): 50-54.LI Yikun, WEI Falin, LU Haiwei, et al. Horizontal well water control for chemical research and application[J]. Technology Supervision in Petroleum Industry, 2011, 27(6): 50-54.

[14]馬廣博, 董金平, 劉中良, 等. 水平井選擇性化學(xué)堵水技術(shù)在高尚堡淺層油藏中的研究與應(yīng)用[J]. 內(nèi)蒙古石油化工, 2011(14):113-114.MA Guangbo, DONG Jinping, LIU Zhongliang, et al. Selective chemical water plugging technique in horizontal well in Gaoshangpu shallow oil reservoir in the research and application[J]. Inner Mongolia Petrochemical Industry, 2011(14): 113-114.

[15]UDDIN S, DOLAN J D, CHONA R A, et al. Lessons learned from the first openhole horizontal well water shutoff job using two new polymer systems: A case history from Wafra Ratawi Field, Kuwait[R].SPE 81447-MS, 2003.

[16]LONGACRE S A, GINGER E P. Evolution of the Lower Cretaceous Ratawi Oolite reservoir, Wafra Field, Kuwait-Saudi Arabia partitioned neutral zone[J]. Giant Oil and Gas Fields, 1988(12):273-331.

[17]UTOMO B, AL-HARBI M, RAZZAK S, et al. Innovative water shut off solution combining real time downhole measurement and analysis with zonal isolation technologies for horizontal open hole producer in Ratawi Field: A case history from partitioned zone[R]. SPE 145901-MS, 2011.

[18]DASHASH A A, AL-ARNAOUT I, AL-DRIWEESH S M, et al.Horizontal water shut-off for better production optimization and reservoir sweep efficiency (case study)[R]. SPE 117066, 2008.

[19]STENGER B, PHAM T, AL-AFALEG N. Tilted original oil/water contact in the Arab-D reservoir, Ghawar Field, Saudi Arabia[J].GeoArabia, 2003, 8(1): 9-39.

[20]SHARMA H, DUARTE J, MUFEED E, et al. Lessons learnt from water shutoff of horizontal wells using inflatable packers and chemicals in Ghawar Field of Saudi Arabia[R]. IPTC 16637, 2013.

[21]SAUDI M, AL-UMRAN M I. Inflatable enables successful water shutoff in high angle wellbores in Ghawar Field[R]. SPE 93261-MS,2005.

[22]AL-ZAIN A, DUARTE J, HALDAR S, et al. Successful utilization of fiber optic telemetry enabled coiled tubing for water shut-off on a horizontal oil well in Ghawar Field[R]. SPE 126063, 2009.

[23]LANE R, SERIGHT R. Gel water shutoff in fractured or faulted horizontal wells[R]. SPE 65527-MS, 2000.

[24]SNAAS A, ALVAREZ D. Successful water shut off in extended reach horizontal wells using inflatable technology[R]. IPTC 12410-MS,2008.

[25]周勇. 我國水平井完井技術(shù)綜述[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2012, 33(15): 75.ZHOU Yong. Overview of horizontal well completion technology in China[J]. China Petroleum and Chemical Standar and Quality, 2012,33(15): 75.

[26]董長銀, 張清華, 高凱歌, 等. 機(jī)械篩管擋砂精度優(yōu)化實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)模型[J]. 石油勘探與開發(fā), 2016, 43(6): 991-996.DONG Changyin, ZHANG Qinghua, GAO Kaige, et al. Screen sand retaining precision optimization experiment and a new empirical design model[J]. Petroleum Exploration and Development, 2016,43(6): 991-996.

[27]徐鑫. 水平井控流篩管完井技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 石油鉆探技術(shù),2014, 42(3): 71-75.XU Xin. Development and application of flow control screen completion for horizontal wells[J]. Petroleum Drilling Techniques,2014, 42(3): 71-75.

[28]FOUCAULT H, POILLEUX D, DJURISIC A, et al. A successful experience for fiber optic and water shut off on horizontal wells with slotted liner completion in an extra heavy oil field[R]. SPE 89405-MS, 2004.

[29]ZAITOUN A, PICHERY T. A successful polymer treatment for water coning abatement in gas storage reservoir[R]. SPE 71525-MS, 2001.

[30]ZAITOUN A, KOHLER N, BOSSIE-CODREANU D, et al. Water shutoff by relative permeability modifiers: Lessons from several field applications[R]. SPE 56740-MS, 1999.

[31]袁輝, 李耀林, 朱定軍, 等. 海上油田水平井控水油藏方案研究及實(shí)施效果評價(jià): 以 Wen8-3-A2h 井為例[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程,2013, 13(4): 996-1002.YUAN Hui, LI Yaolin, ZHU Dingjun, et al. Reservoir project research and implementation effect evaluation of offshore oilfield horizontal well water controlled: For example Wen8-3-A2h[J].Science Technology and Engineering, 2013, 13(4): 996-1002.

[32]TUDBALL I C, MCGINN P, WATSON D. Successful coiled-tubing water-shutoff solution for a sand-screen horizontal completion using novel fluids[R]. SPE 94175-MS, 2005.

[33]劉懷珠, 李良川, 鄭家朋, 等. 水平井選擇性化學(xué)堵水技術(shù)在冀東油田淺層邊底水油藏的研究與應(yīng)用[J]. 石油地質(zhì)與工程, 2010,24(2): 109-111.LIU Huaizhu, LI Liangchuan, ZHENG Jiapeng, et al. Application of selective permeability reduction agent in Jidong Oil field[J].Petroleum Geology and Engineering, 2010, 24(2): 109-111.

[34]VASQUEZ J, RODRIGUEZ L. A water swelling polymer for fracture shutoff to improve injection profile during secondary recovery: Case histories and lessons learned after more than 600 well interventions[R]. SPE 174292-MS, 2015.

[35]BEAMAN D J, BRINK D I, RITCHIE B, et al. Qualification and deployment of a unique polymer conformance control system[R].IPTC 13074-MS, 2009.

[36]ARANGATH R, MKPASI E. Water shut-off treatments in open hole horizontal wells completed with slotted liners[R]. SPE 74806-MS,2002.

[37]張國文, 錢杰, 劉鳳, 等. 水平井控水完井管柱的研究與應(yīng)用[J].石油機(jī)械, 2013, 41(3): 89-91.ZHANG Guowen, QIAN Jie, LIU Feng, et al. Research and application of the water control completion string for horizontal wells[J]. China Petroleum Machinery, 2013, 41(3): 89-91.

[38]王金忠, 肖國華, 陳雷, 等. 水平井管內(nèi)分段調(diào)流控水技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 石油機(jī)械, 2011, 39(1): 60-61.WANG Jinzhong, XIAO Guohua, CHEN Lei, et al. Research and application of the staged flow regulating and water control technology with screen or tubing in horizontal wells[J]. China Petroleum Machinery, 2011, 39(1): 60-61.

[39]饒富培, 董云龍, 吳杰生, 等. 大港油田底水油藏水平井控水完井工藝[J]. 石油鉆采工藝, 2010, 32(3): 107-109.RAO Fupei, DONG Yunlong, WU Jiesheng, et al. Technology of water control and well completion of horizontal wells in bottom water reservoir in Dagang Oilfield[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2010, 32(3): 107-109.

[40]楊進(jìn)先. 底水氣藏水平井控水技術(shù)[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量, 2012, 33(15): 143.YANG Jinxian. Water shutoff technology in bottom water reservoirs[J]. China Petroleum and Chemical Standar and Quality,2012, 33(15): 143.

[41]張瑞霞, 王繼飛, 董社霞, 等. 水平井控水完井技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 鉆采工藝, 2012, 35(4): 35-37.ZHANG Ruixia, WANG Jifei, DONG Shexia, et al. Status and development trends of water-controlling cpmpletion technology of horizontal well[J]. Drilling and Production Technology, 2012, 35(4):35-37.

[42]BUROV A, KHARRAT W, HUSSEIN N A. Innovative coiled tubing water shutoff techniques in horizontal wells[R]. SPE 149651-MS,2012.

[43]陳維余, 孟科全, 朱立國. 水平井堵水技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 石油化工應(yīng)用, 2014, 33(2): 1-4.CHEN Weiyu, MENG Kequan, ZHU Liguo. Progress in research on water shutoff for horizontal well[J]. Petrolchemical Industry Application, 2014, 33(2): 1-4.

[44]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)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)), 2005, 27(3): 757-760.LI Yikun, HU Pin, FENG Jilei, et al. Background, current situation and trend of development for water shutoff in horizontal wells[J].Journal of Oil and Gas Technology (J.JPI), 2005, 27(3): 757-760.

[45]BOND A, BLOUNT C, DAVIES S, et al. Novel approaches to profile modification in horizontal slotted liners at Prudhoe Bay, Alaska[R].SPE 38832-MS, 1997.

[46]朱懷江, 徐占東, 羅健輝, 等. 水平井調(diào)堵技術(shù)最新進(jìn)展[J]. 油田化學(xué), 2004, 21(1): 85-90.ZHU Huaijiang, XU Zhandong, LUO Jianhui, et al. Technologies of water and gas shutoff in horizontal wells: An overview[J]. Oilfield Chemistry, 2004, 21(1): 85-90.

[47]于洪江, 張鳳武. 側(cè)鉆水平井機(jī)構(gòu)堵水工藝技術(shù)[J]. 大慶石油地質(zhì)與開發(fā), 1997, 16(3): 56-58.YU Hongjiang, ZHANG Fengwu. Deviate well water control in Daqing Oil Field[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing, 1997, 16(3): 56-58.

Comprehensive review of water shutoff methods for horizontal wells

SUN Xindi, BAI Baojun
(Missouri University of Science and Technology,Rolla Missouri65401,USA)

This paper provides a comprehensive review of the water control techniques that have been applied in horizontal wells and presents the water control methods for wells of different completion types. Water shutoff techniques are classified as mechanical methods and chemical methods. These methods can be used individually or in combination. Mechanical methods are usually used to deal with wellbore water shutoff or near wellbore water control. Chemical methods are used in plugging matrix or fractures. Completion type should be considered when designing a water shutoff project. Both mechanical methods and chemical methods can be used in open hole and cased hole horizontal wells. In the wells that completed with perforated liners and wells completed with sand screen pipe, only chemical methods can be used to control excess water production, while the mechanical methods can only provide temporary zonal isolation. Mechanical methods are slightly higher in cost than chemical methods, and the depth correction is a challenge. Mechanical and chemical methods can be individually used if the water entry point is at the toe. A combination of packers should be designed for the wells with water entry point near the heel or along the lateral.

horizontal well; water control technique; mechanical water shutoff; chemical water shutoff

TE358.3

A

1000-0747(2017)06-0967-07

10.11698/PED.2017.06.15

孫昕迪, 白寶君. 國內(nèi)外水平井控水技術(shù)研究現(xiàn)狀[J]. 石油勘探與開發(fā), 2017, 44(6): 967-973.

SUN Xindi, BAI Baojun. Comprehensive review of water shutoff methods for horizontal wells[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(6): 967-973.

孫昕迪（1990-），女，黑龍江大慶人，美國密蘇里科技大學(xué)地球科學(xué)、地質(zhì)與石油工程學(xué)院在讀博士研究生，主要從事化學(xué)堵水調(diào)剖技術(shù)在二氧化碳驅(qū)油藏的應(yīng)用研究。地址：Geosciences and Geological and Petroleum Engineering Department, Missouri University of Science and Technology, 129 McNutt Hall, 1400 N. Bishop, Rolla, Missouri 65409, USA。E-mail: sxpm4@mst.edu

2017-05-06

2017-09-15

（編輯 胡葦瑋）