一種具有縫洞駐留能力的堵水劑研究與評價

沈建新， 黃兆海， 劉迎斌， 曾文波， 袁建波

(1塔里木油田分公司 2遼河油田分公司)

哈拉哈塘油田某區(qū)塊位于塔里木盆地塔北隆起哈拉哈塘鼻狀構(gòu)造帶上,是塔里木盆地重要的油氣富集帶[1]。該區(qū)塊為一個超深、高溫、高鹽的縫洞型碳酸鹽巖油藏。產(chǎn)層段縱向上非均質(zhì)性嚴重，地層水沿主產(chǎn)通道突破，使含水突然(階梯)上升[2]，導(dǎo)致油井水淹，目前區(qū)塊共有高含水井19口，占總井數(shù)的17%。該區(qū)塊共發(fā)育洞穴型、裂縫-孔洞型和裂縫型3種類型儲集層[3]，很容易發(fā)生漏失[4]。XX15井在2016年6月檢抽作業(yè)過程中漏失壓井液高達3 432 m3，漏失通道以微裂縫和孔洞為主[5]。該區(qū)塊從未開展化學堵水技術(shù)研究與現(xiàn)場試驗，為了解決漏失井堵水問題，急需開展超深井高溫高礦化度條件下的漏失井堵水工藝技術(shù)研究[6]，而堵水工藝技術(shù)的重點是堵水劑研究，因此必須研究出一種具有縫洞駐留能力的耐溫耐鹽堵水劑。常規(guī)凝膠類堵水劑用于高溫、高鹽油藏時，封堵強度和長期穩(wěn)定性較差，無法滿足堵水要求[7-9]。通過研究與評價，得到了一種具有耐高溫、高鹽，可泵性好、可大劑量應(yīng)用。強度高、駐留能力好、有效期長、原料易得、成本適中等特點的堵水劑，創(chuàng)新地研制了一套模擬縫洞裝置進行駐留能力評價，為保證施工效果，提出了5條現(xiàn)場施工注意事項。

一、堵水劑配方確定及評價方法

1.配方研究

通過文獻調(diào)研[10]，可固化顆粒類堵劑能夠耐溫耐鹽，但存在密度高、固化時間短[11]等問題。為此從該類堵劑的原材料入手，進行大量的調(diào)研與實驗，共進行了158組配方實驗，得到了一種具有縫洞駐留能力、固化時間可調(diào)的耐溫耐鹽堵水劑。

(1)配方組成。堵水劑主要由凝結(jié)載體、固結(jié)材料、交聯(lián)體組成。

(2)固化機理。堵水劑固化分兩步完成，首先固結(jié)材料與交聯(lián)體通過電荷作用生成一種具有高觸變性的初聚體，然后形成的初聚體再與凝結(jié)載體反應(yīng)生成一種剛性凝固體。通過兩步反應(yīng)確保了固化時間可控。

(3)堵劑配方及性能。堵水劑配制后為淺黃色液體，密度在1.1～1.2 g/cm3，黏度在50～150 mPa · s，分散性和懸浮穩(wěn)定性好。

2.評價方法

①應(yīng)用水泥稠度凝結(jié)時間測試儀測定固化時間，并對配方深度、溫度、礦化度對固化時間的影響進行評價；②應(yīng)用目標油田采出水模擬地層溫度對固化后堵水劑進行浸泡，考查其耐溫耐鹽性能；③采用針入度測試法對堵水劑強度進行評價；④采用巖心驅(qū)替試驗對堵水劑封堵性能進行評價；⑤創(chuàng)新地研制出一套模擬縫洞裝置，對堵水劑的駐留能力進行評價，通過以上評價方法，使堵水劑達到現(xiàn)場應(yīng)用條件。

二、實驗結(jié)果與分析

1. 固化時間評價

1.1 配方濃度對固化時間的影響

固化時間測定使用水泥稠度凝結(jié)時間測試儀，按GB/T 1346-2011標準中相關(guān)方法測定[12]。

隨著固結(jié)材料、交聯(lián)體濃度的增加，固化時間逐漸縮短，現(xiàn)場施工時可根據(jù)固化時間要求進行配方濃度調(diào)整[13]，實驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 配方濃度對固化時間的影響

1.2 溫度對固化時間的影響

按凝結(jié)載體濃度10%，固結(jié)材料濃度4%，交聯(lián)體濃度0.4%配比，在60℃～170℃溫度條件進行固化實驗，得出了固化時間隨溫度升高而縮短，在165℃條件下固化時間仍達到57 h，可滿足現(xiàn)場應(yīng)用條件，如表1所示。

表1 不同溫度下堵水劑固化時間

1.3 礦化度對固化時間的影響

采用區(qū)塊某油井采出水進行配制堵水劑，溫度在165℃條件下固化時間僅為15 h，與清水配制相比固化時間縮短了42 h，因此高礦化度水對固化時間影響較大，在現(xiàn)場施工時為延長固化時間必須采取清水配制，同時在注入堵水劑前先注入一段清水進行隔離。

2.耐溫耐鹽評價

將固化后的堵水劑放入?yún)^(qū)塊某油井采出水中，密封后置于165℃恒溫箱中30 d，對堵水劑放入前后的體積、質(zhì)量及外觀進行對比，未出現(xiàn)脫液收縮及顆粒分散現(xiàn)象，說明其耐溫耐鹽合格，實驗結(jié)果如表2所示。

表2 耐溫耐鹽評價實驗

3. 強度評價

堵水劑強度測定采用針入度測試法。用水泥稠度凝固測定儀中的粗柱與堵水劑表面接觸，擰緊固定螺絲，1～2 s后突然放松，試針自由落入堵水劑表面。測試粗柱針入堵水劑中的深度來表征凝膠強度，每次測定3次，取平均值即為堵水劑的針入深度。針入深度越小，表明堵水劑的強度越好，反之堵水劑的強度差。

通過對不同配方濃度在恒溫72 h后測定其針入深度情況，實驗結(jié)果表明，當凝結(jié)載體濃度不小于10%，固結(jié)材料濃度不小于4%，交聯(lián)體濃度不小于0.4%時凝結(jié)狀態(tài)均為終凝狀態(tài)，且針入深度僅為2 mm，強度較高，再增加相應(yīng)配方濃度的情況下針入深度不變，說明此時為最佳使用濃度。

4. 封堵率評價

封堵率采用巖心驅(qū)替試驗進行評價[14-15]，制作三種不同滲透率的巖心筒，注入?yún)^(qū)塊某油井采出水至飽合，壓力穩(wěn)定后測定流速，計算出封堵前滲透率；然后向巖心筒注入2 PV堵水劑，密封后放入165℃恒溫箱中侯凝72 h；取出后用區(qū)塊某油井采出水驅(qū)替至采出水流出，待壓力穩(wěn)定后測定流速，計算出封堵后滲透率；然后通過滲透率變化計算出封堵率，實驗結(jié)果如表3所示。

表3 封堵率試驗結(jié)果

由表3可知，堵水劑對不同滲透率的巖心均具有良好的封堵能力，高溫固化后封堵率均達到90%以上。

5. 駐留能力評價

堵水劑在固化前能否在縫洞體內(nèi)駐留是堵水措施成功的關(guān)鍵所在，為此研制一套模擬縫洞裝置[16-17]，對堵水劑的駐留能力進行評價。

將模擬縫洞裝置注滿某油井采出水，采用加熱套進行165℃恒溫2 h，使用配制好的堵水劑進行驅(qū)替，驅(qū)替速度為1 mL/min，至堵水劑返出時記錄入口與出口壓力值，兩者的壓力差即為堵水劑的駐留能力。

實驗結(jié)果如表4所示，0.8～3.7 mm縫洞的駐留能力為5 kPa/cm，3.5～7.3 mm縫洞的駐留能力為3 kPa/cm，說明堵水劑具有較強的縫洞駐留能力。

表4 模擬縫洞裝置駐留能力試驗結(jié)果

三、 實踐指導(dǎo)

根據(jù)現(xiàn)場情況及堵水劑特點，提出現(xiàn)場施工注意事項如下：

(1)在注入堵水劑前先注入一段清水進行隔離，保證堵水劑固化時間，同時采用清水配制堵水劑。

(2)根據(jù)油藏漏失嚴重的情況，制定了“先堵漏后堵水”的原則，首先對漏失層進行封堵，然后進行堵水，確保堵水劑形成有效屏障。

(3)針對不同儲集層類型對堵水劑進行濃度調(diào)整，如洞穴型儲層漏失量大，加大各配方濃度，縮短固化時間，控制堵水劑無效漏失。

(4)采用低壓低排量施工，保證堵水劑進入有效封堵層段，施工排量在0.3～0.6 m3/min之間，施工壓力不得高于70% 的地層破裂壓力。

(5)根據(jù)儲層特征、施工狀況以及堵后吸液能力，綜合擬定配套投產(chǎn)工藝。常用的配套措施有：小型酸壓、射孔酸化以及轉(zhuǎn)抽油機生產(chǎn)等[18]。

四、結(jié)論及建議

(1)針對縫洞型油藏易漏失井研究出了一種具有駐留能力，固化時間可調(diào)的耐溫耐鹽堵水劑，并通過室內(nèi)評價確定了配方最佳使用濃度。

(2)堵水劑封堵率達到90%以上，駐留能力好，可滿足縫洞型碳酸鹽巖油藏堵水需求。

(3)提出了先堵漏后堵水、針對不同儲集層類型對堵水劑進行濃度調(diào)整等現(xiàn)場施工注意事項，為下步堵水實施成功提供了重要技術(shù)支撐，

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