水平井預(yù)置速凝堵劑管外封竄技術(shù)

肖國(guó)華，付小坡，王金生，王玲玲，強(qiáng)曉光

(1.中國(guó)石油冀東油田分公司，河北 唐山 063004；2.中國(guó)石油玉門油田分公司，甘肅 酒泉 735019)

0 引 言

冀東油田共有317口水平井，目前平均含水達(dá)到96%以上，嚴(yán)重影響開(kāi)發(fā)效果。為控制水平井的高含水，近年來(lái)，采用雙級(jí)K344封隔器中間連接定壓閥向水平井管外環(huán)空注入化學(xué)堵劑，在管外環(huán)空形成環(huán)形段塞(化學(xué)環(huán)空封隔器ACP)[1-7]，封隔管外地層水軸向竄流，達(dá)到了控水穩(wěn)油的目的。但采用該工藝施工存在2個(gè)問(wèn)題：一是化學(xué)堵劑由于凝固時(shí)間長(zhǎng)，進(jìn)入管外環(huán)空后，堵劑段塞會(huì)沿著優(yōu)勢(shì)通道運(yùn)移，無(wú)法形成有效的環(huán)形封堵段塞，且堵劑設(shè)計(jì)用量較大，施工周期長(zhǎng)、費(fèi)用高[8-9]；二是在頂替化學(xué)堵劑時(shí)，會(huì)出現(xiàn)頂替不到位或過(guò)頂替，導(dǎo)致管外封隔效果差，甚至造成“插旗桿”或“灌腸”等井下安全事故。為此，研制了一種水平井預(yù)置速凝堵劑管外封竄技術(shù)，通過(guò)液壓快速擠注預(yù)置在密閉管柱內(nèi)的定量高強(qiáng)度速凝堵劑，擠注完成后通道自動(dòng)關(guān)閉，避免過(guò)頂替或頂替不到位等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了堵劑的精準(zhǔn)、定量擠注，為控水增油提供了技術(shù)支撐。該技術(shù)可用于水平井及大斜度井的管外封竄，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 水平井預(yù)置速凝堵劑管外封竄管柱

1.1 管柱結(jié)構(gòu)

水平井預(yù)置速凝堵劑管外封竄管柱主要由上膠塞、速凝堵劑、下膠塞、K344L長(zhǎng)膠筒封隔器、可控節(jié)流閥、扶正器、連通接頭、篩管、導(dǎo)向絲堵等工具組成(圖1)。

1.2 工藝原理

將導(dǎo)向絲堵、篩管、連通接頭、可控節(jié)流閥、K344L長(zhǎng)膠筒封隔器等工具自下而上用油管連接，下至井口以下，油管內(nèi)灌滿水后連接下膠塞，接著下入與設(shè)計(jì)堵劑用量相同容積的油管，油管內(nèi)灌滿速凝堵劑后連接上膠塞，將速凝堵劑封隔在上、下膠塞之間。將組配好的管柱送至設(shè)計(jì)深度，磁定位校深后，向油管內(nèi)泵入高壓液體，當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，液壓推動(dòng)上膠塞、速凝堵劑、下膠塞一起下行，同時(shí)推動(dòng)下膠塞下部油管內(nèi)的液體進(jìn)入K344L長(zhǎng)膠筒封隔器內(nèi)，坐封封隔器。地面泵車連續(xù)泵入液體，推動(dòng)膠塞和速凝堵劑繼續(xù)下行，當(dāng)下膠塞以下油管內(nèi)壓力達(dá)到3 MPa時(shí)，打開(kāi)可控節(jié)流閥，下膠塞以下液體被推出管外，下膠塞到達(dá)可控節(jié)流閥下接頭的內(nèi)臺(tái)階處固定不動(dòng)。上膠塞繼續(xù)下行，將速凝堵劑由可控節(jié)流閥處全部擠注到管外，然后坐靠在可控節(jié)流閥內(nèi)芯上端，并推動(dòng)內(nèi)芯下行，關(guān)閉可控節(jié)流閥的出液孔，速凝堵劑無(wú)法回流，速凝堵劑遇水快速凝固并分隔封堵管外環(huán)空。封堵作業(yè)結(jié)束后，油管內(nèi)繼續(xù)加壓，依次打開(kāi)上膠塞、下膠塞、連通接頭內(nèi)的堵頭，壓力突降，地面停泵結(jié)束施工，反循環(huán)洗井后起出施工管柱。

圖1 水平井預(yù)置速凝堵劑管外封竄管柱

1.3 技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

(1) 速凝堵劑遇水快速凝固，強(qiáng)度高、封隔性能好，且用量少、費(fèi)用低。

(2) 速凝堵劑通過(guò)雙膠塞封閉預(yù)置于施工管柱中，劑量準(zhǔn)確，整體擠注安全、精準(zhǔn)。

(3) 施工操作簡(jiǎn)單，只需用清水對(duì)油管加壓至壓力突降即可完成施工。

(4) 擠注完成后，壓力突降，給地面提供信號(hào)，無(wú)頂替不到位或過(guò)量頂替風(fēng)險(xiǎn)，可全井段反洗井后起出施工管柱，安全可靠。

1.4 技術(shù)參數(shù)

適用套管外徑為101.6～177.8 mm，擠注啟動(dòng)壓力為15 MPa，耐溫為120 ℃，密封壓差為35 MPa，封隔器解封負(fù)荷小于20 kN，油套連通打開(kāi)壓力為20 MPa。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 預(yù)置速凝堵劑膠塞總成

2.1.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

預(yù)置速凝堵劑膠塞總成包括上膠塞、速凝堵劑及下膠塞(圖2)。其中，上膠塞和下膠塞結(jié)構(gòu)相同，由上接頭、短節(jié)、固定銷釘、O型密封圈、膠塞支撐體、膠塞組、鎖緊套、活動(dòng)堵頭等組成。

工作原理：預(yù)置速凝堵劑膠塞總成位于預(yù)置速凝堵劑管外封竄管柱的上部，上膠塞與下膠塞之間預(yù)先注滿速凝堵劑。施工時(shí)，向油管內(nèi)泵入高壓流體，推動(dòng)預(yù)置速凝堵劑膠塞總成下行，當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，上、下膠塞短節(jié)上的固定銷釘被剪斷，上膠塞、速凝堵劑及下膠塞整體下行，直至到達(dá)可控節(jié)流閥。擠注施工完成后，泵壓繼續(xù)升高，上膠塞與下膠塞的堵頭銷釘被剪斷，油管與套管連通，此時(shí)壓力突降，立即停泵結(jié)束施工，然后反循環(huán)洗井后起出施工管柱。

圖2 預(yù)置速凝堵劑膠塞總成示意圖

2.1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

(1) 雙膠塞封閉預(yù)置速凝堵劑，劑量準(zhǔn)確。速凝堵劑預(yù)置于雙膠塞之間，根據(jù)油井地質(zhì)及油層改造要求，通過(guò)改變油管長(zhǎng)度調(diào)整速凝堵劑用量。預(yù)置速凝堵劑擠注施工時(shí)，只需向油管泵入清水即可將預(yù)置堵劑持續(xù)擠注，工藝操作簡(jiǎn)單；施工完成后，泵壓突降，油套連通，消除油套壓差影響，K344L長(zhǎng)膠筒封隔器快速釋放，擠注后可全井段反洗井，確保管柱施工和安全起出，避免大修風(fēng)險(xiǎn)。該工藝為一體化組裝和整體擠注，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡(jiǎn)單、劑量準(zhǔn)確、操作方便。

(2) 速凝堵劑遇水快速吸水凝固，封隔強(qiáng)度高、費(fèi)用低。速凝堵劑進(jìn)入地層后，遇水快速成膠，吸水膨脹固結(jié)，從而封堵水竄通道，與油不發(fā)生作用，不傷害油層。封堵后的膠聯(lián)體系，含有羥基、羧基、胺基等多種高分子吸水基團(tuán)，這些基團(tuán)對(duì)水分子有很強(qiáng)的親和力，可形成氫鍵直接吸收水分子，增強(qiáng)阻水作用。速凝堵劑遇水快速凝固，用量少，不污染油層，承壓強(qiáng)度比常規(guī)凝膠堵劑提高2倍多，用量不到常規(guī)凝膠堵劑的10%，費(fèi)用低，封隔效果好。

2.1.3 技術(shù)參數(shù)

預(yù)置速凝堵劑膠塞總成鋼體外徑為90.0 mm，內(nèi)通徑為60.0 mm，啟動(dòng)壓力為15 MPa，耐溫為120 ℃，活動(dòng)堵頭開(kāi)啟壓力為20 MPa，解封負(fù)荷為20 kN。速凝堵劑耐溫為100 ℃，封堵壓差為20 MPa，遇水成膠凝固時(shí)間為1～10 min可調(diào)。

2.2 可控節(jié)流閥

2.2.1 結(jié)構(gòu)與工作原理

可控節(jié)流閥主要由上接頭、內(nèi)芯、O型密封圈、封閉銷釘、開(kāi)啟銷釘、活塞、彈簧、下接頭、調(diào)節(jié)環(huán)等組成(圖3)。

圖3 可控節(jié)流閥示意圖

工作原理：在水平井預(yù)置速凝堵劑擠注過(guò)程中，下膠塞到達(dá)下接頭下部?jī)?nèi)臺(tái)階處被阻擋，由于上部液體繼續(xù)推動(dòng)上膠塞下行，上下膠塞之間壓差升至3 MPa時(shí)，活塞下行剪斷開(kāi)啟銷釘，打開(kāi)可控節(jié)流閥的出液孔，在上部液體的持續(xù)高壓下，上膠塞繼續(xù)下行，直至將預(yù)置速凝堵劑全部擠出可控節(jié)流閥，上膠塞到達(dá)可控節(jié)流開(kāi)關(guān)閥的上接頭后，推動(dòng)內(nèi)芯下行，并剪斷封閉銷釘，同時(shí)，活塞在彈簧的回彈作用下上行，可控節(jié)流閥出液孔雙向關(guān)閉，阻止堵劑回流。

2.2.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

(1) 可控節(jié)流閥依靠啟動(dòng)壓力和持續(xù)的節(jié)流壓差確保K344L長(zhǎng)膠筒封隔器坐封可靠，密封有效，避免竄槽的風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 設(shè)計(jì)了油套連通出液孔，施工時(shí)為注入堵劑提供通道；擠注完成后，活塞在彈簧回彈作用下自動(dòng)關(guān)閉出液孔，同時(shí)內(nèi)芯下行，關(guān)閉內(nèi)通道，隔離內(nèi)、外壓力系統(tǒng)，油管內(nèi)可繼續(xù)憋壓，開(kāi)啟膠塞底部的活動(dòng)堵頭，并進(jìn)行全井段反洗井。

(3) 設(shè)計(jì)了限位臺(tái)階，限制上、下膠塞的行程，保障速凝堵劑定量注入，避免頂替不到位或過(guò)量頂替風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 技術(shù)參數(shù)

鋼體外徑為90.0～114.0 mm，內(nèi)通徑為50.0～76.0 mm，啟動(dòng)壓力為3 MPa，節(jié)流壓差為1 MPa，封閉銷釘剪斷壓力為10 MPa。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2015年以來(lái)，水平井預(yù)置速凝堵劑管外封竄技術(shù)在冀東油田疏松砂巖油藏進(jìn)行了3口井的應(yīng)用。其中，G104-5P59、M7-P2井為篩管完井水平井，N80-1CP1井為側(cè)鉆水平井。施工中速凝堵劑用量為100 L，擠注施工壓力為10 MPa左右，施工均取得了成功。3口高含水水平井實(shí)施預(yù)置速凝堵劑管外封竄技術(shù)后，產(chǎn)液量下降至原來(lái)的20%～30%，動(dòng)液面下降300～800 m，含水由99%下降至90%以下，初期平均單井日增油為3 t/d，累計(jì)增油2 846 t，降水增油效果明顯。

典型井例。N80-1CP1井為唐南開(kāi)發(fā)區(qū)南36斷塊NgⅣ1小層高部位一口側(cè)鉆油井，采用Φ177.8 mm套管懸掛Φ101.6 mm防砂篩管完井，篩管井段為1 969.58～2 230.49 m，于2007年10月投產(chǎn)，初期日產(chǎn)液為119.0 m3/d，日產(chǎn)油為1.2 t/d，含水為99%，生產(chǎn)2個(gè)月后含水達(dá)到100%，2008年3月化學(xué)堵水無(wú)效后一直關(guān)井。分析認(rèn)為存在水竄，決定實(shí)施預(yù)置速凝堵劑管外封竄技術(shù)堵水，封堵上段。堵劑擠注位置為1 997.00 m，封堵半徑為1.35 m，堵劑段塞設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為10 m，共100 L(5根Φ60.3 mm油管容積)。2017年10月23日進(jìn)行施工，施工中膠塞啟動(dòng)壓力為12 MPa，擠注壓力為8 MPa，擠注完成后壓力快速上升至21 MPa后突降，說(shuō)明膠塞堵頭打開(kāi)后管柱連通，擠注施工時(shí)間為50 s，然后管柱順利起出，施工取得了成功。施工后日產(chǎn)液由119.0 m3/d降至19.6 m3/d，動(dòng)液面由井口降至355 m，含水由100%降至94%，日增油為1.2 t/d，階段累計(jì)增油362 t，且目前仍有效，降水增油效果明顯。

4 結(jié) 論

(1) 速凝堵劑通過(guò)上、下膠塞預(yù)置在施工管柱中間，劑量準(zhǔn)確，一體化組裝和整體擠注，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡(jiǎn)單，液壓?jiǎn)?dòng)操作方便，安全可靠。

(2) 速凝堵劑遇水快速凝固，用量少，不污染油層，承壓強(qiáng)度比常規(guī)凝膠堵劑提高2倍多，用量不到常規(guī)凝膠堵劑的10%，費(fèi)用低，封隔效果好。

(3) 水平井預(yù)置速凝堵劑管外封竄技術(shù)施工操作簡(jiǎn)單、安全可靠，施工中只需在油管內(nèi)泵入清水將預(yù)置速凝堵劑持續(xù)擠注，壓力突降時(shí)即完成施工，擠注后全井段反洗井，確保管柱施工安全。

(4) 該技術(shù)還可以用于大斜度井管外封竄，替代擠注水泥和其他堵劑施工，提高封竄效果，節(jié)約措施費(fèi)用，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。