砂巖油藏聚竄通道深部長(zhǎng)效封竄技術(shù)研究與應(yīng)用

鄒小萍，何磊，王浩，曹作為，齊行濤，張秋紅

中國(guó)石油大港油田分公司石油工程研究院（天津 300280）

目前大港油田注聚區(qū)塊多為砂巖油藏，地層膠結(jié)疏松易出砂，在長(zhǎng)期的注水、注聚開(kāi)發(fā)過(guò)程中受油層非均質(zhì)及注水沖刷的影響，油水井間容易形成優(yōu)勢(shì)滲流通道，導(dǎo)致注聚竄聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重，造成油井產(chǎn)量下降，出砂加劇，產(chǎn)出液處理成本增加，對(duì)聚驅(qū)效果和油井生產(chǎn)造成較大影響［1-4］。以聚合物凝膠及顆粒為主的調(diào)剖劑體系在注聚區(qū)塊水井調(diào)剖成功率低、有效期短，以水泥漿為主的堵劑體系，堵水半徑小，在注聚區(qū)油井封堵有效期短［5］。針對(duì)這一問(wèn)題研究了一種用于注聚井封堵聚竄通道用的無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑，提出了一種無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑+多粒徑復(fù)合纖維防漏失堵劑封口的注聚區(qū)油井長(zhǎng)效封竄工藝方法［6］。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明所研究的聚竄通道深部長(zhǎng)效封竄技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)砂巖油藏聚竄通道的深部高強(qiáng)度封堵，延長(zhǎng)了封竄有效期。

1 無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑研究

相比水驅(qū)，聚驅(qū)對(duì)地層的沖刷能力更強(qiáng)，形成優(yōu)勢(shì)滲流通道后封堵難度相對(duì)更大，不但要求封竄劑可以進(jìn)入竄流通道深部，還要求封竄劑在地層中具有較高的承壓能力和耐沖刷能力，以達(dá)到長(zhǎng)效封竄目的［7］，因此開(kāi)展了無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑的研究。

1.1 深部封竄劑配方優(yōu)化

無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑主要由懸浮劑溶液和無(wú)機(jī)礦聚物組成。其中無(wú)機(jī)礦聚物由多種礦物經(jīng)高溫爐熔融處理并粉碎加工而成，顆粒粒徑5～10 μm，能夠進(jìn)入地層深部，與水在一定溫度下發(fā)生解聚和聚合反應(yīng)，生成新的無(wú)機(jī)物，新的無(wú)機(jī)物成膠、硬化，堵塞地層深部。而懸浮劑溶液主要是懸浮無(wú)機(jī)礦聚物顆粒，形成一種類似溶膠的均勻漿體。

1.1.1 懸浮劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選

模擬地層溫度50 ℃，配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的懸浮劑溶液，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的無(wú)機(jī)礦聚物，觀察懸浮劑的懸浮穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 懸浮劑用量?jī)?yōu)選

從表1可以看出，當(dāng)懸浮劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5%時(shí)能得到穩(wěn)定的低質(zhì)量分?jǐn)?shù)顆粒溶膠，考慮懸浮效果、泵送能力及成本因素，確定懸浮劑的用量范圍為0.6%～0.7%。

1.1.2 無(wú)機(jī)礦聚物質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選

無(wú)機(jī)礦聚物質(zhì)量分?jǐn)?shù)太低時(shí)進(jìn)入地層后難以形成有效封堵，質(zhì)量分?jǐn)?shù)太高初凝時(shí)間短，施工風(fēng)險(xiǎn)大。對(duì)無(wú)機(jī)礦聚物用量進(jìn)行了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度為50 ℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可以看出，無(wú)機(jī)礦聚物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～40%，50℃、10 h觀察封竄劑體系性能穩(wěn)定，不凝固，具有良好的安全性。

表2 無(wú)機(jī)礦聚物質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出深部堵水無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑配方為：20%～40%無(wú)機(jī)礦聚物+0.6%～0.7%懸浮劑。

1.2 封堵性能評(píng)價(jià)

1）制作2 支模擬聚竄通道的人造巖心：采用石英砂環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)人造巖心，長(zhǎng)×寬×高=15 cm×4.5 cm×4.5 cm，沿巖心長(zhǎng)度方向鉆孔，孔深×孔徑=9 cm×2 cm，然后在孔中填石英砂,粒徑0.380～0.425 mm。

2）抽真空、飽和水，測(cè)鉆孔填砂后巖心水相滲透率。

3）配置無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑：30%無(wú)機(jī)礦聚物+0.6%懸浮劑。

4）擠注無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑，將巖心放置在50 ℃烘箱中養(yǎng)護(hù)20 h。

5）清水反向驅(qū)替巖心，觀察并記錄壓力情況，計(jì)算巖心滲透率和封堵率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 巖心封堵率測(cè)試結(jié)果

從表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在50 ℃烘箱中養(yǎng)護(hù)20 h 后，2 支巖心突破壓力分別達(dá)到了3.6 MPa 和4.1 MPa，封堵率90%以上，表明無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑對(duì)聚竄通道具有較好的封堵能力。

1.3 耐沖刷性能評(píng)價(jià)

1）制作2支人造填砂管巖心：選用0.27～0.55mm石英砂及大港港西地層砂制作填砂管，填砂管長(zhǎng)度30 cm，直徑3.15 cm。

2）抽真空、飽和水，測(cè)巖心水相滲透率、孔隙體積（PV）。

3）聚合物溶液注入填砂管：巖心中注入1 PV的0.2%聚丙烯酰胺溶液。

4）配置無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑：30%無(wú)機(jī)礦聚物+0.6%懸浮劑。

5）注入2PV 無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑，將填砂管巖心放置在50 ℃烘箱中養(yǎng)護(hù)24 h。

6）分別正向、反向巖心驅(qū)替2PV 清水，觀察并記錄巖心壓力變化情況。結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 正向水驅(qū)巖心壓力變化情況

圖2 反向水驅(qū)巖心壓力變化情況

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，正向水驅(qū)，壓力穩(wěn)定上升，突破壓力3.6 MPa，最終穩(wěn)定在7.4 MPa，后續(xù)水驅(qū)2PV壓力未見(jiàn)明顯變化；反向水驅(qū)2PV，巖心出口端液體清澈，壓力穩(wěn)定在4.1 MPa，表明封竄劑對(duì)巖心形成了有效封堵，耐沖刷性良好。

2 多粒徑復(fù)合纖維防漏失封口堵劑研究

疏松砂巖油藏注聚區(qū)塊的油井近井地帶普遍存在較為嚴(yán)重的漏失現(xiàn)象且生產(chǎn)壓差較大，要求近井地帶堵劑不但有較高的封堵強(qiáng)度以滿足生產(chǎn)壓差，還必須具有較強(qiáng)的防漏失能力，以防止堵劑沿通道竄流［8］。因此研究了一種油井封堵近井地帶的多粒徑復(fù)合纖維防漏失堵劑，提出了一種無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑+多粒徑復(fù)合纖維防漏失堵劑封口的注聚區(qū)油井長(zhǎng)效封竄工藝方法。

2.1 配方研究

多粒徑復(fù)合纖維防漏失堵劑主要由暫堵顆粒、有機(jī)纖維和超細(xì)水泥組成。各組分的性能和作用見(jiàn)表4。

表4 多粒徑復(fù)合纖維防漏失堵劑組分及性能

2.1.1 堵劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選

纖維超細(xì)水泥是堵劑的主體材料，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響堵劑強(qiáng)度的主要因素，用清水分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62%、65%、67%、69%的堵劑漿體，在50 ℃下養(yǎng)護(hù)72 h，用抗壓強(qiáng)度儀測(cè)試抗壓強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同纖維超細(xì)水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)堵劑抗壓強(qiáng)度

從表5實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，堵劑抗壓強(qiáng)度增加，總體上能達(dá)到20 MPa 以上，考慮堵劑的流動(dòng)性，優(yōu)選堵劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62%～67%。

2.1.2 暫堵顆粒用量?jī)?yōu)選

暫堵顆粒粒徑較大，對(duì)堵劑體系的懸浮性能和抗壓強(qiáng)度影響較大。通過(guò)考察堵劑懸浮性能和抗壓強(qiáng)度性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，對(duì)暫堵顆粒用量進(jìn)行優(yōu)化。首先用清水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的堵劑漿體，然后再加入暫堵顆粒，暫堵顆粒用量分別為纖維超細(xì)水泥質(zhì)量的5%、10%、15%、20%，攪拌均勻備用。

1）堵劑的懸浮穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。在常溫下將配制好的堵劑放入比色管中靜置24 h，觀察暫堵顆粒的沉降情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 堵劑的懸浮穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2）在60 ℃下堵劑模塊養(yǎng)護(hù)72 h 測(cè)抗壓強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同暫堵顆粒加量對(duì)堵劑強(qiáng)度的影響

從圖3 可以看出:暫堵顆粒用量在5%～10%時(shí)，堵劑懸浮穩(wěn)定性好，性能均一，抗壓強(qiáng)度大于20 MPa,堵劑具有良好的穩(wěn)定性和抗壓強(qiáng)度。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定多粒徑復(fù)合纖維防漏失堵劑配方為：纖維超細(xì)水泥復(fù)合材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62%～67%，暫堵顆粒用量為纖維超細(xì)水泥質(zhì)量的5%～10%。

2.2 防漏失性能評(píng)價(jià)

室內(nèi)采用可視砂床漏失評(píng)價(jià)儀裝置，在裝置底部裝入0.4～0.8 mm石英砂，分別將G級(jí)油井水泥漿、纖維水泥漿、多粒徑復(fù)合纖維防漏失堵劑倒入，加壓0.7 MPa,每5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min 測(cè)堵劑漏過(guò)砂子的體積，記錄數(shù)據(jù)。體積越大，表明堵劑在模擬疏松砂巖儲(chǔ)層駐留能力越差，防漏失效果越差。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 砂床漏失性能評(píng)價(jià)對(duì)比實(shí)驗(yàn)

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，相比G 級(jí)油井水泥和纖維水泥漿，多粒徑復(fù)合纖維防漏失堵劑在漏失15 min后，堵劑在漏層表面已形成低滲屏蔽帶，漏失速率明顯減緩，半小時(shí)漏失量與水泥類堵劑相比降低40%以上,表明多粒徑復(fù)合纖維防漏失堵劑具有較好地快速暫堵防漏失能力。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2016—2019 年大港港西、港東、羊三木油田等注聚區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)6 口井，其中從注聚井封堵聚竄通道3 口，從油井端封堵聚竄通道3 口，成功率100%，有效率100%，聚合物竄流現(xiàn)象得到有效抑制，油井累計(jì)增油3 150 t，平均有效期達(dá)1年以上。

3.1 港西油田注聚區(qū)塊G-1注聚井

G-1 井于2014 年12 月開(kāi)始注聚，2015 年11 月與對(duì)應(yīng)油井發(fā)生聚竄，導(dǎo)致G-1 注聚井多次停注，無(wú)法完成正常注聚量。

根據(jù)該井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析，G-1 注聚井組存在明顯聚竄通道，常規(guī)的聚合物凝膠+顆粒的調(diào)剖工藝不能對(duì)聚竄通道形成有效封堵，為提高封竄成功率，延長(zhǎng)封竄有效期，采用無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄工藝：正擠無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑13 m3；擠注完成后油套管過(guò)量頂替，實(shí)現(xiàn)對(duì)孔道的深部封堵，同時(shí)避免近井堵塞和井筒留塞；施工期間對(duì)應(yīng)油井開(kāi)井，施工后立即關(guān)井。

2016年11月對(duì)G-1井聚竄通道實(shí)施封堵，施工后恢復(fù)正常注聚，對(duì)應(yīng)油井井口聚合物濃度由封竄前的690 mg/L降到67 mg/L，有效期長(zhǎng)達(dá)2年。

3.2 羊三木油田注聚區(qū)塊Y-2油井

Y-2 井為羊三木油田注聚區(qū)一口油井，2018 年9 月因高含水關(guān)井，井口檢測(cè)聚合物濃度為1 010 mg/L。地質(zhì)分析該井對(duì)應(yīng)一注聚井發(fā)生聚竄，導(dǎo)致油井水淹關(guān)井。

Y-2井儲(chǔ)層正韻律沉積，非均質(zhì)強(qiáng)，長(zhǎng)期注水注聚沖刷，油層底部容易形成優(yōu)勢(shì)滲流通道，采用油井水泥封層復(fù)射工藝措施有效期短，為實(shí)現(xiàn)對(duì)聚竄通道深部高強(qiáng)度封竄目的，該井采用無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑+多粒徑復(fù)合纖維防漏失堵劑封口的長(zhǎng)效封堵工藝：擠注30 m3無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑封堵地層深部竄流通道，擴(kuò)大封堵半徑；擠注10 m3多粒徑復(fù)合纖維防漏失堵劑封堵近井地帶；油層上部重復(fù)射孔。

Y-2 井2019 年8 月實(shí)施油水井間聚竄通道封堵，施工前該井日產(chǎn)水86.6 m3，日產(chǎn)油0.91 t，施工后日產(chǎn)水29.7 m3，日產(chǎn)油3.51 t，日產(chǎn)水量大幅下降，日產(chǎn)油穩(wěn)定在3 t左右。

4 結(jié)論及建議

1）無(wú)機(jī)礦聚物溶膠深部封竄劑的巖心突破壓力大于3.6 MPa，正、反水驅(qū)2PV 后壓力未見(jiàn)明顯變化，具有較好的承壓能力和耐沖刷性能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)聚竄通道的深部封堵。

2）多粒徑復(fù)合纖維防漏失堵劑的抗壓強(qiáng)度大于20 MPa，漏失量與水泥類堵劑相比下降40%以上，具有防漏失性能，可以滿足疏松砂巖油藏注聚區(qū)油井近井地帶高強(qiáng)度封堵的需要。

3）在大港港西、港東、羊三木油田注聚區(qū)塊完成6 口試驗(yàn)井，封竄成功率100%，聚合物竄流得到有效抑制，油井累計(jì)增油3 150 t，平均有效期達(dá)到1年以上。有效改善了注聚井聚驅(qū)效果，提高了注聚受益油井產(chǎn)量。

4）建議注聚區(qū)塊油水井組整體進(jìn)行聚竄通道治理，提升區(qū)塊的整體開(kāi)發(fā)效果。