砂巖油藏聚竄通道深部長效封竄技術研究與應用

鄒小萍，何磊，王浩，曹作為，齊行濤，張秋紅

中國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，在長期的注水、注聚開發(fā)過程中受油層非均質(zhì)及注水沖刷的影響，油水井間容易形成優(yōu)勢滲流通道，導致注聚竄聚現(xiàn)象比較嚴重，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］。針對這一問題研究了一種用于注聚井封堵聚竄通道用的無機礦聚物溶膠深部封竄劑，提出了一種無機礦聚物溶膠深部封竄劑+多粒徑復合纖維防漏失堵劑封口的注聚區(qū)油井長效封竄工藝方法［6］?，F(xiàn)場試驗表明所研究的聚竄通道深部長效封竄技術，實現(xiàn)了對砂巖油藏聚竄通道的深部高強度封堵，延長了封竄有效期。

1 無機礦聚物溶膠深部封竄劑研究

相比水驅(qū)，聚驅(qū)對地層的沖刷能力更強，形成優(yōu)勢滲流通道后封堵難度相對更大，不但要求封竄劑可以進入竄流通道深部，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，以達到長效封竄目的［7］，因此開展了無機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

無機礦聚物溶膠深部封竄劑主要由懸浮劑溶液和無機礦聚物組成。其中無機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，能夠進入地層深部，與水在一定溫度下發(fā)生解聚和聚合反應，生成新的無機物，新的無機物成膠、硬化，堵塞地層深部。而懸浮劑溶液主要是懸浮無機礦聚物顆粒，形成一種類似溶膠的均勻漿體。

1.1.1 懸浮劑質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選

模擬地層溫度50 ℃，配制不同質(zhì)量分數(shù)的懸浮劑溶液，加入質(zhì)量分數(shù)為30%的無機礦聚物，觀察懸浮劑的懸浮穩(wěn)定性。實驗結(jié)果見表1。

表1 懸浮劑用量優(yōu)選

從表1可以看出，當懸浮劑質(zhì)量分數(shù)大于0.5%時能得到穩(wěn)定的低質(zhì)量分數(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 無機礦聚物質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選

無機礦聚物質(zhì)量分數(shù)太低時進入地層后難以形成有效封堵，質(zhì)量分數(shù)太高初凝時間短，施工風險大。對無機礦聚物用量進行了優(yōu)化實驗，實驗溫度為50 ℃。實驗結(jié)果見表2。

從表2可以看出，無機礦聚物質(zhì)量分數(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 無機礦聚物質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選實驗

通過上述實驗，優(yōu)選出深部堵水無機礦聚物溶膠深部封竄劑配方為：20%～40%無機礦聚物+0.6%～0.7%懸浮劑。

1.2 封堵性能評價

1）制作2 支模擬聚竄通道的人造巖心：采用石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造巖心，長×寬×高=15 cm×4.5 cm×4.5 cm，沿巖心長度方向鉆孔，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，測鉆孔填砂后巖心水相滲透率。

3）配置無機礦聚物溶膠深部封竄劑：30%無機礦聚物+0.6%懸浮劑。

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

5）清水反向驅(qū)替巖心，觀察并記錄壓力情況，計算巖心滲透率和封堵率。實驗結(jié)果見表3。

表3 巖心封堵率測試結(jié)果

從表3實驗結(jié)果可以看出，在50 ℃烘箱中養(yǎng)護20 h 后，2 支巖心突破壓力分別達到了3.6 MPa 和4.1 MPa，封堵率90%以上，表明無機礦聚物溶膠深部封竄劑對聚竄通道具有較好的封堵能力。

1.3 耐沖刷性能評價

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，填砂管長度30 cm，直徑3.15 cm。

2）抽真空、飽和水，測巖心水相滲透率、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）配置無機礦聚物溶膠深部封竄劑：30%無機礦聚物+0.6%懸浮劑。

5）注入2PV 無機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

從實驗結(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，表明封竄劑對巖心形成了有效封堵，耐沖刷性良好。

2 多粒徑復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度以滿足生產(chǎn)壓差，還必須具有較強的防漏失能力，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合纖維防漏失堵劑，提出了一種無機礦聚物溶膠深部封竄劑+多粒徑復合纖維防漏失堵劑封口的注聚區(qū)油井長效封竄工藝方法。

2.1 配方研究

多粒徑復合纖維防漏失堵劑主要由暫堵顆粒、有機纖維和超細水泥組成。各組分的性能和作用見表4。

表4 多粒徑復合纖維防漏失堵劑組分及性能

2.1.1 堵劑質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選

纖維超細水泥是堵劑的主體材料，其質(zhì)量分數(shù)是影響堵劑強度的主要因素，用清水分別配制質(zhì)量分數(shù)為62%、65%、67%、69%的堵劑漿體，在50 ℃下養(yǎng)護72 h，用抗壓強度儀測試抗壓強度。實驗結(jié)果見表5。

表5 不同纖維超細水泥質(zhì)量分數(shù)堵劑抗壓強度

從表5實驗結(jié)果可以看出，隨著質(zhì)量分數(shù)增大，堵劑抗壓強度增加，總體上能達到20 MPa 以上，考慮堵劑的流動性，優(yōu)選堵劑質(zhì)量分數(shù)為62%～67%。

2.1.2 暫堵顆粒用量優(yōu)選

暫堵顆粒粒徑較大，對堵劑體系的懸浮性能和抗壓強度影響較大。通過考察堵劑懸浮性能和抗壓強度性能評價實驗，對暫堵顆粒用量進行優(yōu)化。首先用清水配制質(zhì)量分數(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)定性實驗。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。實驗結(jié)果見表6。

表6 堵劑的懸浮穩(wěn)定性實驗結(jié)果

2）在60 ℃下堵劑模塊養(yǎng)護72 h 測抗壓強度。實驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同暫堵顆粒加量對堵劑強度的影響

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

通過實驗確定多粒徑復合纖維防漏失堵劑配方為：纖維超細水泥復合材料質(zhì)量分數(shù)為62%～67%，暫堵顆粒用量為纖維超細水泥質(zhì)量的5%～10%。

2.2 防漏失性能評價

室內(nèi)采用可視砂床漏失評價儀裝置，在裝置底部裝入0.4～0.8 mm石英砂，分別將G級油井水泥漿、纖維水泥漿、多粒徑復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 測堵劑漏過砂子的體積，記錄數(shù)據(jù)。體積越大，表明堵劑在模擬疏松砂巖儲層駐留能力越差，防漏失效果越差。實驗數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 砂床漏失性能評價對比實驗

從實驗數(shù)據(jù)可以看出，相比G 級油井水泥和纖維水泥漿，多粒徑復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，半小時漏失量與水泥類堵劑相比降低40%以上,表明多粒徑復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)場試驗

2016—2019 年大港港西、港東、羊三木油田等注聚區(qū)塊現(xiàn)場試驗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，油井累計增油3 150 t，平均有效期達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 月開始注聚，2015 年11 月與對應油井發(fā)生聚竄，導致G-1 注聚井多次停注，無法完成正常注聚量。

根據(jù)該井生產(chǎn)動態(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)剖工藝不能對聚竄通道形成有效封堵，為提高封竄成功率，延長封竄有效期，采用無機礦聚物溶膠深部封竄工藝：正擠無機礦聚物溶膠深部封竄劑13 m3；擠注完成后油套管過量頂替，實現(xiàn)對孔道的深部封堵，同時避免近井堵塞和井筒留塞；施工期間對應油井開井，施工后立即關井。

2016年11月對G-1井聚竄通道實施封堵，施工后恢復正常注聚，對應油井井口聚合物濃度由封竄前的690 mg/L降到67 mg/L，有效期長達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 月因高含水關井，井口檢測聚合物濃度為1 010 mg/L。地質(zhì)分析該井對應一注聚井發(fā)生聚竄，導致油井水淹關井。

Y-2井儲層正韻律沉積，非均質(zhì)強，長期注水注聚沖刷，油層底部容易形成優(yōu)勢滲流通道，采用油井水泥封層復射工藝措施有效期短，為實現(xiàn)對聚竄通道深部高強度封竄目的，該井采用無機礦聚物溶膠深部封竄劑+多粒徑復合纖維防漏失堵劑封口的長效封堵工藝：擠注30 m3無機礦聚物溶膠深部封竄劑封堵地層深部竄流通道，擴大封堵半徑；擠注10 m3多粒徑復合纖維防漏失堵劑封堵近井地帶；油層上部重復射孔。

Y-2 井2019 年8 月實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）無機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 后壓力未見明顯變化，具有較好的承壓能力和耐沖刷性能，可實現(xiàn)對聚竄通道的深部封堵。

2）多粒徑復合纖維防漏失堵劑的抗壓強度大于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 口試驗井，封竄成功率100%，聚合物竄流得到有效抑制，油井累計增油3 150 t，平均有效期達到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)塊油水井組整體進行聚竄通道治理，提升區(qū)塊的整體開發(fā)效果。