海上油田裂縫性油藏堵水技術(shù)研究與應(yīng)用*

代磊陽，劉義剛，劉長龍，高 尚，蘭夕堂

（中海石油（中國）有限公司 天津分公司 渤海石油研究院，天津300459）

我國堵水技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展完善，在化學(xué)劑技術(shù)、施工工藝技術(shù)等方面已比較成熟[1-3]。但隨著油田的開發(fā)，油藏的特征及環(huán)境不斷變化，尤其高含水裂縫性油藏，長期水驅(qū)使油藏問題及開發(fā)向更復(fù)雜、更困難方向變化，使得將來開發(fā)的油藏比今天的更復(fù)雜。

就目前水驅(qū)高含油藏而言，凝膠體系堵水在技術(shù)研究與推廣應(yīng)用方面做了大量工作，取得一些成果，也積累了一些經(jīng)驗(yàn)[4,5]。但在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)還有許多問題沒得到較好的解決。本文以物理模擬為手段，開展了凝膠堵水體系優(yōu)選，性能評(píng)價(jià)和堵水效果研究，并進(jìn)行了礦場應(yīng)用，取得了較好的效果，對(duì)裂縫性油藏水平井凝膠堵水提供了一定的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)條件

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用油為模擬油，由渤海J 油田脫氣原油與煤油按一定比例混合而成（μo=45mPa·s）。實(shí)驗(yàn)用水為J 油田注入水，水質(zhì)分析見表1。

表1 水質(zhì)分析結(jié)果Tab.1 Water ion composition of the target well

聚合物1#、交聯(lián)劑A、交聯(lián)劑B 均為中海油天津分公司提供。

1.2 儀器設(shè)備

布氏粘度計(jì)、攪拌器、水浴鍋。

2 堵水體系室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

2.1 堵水配方優(yōu)化

用J 油田地層水，選取1#聚合物與A、B 兩種交聯(lián)體系，配制不同濃度的堵水配方體系，置于90℃條件下，以成膠時(shí)間及成膠強(qiáng)度為指標(biāo)，考察不同配方體系的成膠性能。

表2 1#與A、B 交聯(lián)劑堵水體系成膠性能Tab.2 Gelatinization of chromium jelly

因此，根據(jù)靜態(tài)成膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合J 油田E22H 井堵水作業(yè)實(shí)際，最終選取1#與A、B 凝膠堵水體系，該體系成膠時(shí)間35～40 h，成膠強(qiáng)度最高能達(dá)到9×104mPa·s，且成膠后粘彈性較好。堵水配方體系如下:

配方1:0.6% 1#+0.9%A+0.3%B

配方2:0.5% 1#+0.8%A+0.3%B

兩個(gè)配方成膠后，強(qiáng)度均可以達(dá)到40000mPa·s以上，滿足礦場需求。

2.2 堵水體系配方熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

采用直徑2.5cm、長度50cm 的單管填砂巖心，采用配方2，用模擬地層水配制高強(qiáng)度凝膠體系，在90℃下進(jìn)行巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，注入0.3PV 凝膠后恒溫放置5 天，測(cè)定封堵能力，之后在90℃下放置30d，測(cè)定巖心的封堵率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 堵水體系熱穩(wěn)定性能Tab.3 Thermal stability of water plugging system

借鑒其它近似油藏條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，兩管封堵率和殘余阻力系數(shù)相近，恒溫30d 后封堵率保留率都在90%以上，表明凝膠體系的熱穩(wěn)定性較好。

2.3 堵水體系在裂縫模型中的封堵性

對(duì)于高滲裂縫模型，當(dāng)堵水體系注入量為0.05PV 時(shí)，體系的突破壓力小于0.4MPa，封堵率低于80%。注入量增加至0.1PV，突破壓力達(dá)到1.71MPa，說明封堵裂縫后低滲基質(zhì)被啟動(dòng)，但是封堵率只有91%。增大注入量至1 倍裂縫體積，突破壓力大于8MPa，封堵率達(dá)到99.01%。

表4 堵水體系在裂縫中的封堵性Tab.4 Sealing property of water plugging system in cracks

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 應(yīng)用概況

E22H 井為水平井，油藏溫度90℃，其油藏為裂縫性底水油藏。投產(chǎn)初期日產(chǎn)油200m3·d-1，基本不含水。10 個(gè)月后含水上升，之后多次由于含水過高而開展注水井停注、油井關(guān)井壓錐和放大生產(chǎn)壓差，但效果均不明顯。從測(cè)井儲(chǔ)層物性和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析認(rèn)為，E22H 井靠近根部的中間部位儲(chǔ)層物性較好、裂縫發(fā)育，且水平井根部注采強(qiáng)度大，加上避水高度僅40m，因此，底水易錐進(jìn)，導(dǎo)致油井含水上升。

針對(duì)E22H 井底水錐進(jìn)問題，結(jié)合該井生產(chǎn)管柱實(shí)際情況，堵水工藝思路如下:在不動(dòng)管柱條件下，鋼絲作業(yè)撈出Y 堵，然后用配液水注滿井筒，關(guān)閉套管閥門，最后低排量籠統(tǒng)注入高強(qiáng)度化學(xué)堵劑，封堵出水大裂縫，抑制底水，釋放中、小裂縫及基質(zhì)的產(chǎn)能。

3.2 堵劑用量設(shè)計(jì)

3.2.1 經(jīng)驗(yàn)公式法 按經(jīng)驗(yàn)公式（1）進(jìn)行計(jì)算，E22H井水平段封堵長度為344m，調(diào)整系數(shù)取1.8，經(jīng)計(jì)算堵劑用量為1587m3。

式中 Q:堵劑用量，m3；L:封堵長度，m；f:調(diào)整系數(shù)，1.0～2.0。

3.2.2 體積法 按體積法公式（2）進(jìn)行計(jì)算，E22H井水平段封堵長度為344m，封堵半徑取5m，經(jīng)計(jì)算堵劑用量為1573m3。

式中 Q:堵劑用量，m3；L:封堵長度，m；R:封堵半徑，5m；φ:孔隙度，%。

綜上計(jì)算結(jié)果，堵劑用量設(shè)計(jì)為1600m3。

3.3 注入排量與注入壓力設(shè)計(jì)

3.3.1 注入排量 針對(duì)該井封堵大裂縫，盡可能保護(hù)中小裂縫的實(shí)際情況，結(jié)合現(xiàn)場泵況及堵劑成膠時(shí)間，應(yīng)選擇盡可能低的注入排量。本次作業(yè)注入工作液速度設(shè)計(jì)為8～12m3·h-1，最終注入速度視現(xiàn)場試注情況確定。

3.3.2 注入壓力 為減少堵劑對(duì)中小裂縫的污染，以確保施工的順利及作業(yè)后正常生產(chǎn)，需將作用于地層的壓力控制在中小裂縫啟動(dòng)壓力的80%以內(nèi)，按照井口最高注入壓力計(jì)算公式（3）計(jì)算，設(shè)計(jì)最高注入壓力原則上不超過10MPa。

式中 P注:最大注入壓力，MPa；P啟:破裂壓力，MPa；P液:液柱壓力，MPa；Pf:沿程摩阻損失，Pa；Ph:附加壓力，MPa（取 0.5～1MPa）。

3.4 注入段塞設(shè)計(jì)

由于從井底往外，滲流斷面逐漸增大，穩(wěn)定滲流時(shí)各斷面通過的流量相等，所以斷面越大，滲流速度越小，壓差越小。據(jù)此，堵劑應(yīng)設(shè)計(jì)為由弱至強(qiáng)，分多段塞注入。

另外，在堵劑進(jìn)入裂縫前應(yīng)先注入一個(gè)聚合物段塞，聚合物沿裂縫向前推進(jìn)的同時(shí)，形成的保護(hù)膜會(huì)附著在裂縫面上，以阻止后續(xù)注入的堵劑中的小分子向微裂縫和基質(zhì)中擴(kuò)散和濾失，起到預(yù)處理地層、保護(hù)主體段塞的作用。

因此，E22H 井段塞設(shè)計(jì)為“前置+主體+封口+頂替”四段塞。其中，主體、封口段塞根據(jù)前置段塞的注入情況，適時(shí)調(diào)整藥劑濃度。

表5 E22H 井段塞設(shè)計(jì)Tab.5 Slug design of E22H

3.5 措施效果

E22 井作業(yè)前日產(chǎn)液225.5 方，日產(chǎn)油3.4 方，含水率98.5%。堵水施工后，E22H 井日產(chǎn)液降為43方，E22h 井堵水措施后日產(chǎn)油40 方，平均日增油25 方，含水下降75%，累增油3500 方，取得了明顯的增油降水效果，具體生產(chǎn)數(shù)據(jù)見圖1。

圖1 E22H 井生產(chǎn)數(shù)據(jù)Fig.1 Production data of E22H

4 結(jié)論

（1）所優(yōu)選的凝膠堵水體系配方成膠時(shí)間35～40h，入井后成膠強(qiáng)度為 60000～100000mPa·s（E-G等級(jí)），可流動(dòng)弱膠至不流動(dòng)強(qiáng)膠。

（2）剪切狀態(tài)下凝膠性能穩(wěn)定，90℃下穩(wěn)定時(shí)間在6 個(gè)月以上，封堵及耐沖刷性能良好，對(duì)于裂縫性模型仍具有較好的封堵性能，且具有可解堵性。

（3）E22h 井堵水措施后日增油40 方，平均日增油25 方，含水下降75%，累增油3500 方。現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，該凝膠堵水體系能夠較好的封堵出水大裂縫，抑制底水，降低含水率，取得了較好的增油效果。