可逆凝膠暫堵工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

陳 立，馬景洋，董傳賓，張 通，韓 立，韋 文，陳 珂，朱向前，劉昱瑭，鄭禮鵬

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第六采油廠，陜西榆林 719000）

1 注水井帶壓作業(yè)現(xiàn)狀及問(wèn)題

注水井帶壓檢串作業(yè)已成為目前各油田推廣的主要技術(shù)[1]。該技術(shù)可以在井口不泄壓的狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)帶壓起下管柱作業(yè)，可有效解決注水井泄壓帶來(lái)的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)避免了注入水的流失，對(duì)維持地層能量和促進(jìn)油田生產(chǎn)起到積極作用。本廠2017-2019 年分別實(shí)施帶壓檢串96、161、252 口井，呈逐年上升趨勢(shì)。

注水井帶壓檢串存在作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高等問(wèn)題，同時(shí)設(shè)備龐大，搬運(yùn)復(fù)雜，以上種種原因，導(dǎo)致帶壓作業(yè)實(shí)施進(jìn)度滯后。

針對(duì)上述問(wèn)題，急需研究一種暫堵技術(shù)，封堵炮眼，屏蔽地層水，從而實(shí)現(xiàn)常規(guī)檢串，并且措施后不影響注水，達(dá)到既能提高生產(chǎn)效率，又可以降低生產(chǎn)成本的目的。

2 可逆凝膠暫堵工藝技術(shù)及適應(yīng)性評(píng)價(jià)

為解決現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，研究出一種可逆凝膠暫堵劑，該堵劑是一種聚合物膠體，能對(duì)溫度、pH 值、壓力、化學(xué)介質(zhì)等外部條件產(chǎn)生敏感響應(yīng)，具有吸收性和緩釋性的特性，在外界環(huán)境刺激下能發(fā)生可逆的有序—無(wú)序構(gòu)造變化相變過(guò)程。

可逆凝膠在地面條件下呈液態(tài)，黏度低，流動(dòng)性好；進(jìn)入封堵位置后，隨著溫度增加，可逆凝膠線團(tuán)結(jié)構(gòu)變化，逐漸形成膠體。在原產(chǎn)層人工裂縫的縫口形成暫時(shí)的膠體堵塞[2]。有效阻止外來(lái)流體進(jìn)入原產(chǎn)層的同時(shí)，依靠膠體強(qiáng)度平衡地層壓力，達(dá)到常規(guī)檢串的目的；檢串完成后，膠體自動(dòng)降解，對(duì)后期生產(chǎn)不產(chǎn)生影響[3-6]。通過(guò)對(duì)膠體形成溫度、降解時(shí)間和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

2.1 溫度對(duì)膠體成膠的影響

控制成膠時(shí)間是可逆凝膠暫堵技術(shù)的關(guān)鍵之一。合理控制成膠時(shí)間有利于堵劑順利進(jìn)入封堵部位，提高封堵成功率；若膠體成膠過(guò)快，不但影響膠體注入性能，還有可能造成施工事故。通過(guò)試驗(yàn)表明，膠體成膠速度與溫度成反比，溫度越低膠體成膠速度加快，溫度越高膠體成膠速度減緩，這個(gè)規(guī)律可以有效指導(dǎo)膠體對(duì)施工目的層的應(yīng)用適應(yīng)性（見表1）。

由表1 數(shù)據(jù)可以看出，在地層溫度為60 ℃時(shí)，可逆凝膠成膠時(shí)間為3 h，能夠滿足油藏條件。

2.2 膠體降解時(shí)間試驗(yàn)

膠體降解速度應(yīng)能滿足檢串的時(shí)間要求，在整個(gè)檢串過(guò)程中必須保證膠體強(qiáng)度，以防發(fā)生井控事故。檢串完成后膠體須完全降解，達(dá)到不傷害儲(chǔ)層，不影響生產(chǎn)的目的，試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表2）。

表1 不同溫度對(duì)膠體成膠性能影響

表2 不同濃度聚合物成膠和破膠時(shí)間

由表2 數(shù)據(jù)可以看出，隨著膠體聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，膠體成膠時(shí)間和膠體強(qiáng)度提高，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%時(shí)，膠體強(qiáng)度達(dá)到最高，穩(wěn)定時(shí)間7 d，之后膠體逐漸降解，完全降解時(shí)間約14 d。因此在檢串過(guò)程中，作業(yè)時(shí)間控制在3～5 d 為最合適。

2.3 膠體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

配制聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%的可逆凝膠，測(cè)試其抗壓強(qiáng)度，評(píng)價(jià)其封堵性能。試驗(yàn)采用多功能巖心驅(qū)替裝置，對(duì)可逆凝膠進(jìn)行承壓驅(qū)替試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)可逆凝膠的抗壓強(qiáng)度（見表3）。

由表3 數(shù)據(jù)可以看出，膠體突破壓力為17.0 MPa。在選擇作業(yè)井時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇井底壓差小于16 MPa 的注水井作業(yè)，才能夠保證敞井作業(yè)的成功率。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

目前實(shí)施兩口井，使用可逆凝膠封堵后兩口井均能達(dá)到不帶壓檢串目的，總結(jié)得出以下認(rèn)識(shí)。

表3 可逆凝膠抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

3.1 該工藝技術(shù)達(dá)到“堵得住、解得開”的效果

封堵過(guò)程中兩口井爬坡壓力均在2.0 MPa 左右，且在半小時(shí)內(nèi)壓力突漲，說(shuō)明堵劑在射孔段成膠發(fā)揮封堵作用；在檢串作業(yè)完成后均能達(dá)到配注要求，施工后井口壓力平穩(wěn)不增，堵劑有效破膠。

X1 井位于Y 油藏，于2013 年12 月投注，累計(jì)注水3.9×104m3，正常油壓11.5 MPa，2019 年計(jì)劃?rùn)z串，8月10 日開始停井泄壓，累計(jì)泄水量125 m3，對(duì)比正常注水壓力僅下降1 MPa，關(guān)井后壓力再次上升。2019 年9 月4 日開始對(duì)該井實(shí)施暫堵施工，排量12 m3/h，施工壓力由15.0 MPa 升至17.8 MPa（施工曲線見圖1），候凝后于9 月6 日18：00 開始起原井管柱，井口無(wú)溢流，順利施工，9 月7 日完井。目前配注20 m3，實(shí)注20 m3，油壓12.3 MPa。

X2 井位于Y 油藏，2012 年6 月投注，累注水2.3×104m3，正常油壓9.9 MPa，2019 年10 月12 日累計(jì)泄水量100 m3，井口壓力無(wú)明顯變化，實(shí)施暫堵檢串，11 月4 日開始施工，排量18 m3/h，施工壓力由14.0 MPa 升至16.0 MPa（施工曲線見圖2），關(guān)井候凝后，11 月5 日18：00 開始起原井管柱實(shí)施檢串作業(yè)，井口無(wú)溢流，通洗井后該井11 月7 日順利完井開注。目前該井配注15 m3，實(shí)注15 m3，油壓10.6 MPa。

3.2 前置低分子凝膠封堵性能是成功關(guān)鍵

前置低分子凝膠既要抗地層流體對(duì)可逆凝膠的破壞，又要達(dá)到堵而不死的效果。X1 井施工前井口壓力11.5 MPa，采用低分子凝膠濃度1.0%，封堵候凝后，泄壓2.5 h，流量降至0.5 m3/h，相對(duì)較大；X2 井施工前井口壓力9.9 MPa，為達(dá)到更好的封堵效果，該井優(yōu)化前置堵劑濃度和用量，將低分子凝膠濃度提高至1.5%，注入液量由12 m3提高至18 m3，增加了封堵強(qiáng)度，提高了封堵穩(wěn)定性，封堵候凝后，泄壓2 h，流量降低至0.3 m3/h，增加了安全性、可控性，同時(shí)也滿足了更高壓力的需求。

3.3 實(shí)施可逆凝膠技術(shù)后能實(shí)現(xiàn)檢串全部工序

逐步增加工序，由堵后簡(jiǎn)單“檢串”完井，到堵后“通井—洗井—檢串”完成全部工序，作業(yè)全程井口無(wú)明顯溢流產(chǎn)生，能達(dá)到敞井作業(yè)。

圖1 X1 注水井暫堵施工曲線

圖2 X2 注水井暫堵施工曲線

3.3.1 措施后注水井溢流變小 X1 井于9 月4 日14：50 施工結(jié)束，停泵壓力17.0 MPa，9 月5 日9：10 開始泄壓，泄壓前油壓6.5 MPa，泄壓初期液量較大，溢流量約4 m3/h，隨后溢流逐漸減小，2.5 h 后溢流量約0.5 m3/h，泄壓數(shù)據(jù)（見表4）。

表4 措施后X1 井泄壓數(shù)據(jù)（2019.9.5）

X2 井于11 月4 日16：20 施工結(jié)束，停泵壓力為16.0 MPa，11 月5 日10：00 開始泄壓，泄壓前油壓為8.5 MPa，泄壓初期液量較大，溢流量約2.5 m3/h，隨后溢流逐漸減小，2 h 后溢流量約0.3 m3/h，泄壓數(shù)據(jù)（見表5）。

表5 措施后X2 井泄壓數(shù)據(jù)（2019.11.5）

3.3.2 溢流量減小可以敞井修井，順利完成檢串作業(yè)X1 井于2019 年9 月6 日18：00 開始上提原井管柱，管柱順利提出，無(wú)溢流影響施工，次日完井。

X2 井于2019 年11 月5 日18：00 開始起原井管柱，施工過(guò)程無(wú)明顯溢流，順利實(shí)施“通井、洗井、檢串”等工序，于11 月7 日完井。

3.3.3 措施后壓力上升幅度較同區(qū)塊對(duì)比井基本一致兩口井目前正常注水，說(shuō)明暫堵劑破膠，地層疏通。注水壓力均有上升，上升幅度較同區(qū)塊對(duì)比井基本一致。其中X1 井壓力上升0.8 MPa，同區(qū)塊對(duì)比井平均壓力上升0.83 MPa；X2 井壓力上升0.7 MPa，同區(qū)塊對(duì)比井平均壓力上升0.86 MPa。

4 結(jié)論及建議

（1）可逆凝膠是一種成膠時(shí)間和成膠強(qiáng)度可控、可逆性凝膠體，具有吸收性和緩釋性的特性。

（2）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明可逆凝膠可以對(duì)部分高壓注水井進(jìn)行暫堵，將帶壓檢串變?yōu)椴粠簷z串，同時(shí)暫堵后凝膠破膠，不影響后續(xù)正常注水，針對(duì)部分區(qū)塊注水井泄壓難度大，帶壓隊(duì)伍不足的問(wèn)題，該技術(shù)可以作為一種較好的補(bǔ)充手段。

（3）該技術(shù)單井費(fèi)用較低，與帶壓檢串相比平均單井節(jié)約費(fèi)用約4 萬(wàn)元。

（4）目前該技術(shù)存在一定的技術(shù)和工藝限制，具體如下：

①可逆凝膠對(duì)地層壓力要求較苛刻，使用范圍相對(duì)較小。目前可逆凝膠實(shí)驗(yàn)室抗壓強(qiáng)度僅達(dá)到16 MPa，不能滿足停注后油壓高于16 MPa 的高壓注水井使用。

②高壓注水井對(duì)凝膠膠體穩(wěn)定性要求較高，可逆凝膠注入地層后，受地層溫度、水質(zhì)礦化度、機(jī)械雜質(zhì)等因素影響，穩(wěn)定性須通過(guò)更多井驗(yàn)證。

③該技術(shù)對(duì)分注井暫堵，受層間吸水差異、封隔器等因素影響，技術(shù)工藝須進(jìn)一步研究完善。

④實(shí)施的兩口井目前注水壓力上升速度較同區(qū)塊對(duì)比井基本一致，說(shuō)明地層中暫堵劑基本完全破膠，但仍需對(duì)破膠性能作進(jìn)一步研究。

⑤通過(guò)兩口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，證明可逆凝膠暫堵檢串技術(shù)具有較好的可行性和應(yīng)用前景，同時(shí)針對(duì)目前的技術(shù)限制，不斷優(yōu)化調(diào)整堵劑體系，增加該技術(shù)的適應(yīng)性，在達(dá)到措施目的的前提下，更大幅度降低作業(yè)費(fèi)用，形成較為成熟的技術(shù)體系，取代部分帶壓作業(yè)。