化學(xué)環(huán)空封隔材料定點擠注配套工藝研究

王潤宇，萬小進(jìn)，周泓宇，楊 明，程利民

(中海石油(中國)有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057)

南海西部油田水平井多采用篩管完井，預(yù)制管外封隔器，采用中心管+插入密封方式進(jìn)行控水。當(dāng)出現(xiàn)管外封隔器失效或中心管控水能力不足的情況時，化學(xué)環(huán)空封隔材料(ACP)能夠在篩管外環(huán)空形成一道非滲透高強度阻流環(huán)，實現(xiàn)裸眼管外封的功能[1]。再配合中心管+封隔器，可以有效地對出水層位進(jìn)行封堵[2-3]。本文針對化學(xué)環(huán)空封隔材料的性能特點[4-6]，設(shè)計注入管柱，并在此基礎(chǔ)上，開展注入工藝參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化研究，主要包括：注入工藝參數(shù)設(shè)計(如：注入量、段塞、注入速度等)、注入工具優(yōu)選(如：封隔器、注入閥等)、注入管柱優(yōu)化。在注入工具優(yōu)選的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有注入工藝，進(jìn)行注入管柱優(yōu)化研究。

1 化學(xué)環(huán)空封隔材料配套工藝研究

1.1 注入?yún)?shù)

1)注入體積 針對裸眼完井以及礫石充填完井，注入量可以按照式(1)計算：

V=a×(R2×r2)×10-6×π×L×φ×n

(1)

式中，V為注入體積，m3；a為保障系數(shù)，無因次；R為井筒半徑，m；r為篩管外半徑，m；L為ACP段塞長度，m；φ為礫石孔隙度(裸眼完井按照100%計算)，%；n為工藝系數(shù)。

其中，考慮到地層吸收(泥巖)、油管與篩管環(huán)空、篩管上篩網(wǎng)孔隙、ACP材料的前后稀釋量等原因，工藝系數(shù)一般取1.2～1.8。根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗及抗壓要求：ACP設(shè)計長度一般在20～30 m。

2)注入段塞 針對ACP的特點，優(yōu)化ACP段塞設(shè)計如表1所示。

表1 ACP段塞設(shè)計

3)注入速度 室內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，排量會影響剪切速度和壓力，同時考慮雙封/三封注入工藝優(yōu)勢，在平臺限壓范圍內(nèi)，注入速度一般為200～400 L/min。

4)注入壓力 精密復(fù)合篩管完井的井筒以上述的排量對應(yīng)的壓力一般在5～10 MPa。施工最大壓力不超過20 MPa。

P注=0.8P破-P液+64/Re×h/r×u2×ρ/106+Ph

(2)

式中，P注為最大擠注壓力，MPa；P破為破裂壓力，MPa；P液為液柱壓力，MPa；Ph為附加壓力，MPa(篩管摩阻)；Re為雷諾數(shù)，無因次；r為管通徑，m；h為垂深，m；u為線速度，m/s；ρ為流體密度，kg/m3；μ為流體黏度，mPa·s。

1.2 注入工具

為了實現(xiàn)ACP的定點、定量注入，需配套專用的注入工具。水平井化學(xué)環(huán)空封隔配套注入工具主要包括：K344封隔器、注入閥、打孔管、單流閥、空心圓堵等，如圖1所示。

K344膨脹式封隔器：密封裸眼篩管內(nèi)部的流動通道，保證注入的藥劑進(jìn)入設(shè)計位置的裸眼環(huán)空。油管打壓至封隔器的坐封壓力，膠筒外徑擴(kuò)張，與套管形成密封，需要解封時，停止打壓，等待膠筒自行回縮，或者套管反洗井，迫使膠筒回縮，封隔器自行解封。

注入閥：提供所注的液體進(jìn)入目的層段的通道。油管打壓至開啟閥的開啟壓力時，開啟閥推動彈簧向右移動，開啟閥開啟，注入液體從本體上的出液孔經(jīng)本體與開啟閥的環(huán)形空間流出；停止打壓，開啟閥在彈簧的彈力下自行關(guān)閉。

單流閥：井筒中的液體可以進(jìn)入注入管柱內(nèi)，但注入管柱的液體不會自行流入井筒。在注入管柱下井過程中，需要井筒的液體流入注入管柱中，否則井筒內(nèi)的液體對注入管柱會產(chǎn)生較大的浮力，致使管柱難以下井，同時存在井控風(fēng)險。而需要注劑時，單流閥起到堵頭的作業(yè)，管柱內(nèi)能憋壓，從注入管柱加壓至一定壓力時，封隔器坐封，繼續(xù)升壓，注入閥打開，藥劑流入目的層段。

1.3 注入管柱

1)裸眼完井水平井 針對裸眼完井水平井，擠注的ACP將優(yōu)先在裸眼環(huán)空空間內(nèi)置放，發(fā)生藥劑繞流竄回篩管內(nèi)的可能性較小，推薦采用雙封注入工藝，如圖2所示。

2)礫石充填完井水平井 ACP在多孔介質(zhì)中的運移阻力為0.70 MPa左右，而通過篩管發(fā)生繞流的臨界壓降為0.1～0.8 MPa。因此，在礫石充填完井條件下，泵注的ACP有發(fā)生繞流的可能。所以針對礫石充填完井水平井，推薦采用三封/四封注入工藝，如圖3所示。該注入工藝可以有效減少ACP回流至井筒的風(fēng)險，保障其在外環(huán)空能形成足夠長度的封隔。

1.4 單趟管柱注入/驗封工藝

使用油管依次連接定位接頭、配長油管、K344封隔器1、K344封隔器2、定壓閥、打孔管、K344封隔器3、單流閥、圓堵下入井筒。連接地面管線后，先進(jìn)行反循環(huán)，進(jìn)行正擠注測試后正擠暫堵液。上提管柱至擠注位置(依據(jù)定位接頭精準(zhǔn)定位)，按優(yōu)化注入段塞開啟擠注作業(yè)，期間注意防止過頂替，過程如圖4a所示。隨后進(jìn)行反洗候凝步驟：將擠注管柱上提至圓堵底深超過頂部封隔器，進(jìn)行反洗井。待無ACP材料殘渣返出，以ACP現(xiàn)場固化實驗結(jié)果進(jìn)行候凝，如圖4b所示。待ACP材料固化，將該管柱下入原擠注位置(依據(jù)定位接頭精確定位)，連接正循環(huán)管線進(jìn)行打壓測試驗封，根據(jù)ACP擠注長度，進(jìn)行上提下放管柱操作，對井筒進(jìn)行多次徑向驗封操作，如圖4c所示。待驗封合格，可以起出管柱，下入中心管進(jìn)行多層分采。按照上述過程依次可以實現(xiàn)ACP擠注、反洗井、候凝、驗封過程。

2 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

目標(biāo)水平井于2020年投產(chǎn)，8-1/2″裸眼下入4-1/2″預(yù)充填篩管+4-1/2″管外封隔器分段控水。投產(chǎn)初期，含水率迅速由81%上升至92%，采出程度很低。通過油藏分析得到出水層位后，進(jìn)行過一次控水作業(yè)：利用完井預(yù)制的管外封隔器，采用中心管+插入密封方式控水。措施后無生產(chǎn)動態(tài)變化，認(rèn)為該井管外封隔器存在躥漏，導(dǎo)致含水高、產(chǎn)油量低。2021年4月，采用ACP管外封隔+ACP管內(nèi)封堵控水，實現(xiàn)了對水層的有效封堵。措施后，日增油71.2 m3，含水率下降20.8%。因此，該工藝是一種治理篩管完井水平井出水行之有效的工藝手段，具有良好的現(xiàn)場推廣價值。

3 結(jié)論

1)針對化學(xué)環(huán)空封隔材料配套注入工藝進(jìn)行了研究，包括注入?yún)?shù)、注入工具、注入管柱等，為工藝設(shè)計提供了理論依據(jù)及合理建議；

2)ACP注入量設(shè)計長度一般在20～30 m，考慮到地層吸收(泥巖)、油管與篩管環(huán)空、篩管上篩網(wǎng)孔隙、ACP材料的前后稀釋量等因素，實際設(shè)計用量按計算值增加20%～80%。段塞設(shè)計包括前置液、ACP、后置液、頂替水。在平臺限壓范圍內(nèi)，注入速度一般為200～400 L/min。精密復(fù)合篩管完井的井筒以上述的排量對應(yīng)的壓力一般在5～10 MPa。施工最大壓力不超過20 MPa；

3)針對裸眼完井水平井和礫石充填完井水平井進(jìn)行注入管柱設(shè)計，分別采用雙封注入工藝和三封/四封注入工藝；

4)優(yōu)化注入工藝，使用一趟管柱完成擠注、洗井、驗封全部功能，減少作業(yè)工序，節(jié)約作業(yè)成本，同時保證了作業(yè)效果，具有廣泛的推廣價值。