高温低渗水淹井堵水封窜剂性能评价

高温低渗水淹井堵水封窜剂性能评价
陈渊;高申领;温栋良;房晓伟;孙玉青
【摘要】针对高温低渗水淹井储层物性差、井温高、常出现堵水封窜施工挤注困难和安全风险高的技术难题,研制出注入性良好的耐高温堵水封窜剂.该堵剂浆体的黏度小于20 mPa·s,突破压力梯度大于1.5 MPa/cm,颗粒微细均匀,浆体流变性好,析水少,可泵时间可据井况调整,更易挤注到低渗和窜槽部位的微孔隙,施工安全性好,措施成功率高,且具有耐高温高盐的特性.该堵剂已在现场应用20多井次,有效率100％,增油降水效果显著,为高温低渗水淹井的堵水封窜提供了有效的技术方法.【期刊名称】《精细石油化工进展》
【年(卷),期】2016(017)002
【总页数】4页(P34-37)
【关键词】高温低渗水淹井;堵水封窜剂;增油降水
【作者】陈渊;高申领;温栋良;房晓伟;孙玉青
【作者单位】中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院,河南南阳473132;中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院,河南南阳473132;中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院,河南南阳473132;中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院,河南南阳473132;中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院,河南南阳473132
【正文语种】中文
化学堵水封窜技术是油田控水稳油的主导技术之一。

随着石油开采技术的进步，国内投入开发的高温低渗油藏愈来愈多，此类油藏普遍埋藏深、温度高、低渗透且储层流体高压、高矿化度[1]。

使用的堵水封窜剂必须满足以下性能要求：1)低渗条件下注入性能好，能够挤注进高含水低渗层或管外窜槽的微缝隙部位，确保堵水封窜效果；2)耐高温、高压和高矿化度，稠化时间可据井况进行调整，确保现场挤注施工安全[2]；3)固化后有足够的强度和较好的耐冲刷性，能够抵御地层流体长期冲刷，承压能力强。

现场常用的超细油井水泥及改性水泥类堵水封窜剂强度较高，但粒径较粗,挤注困难，施工时灰浆大量滞留在井筒内，难以进入高含水低渗层或管外窜槽的微孔隙，常导致封堵失败[3]。

如塔河油田的采油井TK317井，生产井段4 958.00～5 055.47 m，地层温度118 ℃，渗透率0.003 μm2，地层水矿化度为20×104 mg/L,生产井段水淹后曾采用超细水泥进行封堵，堵前清水试挤，40 MPa下地层吸水量仅93.7 L/min，吸液能力极差，后挤注超细油井水泥灰浆2.5 m3，试图封堵上述高含水低渗透井段，堵后试压15 MPa不合格，经核实套管内滞留水泥塞长度达124 m，折合灰浆量约2.5 m3，与挤注超细油井水泥灰浆量相等，说明挤注施工时超细油井水泥几乎未进入高含水低渗透地层。

此外，采用超细油井水泥封堵高温井时，为了降低施工风险，需加入高温缓凝剂等助剂以延长其稠化时间，会导致其强度下降、析水增大和固化后体积收缩加剧，封堵能力大幅下降。

针对上述问题，笔者研制出一种高强度纳米堵水封窜剂，其颗粒微细均匀，比表面积大，化学活性高[4-5]，浆体流变性好，析水率低，初凝时间(可泵时间)可据井况调整，固化后强度高且体积不收缩，尤其具有耐高温、高矿化度的特性。

1.1 堵水封窜剂浆体的配制
在烧杯中量取200 mL水，在搅拌条件下慢慢加入适量的堵水封窜剂(纳米堵水封窜剂或超细水泥)及其他助剂，继续搅拌至浆料充分分散混匀后备用。

1.2 突破压力梯度的测定[6]
将配好的堵水封窜剂浆体挤注到φ25 mm×30 mm的不锈钢填砂管中，充满后记下输入和输出端，测量填砂管长度，密封后放入恒温水浴中恒温养护48 h，将固
化后的填砂管连入岩心流动试验装置，正向挤注氯化铵水溶液，先以0.05
MPa/min的速度升压至1 MPa，后改以0.1 MPa/min的速度继续升压，记下出
口端流出第1滴液体时入口端的压力。

突破压力梯度的计算公式如下：
p0=p/L
式中，p0为突破压力梯度，MPa/cm；p为填砂管内堵水封窜剂的突破压力，MPa；L为填砂管长度，cm。

1.3 封堵率的测定[7]
将不同粒径的石英砂过筛混匀后，用填砂机将石英砂均匀充填入φ25 mm×30 mm的不锈钢填砂管中，边充填边轻拍填砂管，使石英砂充填密实均匀，充满后
记下输入和输出端，两端分别衬一层不锈钢丝网，上紧堵头后备用。

1．3．1 填砂管堵前水相渗透率的测定
将制备好的填砂管连入岩心流动试验装置，启动平流泵向已饱和水的填砂管中正向驱替氯化铵水溶液，泵压稳定后，每隔5 min测1次水相渗透率，至少测5次，
取平均值作为填砂管的水相渗透率。

1．3．2 填砂管堵后水相渗透率的测定
向制备好的填砂管内反向挤注配制好的堵剂浆料，挤注完后上紧填砂管两端阀门，放入95 ℃恒温水浴中恒温固化48 h。

将固化后的填砂管连入岩芯流动试验装置，正向挤注氯化铵水溶液，先以0.05 MPa/min的速度升压至1 MPa，后改以0.1 MPa/min的速度继续升压，泵压稳定后，同填砂管的水相渗透率测定法，测堵后水相渗透率。

封堵率计算公式如下：
式中，β为封堵率，%；K0为填砂管堵前水相渗透率，μm2；K1为填砂管堵后水相渗透率，μm2。

2.1 流变性能
分别配制纳米堵水封窜剂和超细水泥浆体，用旋转黏度计检测二者的流变性能，结果如表1所示。

纳米堵水封窜剂和超细水泥浆体的塑性黏度较低，均具有较好的
流动性能；纳米堵水封窜剂具有理想的触变性能，而超细水泥浆体无触变性能。

2.2 浆体稳定性及恒温固化后体积收缩率
取纳米堵水封窜剂浆体和超细水泥浆体各100 mL分别装入具塞量筒中，室温密
封静置60 min，观察二者的析水情况。

再各取50 mL浆体分别装入100 mL的具塞量筒中，密封后置于95 ℃恒温箱内常压下恒温固化48 h，观测固化后体积收
缩率，结果如表2所示。

纳米堵水封窜剂的室温静置析水量远小于超细水泥，表
明纳米堵水封窜剂的稳定性好，其原因是纳米堵水封窜剂的比表面积大，悬浮性好，而超细水泥颗粒较大易下沉分层；纳米堵水封窜剂固化后体积不收缩，而超细水泥的收缩率达13.5%，体积收缩易导致封堵不严，说明纳米堵水封窜剂的封堵效果
更好。

2.3 抗压性能
将配制好的纳米堵水封窜剂浆体和超细水泥浆体分别挤注到φ25 mm×30 mm的不锈钢填砂管中，两端密封后放入恒温水浴中恒温养护48 h，将固化后的填砂管
分别连入岩芯流动试验装置，测其突破压力梯度，结果如表3所示。

纳米堵水封
窜剂较超细水泥有更好的抗压性能，且温度愈高纳米堵水封窜剂的抗压优势愈明显，可满足高压油、水井封堵承压要求。

2.4 封堵性能
选用渗透率较高的填砂管，以便在纳米堵水封窜剂与超细油井水泥均易注入的情况下对比二者的封堵性能，堵剂均在95 ℃恒温箱内恒温固化48 h，实验结果如表4
所示。

纳米堵水封窜剂的突破压力为1.56 MPa/cm，封堵率高达99.9%，承压能力和封堵效果均优于超细油井水泥。

2.5 耐盐性能
分别采用河南油田清水、宝中区块和塔河油田的地层水配制堵水封窜剂浆体，在
95 ℃和常压条件下观测初凝时间和48 h突破压力梯度，结果如表5所示。

钙盐
对堵剂有促凝作用，且纳米堵水封窜剂的耐盐性能明显优于超细油井水泥。

矿化度高达20.3×104 mg/L时，纳米堵水封窜剂的初凝时间仍接近9 h，而超细水泥的初凝时间仅为0.6 h，难以满足现场正常挤注施工对初凝时间的要求。

2.6 耐高温、高压及高矿化度性能
采用矿化度为4.34×104 mg/L的宝中区块地层水配液，将配好的纳米堵水封窜剂倒入8040B10型高温高压稠化仪的样杯中，测试在120 ℃/80 MPa下纳米堵水
封窜剂浆体稠度达到30 Bc时的稠化时间。

实验结果表明，纳米堵水封窜剂浆体在上述苛刻条件下的稠化时间大于8.0 h，且稠度一直在4.2 Bc左右，说明纳米堵水封窜剂具有良好的耐高温、高压和高矿化
度性能，能满足苛刻地层条件下管外封窜对稠化时间(可泵时间)的要求，施工安全性好。

2.7 耐冲刷性能
在注入压力和注入排量保持不变的情况下，连续通入2%的氯化铵水溶液150 PV，纳米堵水封窜剂的渗透率保持在(0.205±0.005)×10-3 μm2，说明其具有较强的耐冲刷能力。

该技术已在河南的安棚油田、江河油田和新疆的宝浪油田、塔河油田现场应用20
余井次，有效率100%，措施井阶段累计增油16 383.2 t，增产天然气180×104 m3, 降水35 425.4 m3，增油降水效果显著。

3．1 高温低渗水淹井堵水井例
B201井为河南宝浪油田宝中背斜北部的一口评价井，投产时单采Ⅱ1.2层，初期
日产油8.2 t，后补开Ⅰ2.3及Ⅲ1.2.3层合采。

该井生产层井温102 ℃，储层物性差，各小层渗透率均小于7×10-3 μm2，小层数据如表6所示。

措施前生产层Ⅰ2.3、Ⅱ1.2及Ⅲ1.2.3已强水淹关井，该井Ⅳ2.3.4层解释为气层，一直未生产，为动用该井天然气层，要求封堵Ⅰ2.3、Ⅱ1.2及Ⅲ1.2.3强水淹层，然后对Ⅳ2.3.4层进行试采气。

按照要求，采用5 m3纳米堵水封窜剂对该井Ⅰ1.2.3、Ⅱ1.2和Ⅲ1.2.3层进行笼
统封堵，现场挤注安全顺利，堵后试压15 MPa，观察30 min压力不降，一次性堵水成功。

经测算，该井井筒内塞的长度约30 m，折合堵剂约0.36 m3，进入地层的堵剂约4.64 m3，进一步验证了纳米堵水封窜剂在低渗透条件下良好的注入
性能。

该井完井后顺利打开Ⅳ2.3.4层进行试采气，日产气达29 211 m3，应用效果显著。

3．2 高温、高压、高矿化度低渗透油井封窜井例
泌310井是河南安棚油田的一口预探井，投产时射开H33.6层即2 816.1～2 826.5 m井段试油，高含水关井，采用热中子俘获测井验窜，发现H33.6层与2 800.0～2 807.9 m井段存在管外窜槽，上部地层水沿窜槽窜至H33.6试油层导致高含水。

该井管外窜井段地层温度为115 ℃，渗透率为0.008 μm2，地层水矿化度为4.2×104 mg/L,CaCl2水型。

按要求在2 807.4～2 808.4 m井段开工程孔，采用高强度纳米堵水封窜剂循环封窜，累计挤注高强度纳米堵水封窜剂2.5 m3，堵后试压10 MPa合格，同时采用热中子俘获测井验窜，管外窜槽得到了有效封堵，为该井后续试油和认识地层潜力奠定了基础。

1)纳米堵水封窜剂颗粒微细均匀，流变性能好，可泵时间可根据具体井况调整，具有析水少、体积不收缩、强度高和耐高温、高压、高盐的特点，施工安全性好，适
应性强，措施成功率高，为解决高温低渗水淹井堵水封窜技术难题提供了有效的方法。

2)纳米材料表面活性高，表面缺陷多，具有很高的化学活性，可显著改善普通材料的物理力学性能，在油田高温低渗水淹井堵水封窜方面有着广阔的应用前景。

【相关文献】
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[3] 万贵春,陈铁铮,王得金,等.超细水泥用于油田封堵作业[J].钻井液与完井液,2002,19(1):21-22.
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