油井堵水设计方法

油井堵水设计方法堵水工作是一项复杂上的系统工程，涉及到采油、油藏，化学等多学科体系，总的来说，堵水成功与否主要取决与3个方面：（1）能否正确识别产水机理，（2）处理设计是否合理。

（3）能否将堵剂进行有效放置。

任何一方面不合理都有可能导致整个堵水工作的有效率下降，为提高油井堵水作业的成功率，对堵水设计的一般步骤进行了总结和分析。

一、初选候选井影响堵水井选择的因素较多，如油井的产液能力、含水状况、产层厚度、地层渗透率、岩性等。

鉴于目前堵水技术的可靠性（国内外堵水措施的成功率平均为50%左右）。

一般要求堵水候选井的含水率应高于80%（水层出水除外），同时，要求候选井及其油藏数据资料尽可能详细。

二、辨别出水机理1、判断出水机理需考虑的因素，油井产水机理较多，如水锥，高渗透层、注水井和油井间裂缝连通、天然裂缝等。

这些均可能造成油井过量产水，为正确判断产水机理，必须全面了解井的资料及其油藏特征。

下列因素有助于确定产水机理。

（1）油藏的驱替机理。

（2）日产量（油藏和油井）。

（3）束缚水和残余油饱和度。

（4）孔隙度。

（5）油层有效厚度。

（6）渗透率非均质性和各向异性。

（7）垂直和水平渗透率。

（8）油水相对渗透率和流度比。

（9）不渗透隔层的位置和连续性。

（10）油藏倾角。

（11）原始油水界面。

（12）完井部分占产层的百分比。

（13）完井方法（射孔、裸眼、砾石充填等）。

（14）射孔段相对油水界面的位置。

（15）固井质量。

（16）出水前的生产时间。

（17）油、气、水开采历史。

（18）找水结果。

（19）完井后何时开始产水。

（20）突破后产水量上升速度。

2、出水机理的判断过程在出水机理认识问题方面，必须回答如下几个问题。

1）油井的过量产水水源是边水、低水、注入水，还是外来水。

2）污染还是大孔道造成油井高含水，若是由污染问题造成过量产水，则可采用酸化等解堵措施，若是大孔道造成的问题，则采用堵水方法。

3）出水层位是否清晰，出水层位的认识程度对措施的选择具有较大的影响，可靠的找水资料有利于措施的合理选择。

4）属于油藏问题还是近井地带问题，近井地带问题包括管外窜，井底附近微裂缝及隔层窜漏等，油藏问题包括底水锥进，油水井间裂缝连通和高渗透贼层等。

管外窜可发生在油井开采的各个时期，但刚刚完井或刚采取增产措施后以外出水，发生管外窜的可能性更大，温度，噪音及水泥胶结测井可用于分辨管外窜。

套管漏失通常会造成产水意外增加，温度测井对比和水质分析对比法可用寻找漏失点。

高渗透层会造成油藏内各部分驱油速度的不一致和水的过早突破，从而造成扫油效率较低的低渗层能量损失。

如果油藏为天然水驱则可用压差密度计和过套管中子测井技术试底水锥进，若为注水井注入水造成水浸，则可采用示踪剂技术。

油井何时过量产水也可帮助判断出水机理。

早期出水可能是射孔段过于接近水层造成的，也可能是增产处理作用于水层或使生产井和注水井直接连通造成的，油井较晚阶段出水则是由水驱或天然水驱形成水驱孔道，底水锥进，套管漏失，油气藏衰竭其中的一种或多种条件决定的。

3、堵水难易程度排序根据出水机理的不同，sergbl等人将凝胶处理生产井过量出水的难易程度进行了排序，由易到难依次增加的顺序是（1）油管/套管/封隔器漏失。

（2）管外窜。

（3）具有不渗透隔层的层状油藏。

（4）注水井和生产井之间的裂缝连通。

（5）二维水锥问题（存在裂缝）。

（6）天然裂缝油藏裂缝。

（7）三维水锥或水脊（水平井）。

（8）没有不渗透隔层的层间窜流问题。

在上述的8项中，（1）和（2）属完井造成的问题，一般采用常规修井技术进行处理，在此方面，凝胶与水桥塞或水泥封堵相比，可进入地层深处几米处，因而可产生更深的封堵。

（3）—（8）属油藏因素造成的问题，其中具有不渗透隔层的层状油藏是堵水选择的最佳对象。

三、方案优势封堵技术可分机械封堵和化学封堵两种，机械封堵一般采用封隔器或滑套，既可在完井时将其下入井内，也可在产水后需要封堵时将其下入井中，化学封堵一般采用强度较大的冻胶或水泥浆对井筒或地层进行封堵，当采用某种堵水技术进行处理时，首先必须权衡技术的可行性及其经济效益，一般应以投入产出比的大小来优选方案，而不是仅仅考虑投资问题。

化学封堵方案筛选时，必须考虑的问题是：处理时面对的油藏和地面条件；堵水处理剂类型的选择；处理的预期效果。

方案优选包括以下步骤。

1、据油藏地层流体特征及地面条件判断堵水技术的可行性，包括能否得到满足地层温度，地层水矿化度和地面环境要求的堵剂，该堵剂强度能否满足生产压差的需要。

2、堵剂类型选择，按处理剂的封堵性能特点不同，可将其分为封堵剂和相对渗透率剂两种。

3、堵剂，封堵剂一般用于出水层位与油层间具有良好隔层的油井，管外窜井和套管漏失井的封堵，所用的封堵剂一般为水泥，树脂和强凝胶等。

若采用封堵剂对油井进行选择性堵水必须采用选择性注入工艺（包括下封隔器单注出水层，双管注入和暂堵保护等工艺）。

由于流体在基岩中的流动通道一般是孔喉和孔隙间的连通，因而。

地层封堵剂不必堵塞所有孔隙空间和孔喉，只要完全堵塞井筒和油层之间的流动通道即可达到目的，一般以堵得住，堵的浅为原则，地层封堵有效期的长短取决于封堵剂在地层条件下的热稳定性的好坏，井筒封堵剂效果的好坏取决于封堵剂自身的强度和堵剂与油管之间的胶结程度。

4、相对渗透率改善剂，相对渗透率改善剂一般使用于油水层无法明显分开，出水层位不清楚及同层水的封堵，其封堵特征是对水相渗透率的，其选择性堵水作用主要通过堵剂水相相对渗透率的降低程度大于对油相相对渗透率的降低程度来实现，同时应铺以选择性注入工艺，以提高选择性堵水效果，常用的相对渗透率改善剂有聚丙烯酰胺，两性离子聚合物，弱凝胶等，相对渗透率改善剂的堵水有效期，不但取决于堵剂在油藏条件下的热稳定性，而且也与油藏中流体分布特征，油藏特征及开采动态有关，一般可采用数值模拟方法预测其有效期的长短。

5、处理效果预测，一般来说，符合某井油藏和井身条件的处理技术可能有几种，为取得良好的经济效益，不但应考虑最佳的投入产出比，而且必须重视施工工艺的可行性及成功率，应在尽可能提高工艺成功率基础上追求最大经济效益或投入产出比，工艺成功率的大小主要指所用工艺技术能否将堵剂注入到预期的位置，这里必须考虑井下设备的可靠性，对地层认识程度的可靠性及注入设备的可靠性等方面，工艺的成败直接决定堵水效果的好坏。

在工艺成功基础上，应考虑堵剂用量，堵剂强度和堵剂的封堵性能等参数读堵水效果的影响，一般采用数值模拟技术优化堵剂用量及堵剂性能，并根据现场条件和工艺要求选择出合理的堵剂用量和堵剂性能参数。

四、工艺设计当确定采用某种方案进行处理后，设计者应重新分析井身结构，现场可得到的工具（封隔器、连续油管、注入设备）以设计最佳注入工艺，工艺设计包括注入方法，陪液设备，注入设备，井下设备及注入排量等方面的设计。

1、注入方法这是首先需考虑的问题，目前现场常用的注入方法有笼统注入法，采用机械封隔方法进行单层注入法和双管注入法，近年来，为减少堵剂对非目的层的侵入，作者曾提出了采用形成表面堵塞法减少堵剂对非目发层侵入的技术，ziiha等人提出了采用聚合物桥联吸附作用实现堵剂选择性进入方法。

这些新技术的应用有助于提高笼统注入条件下的堵水成功率。

2、施工设备工艺设计中需要考虑的第二个问题是采用什么样的井下工具（包括封隔器）。

采用何种管柱（工作管柱、生产管柱还是连续油管）以及应用何种注入设备和配液设备等，设计时要充分考虑到现场的实际情况。

4、排量设计在此问题认识上，国内外有一定差距，国内许多学者认为，应在条件允许范围内，尽量选择低压低排量的注入模式，以达到堵剂选择性进入高渗透层的目的，而国外通常采用的设计原则是在压力允许范围内，选择最大注入速度进行注入，压力范围限制主要取决于油套管尺寸及耐压强度，地层破裂压力梯度，处理体系的剪切敏感性，其中破裂压力的计算应考虑堵剂注入过程中地层的冷却作用，因为温度的降低会相应造成地应力的下降，从而相应地降低地层破裂压力，若注入压力过高，可能造成施工过程中出现冷裂缝。

5、堵剂配方设计根据优化设计提出的堵剂性能指标要求（突破压力，油相残余阻力系数和水相残余阻力系数）及工艺设计要求，在充分考虑井底温度，地层水矿化度，酸碱度和注入时间要求条件下筛选考察堵剂配方。

在配方选择方面一定要注意的一个问题是堵剂的注入对井底温度的变化造成的影响，目前，温度场对地层的作用，尤其是对高温地层的作用至今还没有引起我国堵水工作人员的注意，但近两年国外在此方面进行了一些研究，结果表明堵剂的快速注入及大量注入将导致井底温度的显著降低，若使井底温度恢复到油藏温度一般需要几天甚至几个月的时间，若需进行大剂量堵水作业，则要进行温度场模拟计算，以确保堵剂在设计时间内的充分交联，温度常计算有助于调整堵剂配方或泵入速度，如北海油田1口油井含水达70%，测井曲线结果表明，下部射孔层段只产水，上层同时产水和油，两层中间有1.3m的隔层，设计采用双管注入方式，通过扰性油管向下部产水层注入堵剂，同时，通过生产油管向上部射孔层注入2%kcl盐水保护油管及隔层不受伤害，该油藏温度为92℃，最初考虑采用高温引发剂（80℃以上起作用），然而通过运行温度模拟器发现，堵剂注入后，至少需要一个月时间才能使井底温度恢复到80℃，如果采用高温引发剂至少需要关井一个月，显然，关井时间过长在经济上是不合理的，根据温度场模拟结果，设计者采用了低温引发交联体系交联（60℃以下交联体系），处理后50d 便收回了措施成本。

五、结论和建议1、堵水是一项复杂的系统工程，需要油藏，采用，化学等各方面专家密切配合，任何一方面的失误或处理不当，都可能导致堵水措施的失败，绝不能把堵水失败的原因都归结于堵剂2、正确识别出水机理是堵水作业的基础，开发动态分析和生产测井技术紧密配合，有助于提高堵水机理的识别程度。

3、堵剂配方应考虑堵剂注入过程中温度场的变化，温度场模拟有助于提高油井堵水，特别是高温油井堵水措施的效果。

4、堵剂用量的优势不但应考虑油井增油的潜力，而且应特别考虑堵水工艺及现有技术的可行性及可靠性。