高含水層段堵水技術(shù)——以高升油田高246塊底水油藏為例

李鼎一中國(guó)石油大學(xué)，北京102200

高含水層段堵水技術(shù)
——以高升油田高246塊底水油藏為例

李鼎一*
中國(guó)石油大學(xué)，北京102200

提 要 通過(guò)對(duì)高246塊水平井出水特點(diǎn)的研究，結(jié)合水平井儲(chǔ)層物性、原油性質(zhì)、出水水質(zhì)、出水井段及生產(chǎn)情況，確定了高含水層段分段堵水工藝。堵水的關(guān)鍵技術(shù)是封堵材料和注入工藝。根據(jù)現(xiàn)有的堵水材料，進(jìn)行篩選、復(fù)配和改性，試驗(yàn)成功了液體橋塞、化學(xué)封隔材料和無(wú)機(jī)堵水劑。利用測(cè)井解釋和產(chǎn)液剖面測(cè)試結(jié)果，制定了堵水方式和堵劑的用量。并成功應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，取得了明顯的增油效果。

關(guān)鍵詞堵水工藝 堵水材料 方案 效果

高246塊位于高升油田南部，開(kāi)發(fā)的目的層為第三系沙河街組蓮花油層，油層埋深1430m～1690m，平均油層厚度57.74m，含油面積2.39km2，地層條件下原油粘度147～255mPa·s，地面脫氣油粘度900～3000mPa·s。地面原油密度在0.9～0.94g/cm3，膠質(zhì)+瀝青質(zhì)42%～46%。

高246塊構(gòu)造形態(tài)為一近南北向、被一條斷層切割的似馬鞍形構(gòu)造，屬于底水油藏。是高升采油廠水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)試驗(yàn)與大規(guī)模應(yīng)用的主力區(qū)塊，于1977年投入開(kāi)發(fā)，1988年轉(zhuǎn)入蒸汽吞吐開(kāi)采階段，1998年進(jìn)入注水開(kāi)發(fā)階段， 2006年4月區(qū)塊全面停注，開(kāi)始實(shí)施二次開(kāi)發(fā)，利用水平井技術(shù)提高底水油藏儲(chǔ)量動(dòng)用程度，同時(shí)對(duì)剩余油富集區(qū)域?qū)嵤╅_(kāi)窗側(cè)鉆水平井挖潛，提高采收率。隨著高246塊水平井的規(guī)模擴(kuò)大和深入開(kāi)發(fā)，逐漸暴露出底水錐進(jìn)嚴(yán)重，堵水困難等問(wèn)題，由于水平井的井身與油藏平行，一旦發(fā)生底水錐進(jìn)，很容易大量產(chǎn)水，導(dǎo)致產(chǎn)油量驟減，含水急劇上升，甚至導(dǎo)致整個(gè)油井“水淹”。

1 高246塊油藏出水特點(diǎn)

（1）底水錐進(jìn)嚴(yán)重，含水上升速度快 高 246塊為厚層塊狀底水稠油油藏，區(qū)塊東部隔層發(fā)育較好，油水界面基本保持在1670m，區(qū)塊中西部地區(qū)L5、L6砂體間隔層較薄、采出程度高、地層虧空大，油水界面上移較大，約為1650～1660m。底水沿高滲透帶突進(jìn)，使油井含水升高，造成水淹嚴(yán)重。區(qū)塊有26口先后發(fā)生底水錐進(jìn)，占總井?dāng)?shù)38%。雖然采用堵水、間開(kāi)、控制提液量等手段，見(jiàn)到一定效果，但仍然未從根本上解決問(wèn)題。

（2）儲(chǔ)層非均質(zhì)強(qiáng)，油井水竄嚴(yán)重 高246塊砂體層內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)：小層的砂體變異系數(shù)值均大于0.4，小層的夾層頻率幾乎都在10%以上；5砂體滲透率比4砂體低1038×10-3μm2，突進(jìn)系數(shù)高2.04；5砂體滲透率比6砂體低758×10-3μm2，滲透率突進(jìn)系數(shù)高1.77。由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性，導(dǎo)致注水井注水時(shí)發(fā)生水竄、油井含水飽和度高，油井產(chǎn)能降低。主力油層L5、6砂體平面上非均質(zhì)性強(qiáng)，油水粘度比大，吞吐階段單井采出程度差異大，注入水易沿高滲帶、高虧空方向單向竄流，導(dǎo)致油井平面受效不均。油井發(fā)生水竄后，表現(xiàn)出產(chǎn)液量基本平穩(wěn)，含水快速上升，產(chǎn)油快速下降。2007年9月開(kāi)始到2014年初，日產(chǎn)油量由245t/d下降至77t/d，綜合含水由56%上升到75%。

（3）出水水質(zhì)復(fù)雜 高246塊地層水中鈉鉀離子含量為2600mg/L，礦化度為7614 mg/L，注入蒸汽冷凝水中鈉鉀離子含量為1230mg/L。從出水水質(zhì)分析來(lái)看，其中高2-蓮H602和高2-蓮H603產(chǎn)出水中鈉鉀離子含量介于兩者之間，判斷這兩口水平井產(chǎn)出水為地層水與注入蒸汽冷凝水的混合。高2-蓮H601產(chǎn)出水中鈉鉀離子含量接近注入蒸汽冷凝水，判斷該井產(chǎn)出水以注入蒸汽冷凝水為主。

（4）出水井段難確定，水平井生產(chǎn)井段長(zhǎng)，堵水難度大 高246塊蓮花油層夾層主要發(fā)育在5、6砂體，其它砂體不發(fā)育。儲(chǔ)集層內(nèi)的夾層，主要為泥質(zhì)、鈣質(zhì)物性?shī)A層，巖石成熟度低，成巖性差，泥質(zhì)膠結(jié)，同時(shí)出水井段難確定，機(jī)械堵水難度大。水平井平均油層厚度為267.4m，平均含水為42.9%，水平井堵水涉及問(wèn)題復(fù)雜，堵水工藝要求高，難度大。

針對(duì)底水油藏水平井綜合含水高，油井產(chǎn)能降低，儲(chǔ)量動(dòng)用不均等問(wèn)題，為抑制底水錐進(jìn)，防止水竄，降低油井含水，提高油井產(chǎn)能，開(kāi)展了高含水層段堵水技術(shù)研究。

2 堵水工藝

針對(duì)高246塊水平井生產(chǎn)實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外底水油藏堵水技術(shù)研究，根據(jù)水平井儲(chǔ)層物性、原油性質(zhì)、出水水質(zhì)、出水井段及生產(chǎn)情況等特點(diǎn)，采取液體橋塞分段堵水工藝即利用液體橋塞的暫堵性能將油層保護(hù)起來(lái)，然后向出水層段注入堵劑，最后用化學(xué)或物理方法將液體橋塞解除，實(shí)現(xiàn)水平井分段堵水。

2.1 堵水方式

（1）預(yù)堵未出水層段 采用地面智能泵注系統(tǒng)，向地層以最小排量籠統(tǒng)注入具有一定耐溫性的復(fù)合段塞堵水調(diào)剖劑，以便堵劑更好的選擇性進(jìn)入出水通道，當(dāng)注入到一定壓力時(shí)，在保證地層不漏的情況下，停止注入堵劑。

（2）液體橋塞保護(hù)腳尖 向地層注入一定量的液體橋塞，對(duì)未出水井段進(jìn)行暫堵，保護(hù)未出水部位的油層。

（3）封堵出水層段 先向出水層段注入具有一定耐溫性的復(fù)合段塞堵水調(diào)剖劑，壓制底水，再向出水層段注入耐高溫的封口劑，進(jìn)行封口，然后注汽解除液體橋塞，正常注汽生產(chǎn)。

2.2 堵水材料和工藝管柱

2.2.1 水平井液體橋塞 研究了一種具有觸變性、可解除、高封堵率的液體橋塞。液體橋塞液主要由聚合物增粘劑、成膠液、交聯(lián)劑、促凝劑、破膠劑及添加劑等組成，在30℃的低溫條件下即可形成封堵性能較強(qiáng)的成膠體，封住預(yù)封堵的層位。

成膠時(shí)間在0.5～30h可控。根據(jù)井況的需要，可以進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的封堵，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)在60℃密封的條件下，封堵時(shí)間可以達(dá)到兩個(gè)月以上。

破膠方式有2種：選擇合適的破膠劑，使其在地層溫度下4～7天破膠；也可以使用熱破膠方式。

2.2.2 環(huán)空化學(xué)封隔材料 對(duì)化學(xué)膠凝材料進(jìn)行了篩選【1】，以富鐵低碳硫鋁酸鹽水硬性膠凝材料為基礎(chǔ)，通過(guò)復(fù)配、改性，得到了一種具有高固結(jié)強(qiáng)度、高度觸變性、耐高溫濕熱的無(wú)機(jī)膠凝材料。具有早強(qiáng)、快硬、高強(qiáng)、低滲、抗凍、耐蝕、低堿度等一系列優(yōu)良性能的水氣兩硬性膠凝材料。添加緩凝劑、分散劑、高分子乳膠等材料，得到一種觸變性好、固化強(qiáng)度高、耐溫性突出的環(huán)空化學(xué)封隔材料。

2.2.3 雙激發(fā)無(wú)機(jī)堵水劑 雙激發(fā)無(wú)機(jī)堵水劑由雙激發(fā)無(wú)機(jī)非金屬膠凝劑、激活劑、緩凝劑、分散劑等，按適當(dāng)比例復(fù)配而成的新型堵水材料。堵水劑中的主要成分—雙激發(fā)無(wú)機(jī)膠凝材料具有潛在的硬化性能，常溫常壓下呈化學(xué)惰性。40℃以上的溫度、特殊的無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合活化劑是激發(fā)其反應(yīng)活性的兩個(gè)必要條件，因此稱其為“雙激發(fā)無(wú)機(jī)非金屬膠凝材料”。在地層條件下，堵水劑經(jīng)活化期、水硬期、強(qiáng)度增長(zhǎng)期三個(gè)階段，生成高強(qiáng)度的凝膠體，降低出水層段的滲透性，達(dá)到堵水的目的。

2.2.4 強(qiáng)凝膠研究 主劑為低分子聚丙烯酰胺【2】，交聯(lián)體系為樹(shù)脂交聯(lián)，并加入增強(qiáng)劑來(lái)提高堵劑強(qiáng)度和耐溫性能。調(diào)堵劑成膠前粘度較低，成膠時(shí)間可調(diào)，可長(zhǎng)時(shí)間施工擠注。成膠后強(qiáng)度高，具有較強(qiáng)的封堵能力，對(duì)非均質(zhì)嚴(yán)重的地層有較好的封堵作用。

2.2.5 化學(xué)注入工藝管柱設(shè)計(jì)結(jié)合堵劑的性能和注入部位，對(duì)化學(xué)注入管柱完成初步設(shè)計(jì)。研制出水平井專(zhuān)用化學(xué)藥劑注入工藝管柱，如圖1所示，包括液壓擴(kuò)張封隔器、節(jié)流注入閥、扶正器、注入球座等，能夠?qū)⒍滤牧献⑷氲筋A(yù)定層段。

達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：化學(xué)注入閥：開(kāi)啟壓力：1MPa；耐溫：120℃；承壓差15MPa。

3 堵水工藝方案

圖1　化學(xué)藥劑注入工藝管柱示意圖Fig.1 Sketch map of infusing agents into cuvette

高2-蓮H602井底水錐進(jìn)嚴(yán)重，問(wèn)題比較突出，因而選取高2-蓮H602井作為試驗(yàn)井。

3.1 高2-蓮H602出水原因分析

3.1.1 油藏分析 由于高246塊為砂巖底水油藏（如圖2），油水界面為-1690m，水平段A點(diǎn)距油水界面45.5m，B點(diǎn)距油水界面45.3m，可以排除鉆遇水層而導(dǎo)致的出水。高2-蓮H602生產(chǎn)層位是6砂體，將水平段細(xì)分為6個(gè)小段。測(cè)井解釋的結(jié)果顯示，整個(gè)水平段油層為中孔低滲，其中1863～1920m物性較好，滲透率最高，即位于腳跟到水平段中部具有較大的滲透率級(jí)差，有高滲層帶存在，而在腳尖部位均為低滲透，滲透率差異基本不大。因此，腳跟A點(diǎn)部位具有潛在的水竄通道，容易從腳跟部位發(fā)生底水錐進(jìn)突破。

圖2　高2-蓮H602地層水平段示意圖Fig.2 Sketch map of H602 stratum

3.1.2 產(chǎn)出水分析 高246塊油藏原始地層水Na+、K+含量為2600.15mg/L，總礦化度為7614.3mg/L，而注入蒸汽冷凝水中鈉鉀離子含量為1230mg/L，礦化度為2700mg/L，2014年1月16日對(duì)該井的水樣進(jìn)行了分析，Na+、K+含量為1327.3mg/L，總礦化度為4005.1mg/L，礦化度和Na+、K+含量介于地層水與注入水之間，因此可以判定出水的水源為地層水與注入水的混合水。

3.1.3 注汽生產(chǎn)情況分析 該井2007年9月首輪注汽，設(shè)計(jì)注汽量為8000t，實(shí)際注汽量5963t，注汽管柱下到油層中部井段，出汽口在1950~1960m處，略靠近腳跟位置。由于腳跟部油層物性明顯好于腳尖，因此，注入蒸汽很可能大部進(jìn)入腳跟處，導(dǎo)致腳跟處形成汽竄、水竄通道，誘發(fā)底水上升，而腳尖部未得到動(dòng)用。

3.1.4 產(chǎn)液剖面測(cè)試情況 2014年6月對(duì)該井水平段進(jìn)行了產(chǎn)液剖面測(cè)試（如圖3），以確定出水井段位置。測(cè)試井段設(shè)計(jì)為1863～2092m。

圖3　高2-蓮H602井產(chǎn)液剖面測(cè)試圖Fig.3 Profile test pattern of H602 well liquid

根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析，1935～2092m為低動(dòng)用層段，產(chǎn)液量7.37t/d，占20%，出水部位集中在1863～1935m處，約72m井段，該段產(chǎn)液量為29.07t/d，占總量的80%，可以判斷為主要出水段。

綜上可以判斷，高2-蓮H602在注汽和生產(chǎn)過(guò)程中，底水沿腳跟部位的高滲層突進(jìn)，導(dǎo)致油井出水，含水快速上升。

3.2 堵水方案設(shè)計(jì)

根據(jù)高2-蓮H602井出水分析設(shè)定1863～1940m為堵水施工井段。為了使堵劑具有針對(duì)性地進(jìn)入出水目的層，先利用復(fù)合段塞調(diào)剖堵水劑和液體橋塞將1940～2092m井段暫堵，然后用復(fù)合段塞堵水調(diào)剖劑及無(wú)機(jī)封口劑對(duì)1863～1940m井段進(jìn)行封堵，最后利用分段注汽工藝對(duì)1940～2092m井段進(jìn)行注汽解堵并求產(chǎn)。

3.2.1 預(yù)堵1940～2092井段 采用分段注入工藝管柱（球座+節(jié)流閥+扶正器+LK344-128封隔器+扶正器+油管）下到1940m處打壓座封，向該井段注入復(fù)合段塞堵水調(diào)剖劑Ⅱ，實(shí)施預(yù)堵。

預(yù)堵劑采用復(fù)合段塞堵水調(diào)剖劑Ⅱ。該堵劑為強(qiáng)凝膠堵劑，成膠強(qiáng)度高，封堵效果好，在注汽條件下可分解破膠。設(shè)計(jì)處理半徑為3m。預(yù)堵劑用量為：950m3

3.2.2 液體橋塞暫堵1940～2092井段 液體橋塞為地下聚合有機(jī)凝膠。在地面配制成低粘度的液體，注入地層后，在溫度和引發(fā)劑的作用下，生成高強(qiáng)度的彈性凝膠體，具有較高的承壓作用和封堵能力。在注汽條件下可分解破膠。

3.2.3 封堵1863～1940井段 暫堵結(jié)束后，利用原管柱注入復(fù)合段塞堵水調(diào)剖劑Ⅱ和復(fù)合段塞堵水調(diào)剖劑Ⅲ（無(wú)機(jī)封口劑）的復(fù)合段塞堵劑，對(duì)目標(biāo)井段進(jìn)行封堵。由于1940～2092井段被暫堵保護(hù)，堵劑將進(jìn)入1863～1940井段。先注入復(fù)合段塞堵水調(diào)剖劑Ⅱ480m3，壓制底水；再注入復(fù)合段塞堵水調(diào)剖劑Ⅲ120m3進(jìn)行封口。無(wú)機(jī)封口劑具有耐溫性好、封堵強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在注蒸汽條件下，可保持良好的封堵效果。同時(shí)可利用稀鹽酸解除封堵。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施及效果分析

（1）措施井基本情況 高2-蓮H602井于2007年8月12日篩管完井，2007年9月23日注汽投產(chǎn)，初期日產(chǎn)液45t/d，日產(chǎn)油20.2t/d，生產(chǎn)3個(gè)月后含水逐漸上升；2009年1月起，含水突然升高至90%以上，為了避免底水錐進(jìn)，采取間開(kāi)的方式生產(chǎn)。措施前油井日產(chǎn)液量27.3t/d，日產(chǎn)油量0.6t/d，含水98%，截止2014年1月6日累產(chǎn)油6355t，累產(chǎn)水30226m3。

（2）現(xiàn)場(chǎng)施工情況 根據(jù)堵水工藝方案設(shè)計(jì)及工程設(shè)計(jì)施工要求，高2-蓮H602井于2014年7月29日開(kāi)始堵水施工，8月22日結(jié)束，設(shè)計(jì)注入量1553.8t，實(shí)際注入量為1707.8t。

為了提高該井產(chǎn)量，于8月28日12：30開(kāi)始注汽，9月14日停注，設(shè)計(jì)注入量3000t，實(shí)際注入量為3036t，9月26日注轉(zhuǎn)抽，開(kāi)始返排。

（3）措施效果分析 高2-蓮H602井于2014 年7月29日堵水，2014年9月26日復(fù)產(chǎn)，經(jīng)過(guò)96天的返排期后，產(chǎn)液量從35.2m3/d下降到22m3/d，日產(chǎn)油量從0.5t/d上升到3.3t/d，含水從98%下降到85%，累產(chǎn)原油278 t，見(jiàn)到了明顯的增油降水效果。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)底水油藏高含水層段分段堵水技術(shù)的室內(nèi)研究、試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，主要得出以下結(jié)論：

（1）針對(duì)水平井篩管完井特點(diǎn)，研究出一套高含水層段堵水工藝技術(shù)體系，形成了液體橋塞分段堵水工藝、堵水材料及工藝管柱配套技術(shù)，成功解決了底水油藏水平井堵水難題。

（2）高含水層段堵水技術(shù)的成功實(shí)施為區(qū)塊穩(wěn)油控水提供了技術(shù)支持，取得了水平井堵水重大技術(shù)突破，為解決類(lèi)似油藏水平井底水錐進(jìn)難題，提供了一種新的方法和技術(shù)手段。

參 考 文 獻(xiàn)

1 趙福麟. 油田化學(xué)[M]. 山東東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006:117~128

2 王中華. 油田化學(xué)品實(shí)用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2004:14~108

WATER SHUT TECHNOLOGY OF HIGH WATER BEARING SECTION ILLUSTRATED BY NO.246 BOTTOM WATER RESERVOIR OF GAOSHENG OIL FIELD

Li Dengyi China University of petroleum, Beijing,102200

Abstract

The paper confirm the stepping water shut technology of high water reservoir section according to the research on waterexit features of No.246 lateral well, accompany with the deposit section and oil property, waterexit quality and section as well as the production conditons. The shutting materials and afflux technics are the most important process for water shutting technology.The liquid bridge plug with chemical airproof materialsand abio-agent are successfully used in the shutting examination. Water shutting manner and agent dosage are confirmed durling well logging explain and liquid profile test

Keywords:water shutting technology, water shutting materials, plan, effect

收稿日期：2015-04-20；改回日期：2015-05-21

* 作者簡(jiǎn)介：李鼎一（1994～），男，中國(guó)石油大學(xué)（北京），石油工程2012級(jí)創(chuàng)新班，學(xué)生

中圖分類(lèi)號(hào)：TE144:TE358.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006–5296（2015）02–123–06