油气井、水井屏蔽暂堵工艺技术

油气井、水井屏蔽暂堵工艺技术 前言 文南油田属于中深埋藏油田，井段长、层间物性差异大、层间矛盾突出，特别是高油气比的油气井，经过长时间的开采，油气井地层能量下降、地层漏失严重，造成冲砂、洗井等作业工序无法实施，影响了其他增产措施的正常实施。为此 ，必须对漏失层进行屏蔽暂堵，以便下步措施的进行。 对水井而言：在文南油田注水井注入压力高达 30上的井进行压力释放，非短期可为，不仅造成地下存水率降低，增加了作业成本，更重要的是这种大压差返吐，会造成井下套管损坏，给注水井后期措施带来极大的隐患。为此，开发研究 一种屏蔽暂堵技术，旨在注水井进行井下作业前，将屏蔽暂堵剂挤入地层炮眼附近，暂时封堵注水层，在保证地层压力不被释放、不返吐水的情况下，进行井下作业的安全施工，待施工结束后，可以及时进行解堵，并确保注水井不受伤害或少伤害，从而恢复注水井的注水能力。 我们针对文南油田高温、高盐的特点，寻找并筛选出更适应文南油田地质特点的屏蔽暂堵材料及屏蔽暂堵工艺技术。 一、总体思路 聚合物交联调剖剂注入地层后，在地层温度条件下进行交联反应，生成胶结物质（冻胶），封堵出水大孔道，从而使高渗透层渗透性减小。因此该类聚合物不仅可作为调 剖剂 ,更可作为堵水剂、屏蔽暂堵剂。 针对文南油田高温、高盐的特点，寻找并筛选适应文南油田地质特点的屏蔽暂堵材料，同时模拟地层环境，对所选屏蔽暂堵材料进行地层配伍性试验、耐温性试验，初步确定屏蔽暂堵材料及配方；在初步确定屏蔽暂堵材料和屏蔽暂堵配方的基础上，再进行配方优化试验。 思路一 借鉴采油三厂目前应用成熟的疏水缔合聚合物调驱工艺，选取 以交联剂进行配伍性试验。 试验方法概述 预配疏水缔合聚合物 水溶液 (文二联注入水 )，将水溶液搁置两天， 使疏水聚合物充分溶涨后分别加入 1 号交联剂 2 号交联剂 充分搅拌后测定其粘度，并将其于 90条件下密闭恒温 48 小时后测定粘度变化。并观测成胶情况。 表 1 聚合物 注入水配伍性试验结果 聚合物类别 常温粘度 /温 48 小时后粘度 /伍性 成胶情况 水配制 ) 85 72 良好 96小时不成胶 污水配制 ) 14 25 良好 96小时不成胶 水配制 ) 80 55 差 96小时不成胶 水配制 ) 30 15 差 96小时不成胶 由上述试验结果可以看出： 文二联注入水不配伍，耐温性差，而 文二联注入水配伍性良好，但它们都于 90条件下不成胶或成胶缓慢。因此该类疏水缔合聚合物不适应于文南油田高温高盐地层。 思路二 参考国内目前应用比较成功的聚丙烯酰胺（ 冻胶配方。用文二联注入水配成含 聚丙烯酰胺、 苯酚、 六次甲基四胺的水溶液后，加入草酸调节 为 35，这里草酸通过调节 达到促凝固化的作用。使屏蔽暂堵剂在 90恒温条件下段时间内形成 耐温耐盐冻胶，达到对目的层的屏蔽暂堵，且具有成胶固化时间可调、工艺简单等特点。其主要作用原理如下： 其一、由于六次甲基四胺只有在较高温度下才能释放出甲醛，因此可以延缓交联时间； 其二、六次甲基四胺加入促使聚合物溶液显碱性 ,在较高温度下反应释放出甲醛同时使聚合物溶液碱性增强，根据化学反应平衡原理，可调低 是化学反应向生成冻胶反应方向进行，从而缩短成胶时间。 其三、聚丙烯酰胺与苯酚反应后在分子链中引入苯环，从而增强了冻胶的耐温性。 试验方法概述 将一定量的聚丙烯酰胺（ 六次甲基四胺及苯酚混合后，加 入酸度调节剂调 56，观测舌进及成胶时间。考察聚合物浓度、加料顺序、 、对成胶时间、成胶强度的影响。因六次甲基四胺在较高温度下才能发放出甲醛，可延缓交联时间；聚丙烯酰胺（ 苯酚反应后，在分子链中引入苯环，可增强冻胶的热稳定性。 鉴于该冻胶适应温度为 60 90故可满足水井调剖及屏蔽暂堵要求。 二、 试验部分 1、实验仪器及材料 干燥箱 天平 分析天平 烧杯 100塞比色管 苯酚 六次甲基四胺 聚丙烯酰胺 草酸 文二联注入水 2、配伍性试验： 参考国内目前应用比较成功的聚丙烯酰胺（ 冻胶配方，采用文二联注入水配成含 聚丙烯酰胺、 苯酚、 六次甲基四胺的水溶液后，以草酸调节 为 56，观测其水溶液的悬浮性及成胶状况。 表 2 聚丙烯酰胺（ 注入水配伍性试验结果 聚合物分子量/*104 聚丙烯酰胺（ 度 聚丙烯酰胺（ 度 舌进时间 /小时 成胶时间 /小时 与管壁粘附程度 与注入水配伍性 600800 较低 26 29 良好 良好 8001000 较高 48 52 良好 良好 由上述试验结果可以看出：此配方与管壁粘附性良好，与文二联污水配伍性良好，但存以下问题，目前此配方配制的聚丙烯酰胺在 90条件下存在成胶间长的问题。故下步试验将对影响舌进时间、成胶时间、冻胶稳定性的各因素进行考察，明确试验主要因素后，以缩短成胶固化时间、不影响冻胶稳定性为目的、确定最佳试验条件、以及最佳配方。 （ 1） 在 合物浓度下，调整并确定交联剂最佳加量，在不影响冻胶与管壁粘附程度及冻胶稳定时间的情况下，使舌进及成胶时间缩短。 （ 2）在交联剂加量确定后，考察聚合物浓度、加料 顺序、 、对成胶时间、成胶强度的影响。 配伍性试验中聚丙烯酰胺（ 溶液粘度已能满足现场施工要求，故聚合物浓度初定为 而所加六次甲基四胺只有在较高温度下才能与水反应释放出甲醛并与苯酚及烯酰胺（ 水中交联， 3、交联剂苯酚和六次甲基四胺加料顺序因素考察 试验过程中发现：交联剂加料顺序对 的调节影响较大，对成胶时间影响较大。将交联剂苯酚先于六次甲基四胺加入，用草酸调节到 为 4，其成胶时间较苯酚后加入的成胶时间要长。 我们分析：一方面，可能是：由于苯酚水溶液显酸性、六次甲基四胺在 温度较高时在水中水解显碱性，故配制屏蔽暂堵剂时 ,常温下在预配制的聚丙烯酰胺水溶液中，先加入六次甲基四胺，待其溶解后，加入苯酚并迅速加入草酸调节，更好地建立成胶固化的动态平衡，避免苯酚充分溶解后水溶液显酸性，加入六次甲基四胺后聚合物溶液中酸碱中和反应在一定程度上抑制了成胶固化反应。另一方面，所加六次甲基四胺只有在较高温度下才能与水反应释放出甲醛并与苯酚及聚丙烯酰胺（ 水中交联，六次甲基四胺只有在较高温度时才水解显碱性，对聚合物溶液酸碱性影响较小，故在六次甲基四胺加入后，迅速加入苯酚后，加入起促凝 固化作用的酸度调节剂则更为有效，加速成胶固化的动态平衡较迅速的向生成冻胶方向进行。 4、酸度因素考察试验 鉴于交联剂苯酚、六次甲基四胺的加入使聚合物水溶液显碱性，而六次甲基四胺在较高温度下与水反应释放出甲醛后又使聚合物水溶液碱性加强。根据化学平衡反应平衡原理，加入草酸，降低 ，使交联反应加速，以缩短交联时间。 表 3 聚丙烯酰胺（ 液 调节试验结果 聚丙烯酰胺（ 度 苯酚加量 六次甲基四胺加量 苯酚与六次甲基四胺摩尔比 成胶时间 /小时 34 1 1 8 56 1 1 26 由上述试验结果可以看出： 对成胶时间影响很大。因此在后面配方优化试验中， 将作为主要影响因素做以考察。同时初步确定 为 35。实验过程中，我们发现随着草酸的加入， 的下降，聚丙烯酰胺水溶液的粘度逐渐增大。也就是草酸的加入具有显著的增粘作用。但当其加量调整到 3 时成胶过快、形成冻胶与管壁剥离、且稳定性变差。 5、交联剂：苯酚与六次甲基四胺摩尔比考察试验 由于六次甲基四胺在较高温度下才能释放出甲醛，因此考虑其与苯酚的不同摩尔配 比对冻胶成胶时间的影响。 表 4 交联剂苯酚与六次甲基四胺摩尔比调节试验结果 聚丙烯酰胺（ 度 苯酚加量 六次甲基四胺加量 苯酚与六次甲基四胺摩尔比 成胶时间 /小时 34 1 1 4 34 1 2 6 34 2 1 7 由上述试验结果可以看出：不同苯酚与六次甲基四胺摩比下，成胶时间差异不是很大，因此我们可以得出：苯酚与六次甲基四胺摩尔比不是影响成胶时间的主要因素。从经济性的角度出发，我 们初步选择苯酚与六次甲基四胺摩尔比为1 12 1。然后进行配方优化试验。 三、配方优化试验 1、聚丙烯酰胺浓度的调节试验 在 调节试验中，随着酸度调节剂草酸随着加入量的增加，聚丙烯酰胺溶液 降低的同时，其粘度也显著增加。因此以下配方优化工作的目标为：尽可能降低聚丙烯酰胺的浓度，同时保证交联时间满足要求，冻胶稳定时间满足屏蔽暂堵需要。 (1)酸度调节剂草酸对各浓度聚丙烯酰胺屏蔽暂堵液粘度影响试验 分别考察草酸对浓度为 聚丙烯酰胺水溶液粘度的影响程度。 表 5 酸度调节剂草酸对各浓度聚丙烯酰胺屏蔽暂堵液粘度影响试验结果 聚丙烯酰胺（ 度 苯酚 加量 六次甲基四胺加量 调整范围 粘度变化 能否适应屏蔽暂堵对粘度要求 6 2 显著 适应 6 2 一般 基本适应 6 2 微小 不适应 试验过程中发现：当聚丙烯酰胺浓度的降低至 下时，调节 对其水溶液粘度影响很小，不能满足屏蔽暂堵对注入液粘度的要求。因此以下优化试验部分对聚合物 下的浓 度不做考察。 (2)聚丙烯酰胺浓度优化试验 从节约成本的角度出发，根据表 5 的实验结果， 交联剂苯酚与六次甲基四胺摩尔比为 2 1 到 1 1 取四个试验点，取 4、 5，在 90观测成胶时间、舌进时间、成胶时间、冻胶稳定时间。然后优选出最佳配方。 根据屏蔽暂堵现场施工的工艺要求（冻胶舌进时间应大于 6 小时，完全成胶时间在 8 小时左右），进行配方筛选工作。 表 6 聚丙烯酰胺浓度优化调节试验结果 试验编号 聚丙烯酰胺（ 度 苯酚 加量 六次甲基四胺加量 舌进 时间 /小时 成胶 时间 /小时 1 5 4 2 4 6 8 3 5 2 4 4 4 7 5 5 4 4 4 7 7 5 4 4 4 7 9 5 5 10 4 6 16 11 5 2 12 4 13 5 0 14 4 6 10 15 5 6 4 6 8 由上述试验数据可以看出：试验编号为 1、 2、 9、 10、 13、 14 均能满足屏蔽暂堵现场施工的工艺要求（冻胶舌 进时间应大于 6 小时，完全成胶时间在 8 小时左右）。但从节约经济成本的角度出发： 1、 2、 9、 10 号配方更为经济。因此：当需要屏蔽暂堵的地层漏失较小时，对屏蔽暂堵液的粘度要求不高，可选择 9、10 号配方，而当需要屏蔽暂堵的地层漏失较为严重时，可选择 1、 2 号配方。 四、结论及建议 对成胶时间影响较大，因此现场配置施工过程中，为施工安全起见，需注意以下事项： 1、交联剂六次甲基四胺需在苯酚之前加入，苯酚加入后，迅速调节 ； 2、根据系现场施工需要可适当增加聚丙烯酰胺浓度，但最大不能超过 以保证泵送安 全； 3、从保证施工安全的角度出发， 的调节非常关键，故 不可低于 4。 4、施工过程中采取增加促凝固化剂加量，在聚合物酸性增强的同时，达到缩短成胶时间的目的。而随着成胶固化时间的缩短，冻胶稳定性也随着变差。故嘎斯配方在实施过程中，必须将固化时间及冻胶稳定性两方面进行权衡。 5、针对漏失严重的屏蔽暂堵层我们可以先选择 2 号配方后停泵一段时间后选择1 号配方在注入屏蔽暂堵层，其注入间隔时间可根据进口压力变化灵活掌握。 五、解堵试验 油水井屏蔽暂堵后，后续措施在顺利实施后，或生产一段时间后地层条件以及油水分布 发生变化，往往需要对屏蔽暂堵层进行解堵，这就要求队屏蔽暂堵剂形成的冻胶进行解堵施工。 该冻胶在强酸性条件下，其粘附性很快降低，脆性显著增强，因此酸液同强氧化剂的复配型解堵剂必能满足该冻胶解堵需要。目前传统的解堵剂主要是以亚氯酸、次氯酸及一些强酸弱碱盐为主要成分强氧化解堵剂。其作用原理为：强酸弱碱盐水解显酸性，亚氯酸、次氯酸在酸性条件下释放出具有强氧化性的二氧化氯气体后，达到氧化解堵的效果。 我们针对该冻胶的特点，选择传统的强氧化剂解堵剂 里盐酸的添加量直接影响到解堵环境的酸碱 性，因此，盐酸的浓度在5%左右为宜，由于二氧化氯气体属易爆气体，现场施工过程中需用水做隔离液，以保证施工安全。 表 7 解堵剂配方优选试验结果 解堵剂 配方编号 解堵剂 解堵反应现象 冻胶残余物形态 适应性 1 丙酮 冻胶收缩卷曲、解堵缓慢 棕红色块状卷曲物 差 2 5%硫酸和 5%氧化钠交替作用 冻胶由淡黄色褪为白色 解堵现象不明显 白色块状 差 3 5%解堵剂 冻胶由淡黄色块状变为棕红色粉末状、解堵彻底 棕红色粉末状 较好 4 5%盐酸 +5%解堵剂 冻胶由淡黄色块状变为棕红色粉末状、解堵彻底 棕红色粉末状 良好 5 5%潜在酸 +5%解堵剂 冻胶由淡黄色块状变为棕红色粉末状、解堵彻底 棕红色粉末状 良好 6 5%解堵剂 冻胶由淡黄色块状变为淡黄色粉末状