油气井、水井屏蔽暂堵工艺技术修改后

油 气井、水井屏蔽暂堵工艺技术 前言 文南油田多层系开发，井段较长，层间物性差异大，层间矛盾突出，由于长时间开采，特别是高气液比的油井，致使油井地层压力下降、地层漏失，造成冲砂、洗井工序无法实施， 2004 年 3 口井因地层漏失无法实施，其中 72砂前洗井 120返水，经论证只能放弃填砂保护层，打电桥于 3324m，实施了压裂； 133上修补孔时，要求冲砂后补孔，用 90 水洗井，出口不返水，采用颗粒堵剂暂堵，钻塞至 2496m 无进尺，经打印证实套管缩径为 100 112式铣鞋钻塞仍无进尺，只有中途完井， 72洗井 60 口不返水，因此要顺利完成冲砂工序的要求，就必须对漏失层进行暂堵就必须对漏失层进行暂堵，通过漏失层特点的分析，对暂堵剂的性能及工艺要求为： 暂堵剂具有可解性； 进入地层后可迅速在井壁附近形成低渗滤饼及堵塞物； 可建立 8上的循环洗井、冲砂的压力； 解堵时间大于 24 小时，开抽生产后解堵率大于 90%； 利用洗井冲砂管柱可实现暂堵施工，配制液悬浮性好，施工结束后不留塞，可马上进行冲洗、冲砂工序； 处理用量小，施工简单。 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，旨在注水井进对行井下作业前，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。 油气井屏蔽暂堵工艺技术开发部分 一、 目前使用的暂堵剂现状 经调研采用暂堵剂在采油三厂成功应用于冲砂、洗井。该暂堵剂是一种油溶性可变形暂堵剂，主要成份是油溶性石油树脂，磺化沥青，聚合物（羟基瓜胶）等增稠剂，配制成悬浮液，挤入地层内，增稠剂在一定温度下自动破胶，石油树脂在生产过程中随着油流慢慢溶解，随泵液产出。该暂堵剂渗透率下降 80可建立起 5上的洗井压力，油溶率达到 由山东桓台化工厂生产的屏蔽暂堵剂由重质不饱和烃树脂、油溶性聚合物及表面活性剂等组成，不需增稠即可悬浮稳定油溶性固相颗粒，和水互容性好，在80条件下形成固化体，用柴油或原油 可以溶解，暂堵率 95%以上，解堵率 90%以上。 另外有机凝胶类堵剂可作为暂堵剂，利用压裂液自动破胶的原理进行暂堵，由羟基瓜胶和交联剂及破胶剂等组成，井下压裂公司曾使用该类型的暂堵剂进行暂堵，因其成本较高，未得到推广应用。 水溶性暂堵剂因挤入后不容易起压，也不能达到冲砂、洗井目的。 综上所述，对于文南油田油井地层漏失，采用酸溶性和油溶性暂堵剂。 二、暂堵剂的研制 暂堵体系有水相和作为暂堵剂的固体粒子所构成 ,水相一般是与地层配伍的水溶液 ,显然不会是清水 ,而是与地层相适应的加有各种无机盐和抑制剂的溶液 液相考虑体系的密度问题 ,因此它就简单得多 ,而且对地层的针对性也强得多 即暂堵剂 )的作用除对体系加重外 ,又能在油层井壁表面上形成致密的外泥饼和在油层内的孔喉上架桥 ,并形成致密的内泥饼。这种固体粒子自身可以溶解于酸或溶解于油或溶解于水。因此一般依其自身密度和溶解能力分为酸溶性暂堵剂、油溶性暂堵剂、水溶性暂堵剂。本次试验主要研究酸溶性暂堵剂、油溶性暂堵剂、 为使暂堵剂粒子在体系中有效悬浮，体系中还应加入增粘剂，它可以是水溶性聚合物，也可以是一些高价金属离子（如 ）的羟基化多核络合物， 也可二者同时使用。前者的体系是非触变性体系，后者为触变性体系。 1、酸溶性暂堵剂的研制 （ 1）酸溶性暂堵剂材料的选择 酸溶性暂堵剂的所有成分都应在强酸中溶解，比较常用的酸溶性体系有聚合物碳酸钙，这种体系主要由盐水、聚合物、碳酸钙微粒和其它一些必要的处理剂组成，密度范围为 在酸溶性体系中，通常用钠或钾盐水作为体系基液，并根据悬浮性能、流变性、携带能力、降失水性能及堵塞和残留特征选用悬浮剂，常用的悬浮剂有 C 生物聚合物、粘土、海泡石等。碳酸钙主要用作桥堵剂，它易溶于酸，化学上也较稳定，价格便宜，有较宽的颗粒范围。使用碳酸钙时要根据根据地层空隙三分之一的原则选择合适尺寸的颗粒，本次试验选择碳酸钙（ 600 目）作桥堵剂，粘土作悬浮剂。 （ 2）粘土的浓度的确定 目前悬浮剂主要以一定时间内悬浮液沉降的体积评价悬浮性能， 本次试验采用 100色管，配制不同的浓度，在常温下，记录 1h、2h 沉降体积。试验结果见下表 悬浮剂浓度筛选表 浓度 % 沉降体积（ h h 2 28 36 7 3 22 29 31 8 10 14 7 8 6 3 4 8 0 1 1 1 1 由上表可以看出：粘土的浓度为 4悬浮性较好。 （ 3）碳酸钙浓度的确定 配制 6%的粘土浆体，将一定量的碳酸钙加入其中，混合均匀后，配制成15%悬浮体，移取 15入比色管中待用，采用 15%的盐酸和 12%盐酸 +2%的氢氟酸各 15入比色管中进行解堵试验，以解堵效果确定碳酸钙浓度。（试验效果见下图） 暂堵剂解堵效果曲线02040608010012015%+6% 20%+6% 25%+6% 30%+6% 35%+6% 40%+6%浓度解堵率（%）解 堵 率 （ 盐 酸 % ）解 堵 率 （ 土 酸 % ）由上图可以发现，当碳酸钙浓度为 20%时，解堵率最高，效果最好，随着浓度的增加，解堵率呈下降趋势，效果开始变差。盐酸与土酸相比，在浓度为 25间时，解堵效果较好，在 20%和 40%的浓度时，土酸的解堵效果优越一些。建议使用 12酸解堵，其经济可行。 2、油溶性暂堵剂的研制 油溶性暂堵剂是一种油溶性可变形暂堵剂，主要成份是油溶性石油树脂，磺化沥青，聚合物（羟基瓜胶）等增稠剂，配制成悬浮液，挤入地层内，增稠剂在一定温度下自动破胶，石油树脂在生产过程中随着油流慢慢溶解，随泵液产出。 （ 1） 油溶性暂堵剂的评价 通过对四种类型的暂堵剂进行了暂堵性能、解堵性能及水溶性等方面的静态评价，其结果如下： 暂堵剂类型 外观 80下暂堵性能 解堵性能 常温下水溶性 1 油溶性暂堵剂 棕红色溶液 80条件下仍为乳状液底部有 用汽油解堵能后全部溶解 乳白色物，乳状液（ 20%的浓度） 2 油溶性暂堵剂 白色透明溶液 80条件下乳状物全部溶解 有絮状团产生并沉淀（ 20%的浓度） Z 油溶性暂堵剂 淡黄色悬浮液 80条件下成为淡蓝色团状物 用汽油解堵能后全部溶解 淡蓝色悬浮液（ 20%的浓 度） 由以上结果可以看出， 溶性暂堵剂暂堵和解堵效果良好，但价格昂贵， 2 暂堵剂和 1 暂堵剂无法满足要求，需进一步改进。 （ 2）油溶性暂堵剂的研制 依据以上评价结果，采用自行研制的技术路线，本次实验采用磺化沥青作为油溶性暂堵剂的主要成分。试验了磺化沥青的耐温性、油溶性，其试验结果如下 : 暂堵剂 外观 耐温性 油溶性 磺化沥青干粉 黑色粉末 180条件下不熔化 全部溶解 磺化沥青溶液 黑色悬浮液 加热至 100熔化，加热至 80不熔化 全部溶解 由以上实验结果可以看出，磺化沥青可以满 足暂堵的需要。 通过室内试验，完成了屏蔽暂堵剂的基本研制工作，为颗粒悬浮体， 在压差的作用下，迅速在炮眼附近形成污染带，具有耐高温，耐高压的性能，可保证钻塞冲砂等工序的顺利进行，之后，可以采用与之配套的酸性解堵剂进行解堵，室内试验表明，暂堵剂经解堵剂解堵率可达 96%以上，对油层的污染较小。 2005 年 1份，共实施油井屏蔽暂堵技术 2 井次，均取得成功，这些井均由于存在漏失造成后序工序无法实施，采用屏蔽暂堵保护技术全部达到了施工目的。其中 179于 2005 年 1 月 12 日上修钻塞补孔，钻塞时洗井 160返水，地层漏失严重，为保证钻塞工序的正常进行，先对漏失层 1段 行屏蔽暂堵，堵后，压力达到 15足了钻塞要求，经补孔投产，该井措施前日产液 0产油 0t，措施后日产液 产油 增油 果显著。 注水井屏蔽暂堵工艺技术开发部分 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。 试验方法概述及配伍性试验 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