高強(qiáng)度凝膠暫堵封層工藝技術(shù)的研究論文
1 技術(shù)背景
遼河油田開(kāi)采進(jìn)入中后期，由于地層壓力低，漏失量大，在擠注灰過(guò)程中，大量水泥漿漏失，需要多次施工。大量入井流體漏進(jìn)油層還會(huì)造成污染傷害，致使復(fù)產(chǎn)后油井產(chǎn)量下降，甚至造成油井停產(chǎn)等事故發(fā)生。為確保漏失井作業(yè)施工順利進(jìn)行，曾采用多種暫堵工藝技術(shù)解決漏失井作業(yè)施工問(wèn)題，通過(guò)使用主要成分為無(wú)搬土、稻殼、大直徑膠皮等固相顆粒等，以大量的堵漏劑封堵漏失層位，這樣施工雖能實(shí)現(xiàn)封堵成功，但嚴(yán)重污染了封堵層位；并且目前常規(guī)的凝膠暫堵劑適應(yīng)井下溫度在 70℃以下，對(duì)于火驅(qū)井組井下高溫狀態(tài)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效穩(wěn)定暫堵，以上問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重制約著該區(qū)域的漏失井?dāng)D注灰封堵工藝技術(shù)。高強(qiáng)度凝膠暫堵技術(shù)的成功應(yīng)用，解決了上述技術(shù)難題，為該類油井的修井作業(yè)提供了技術(shù)保障。
2 工藝原理
2.1 作用機(jī)理
高強(qiáng)度凝膠暫堵技術(shù)是將高分子聚合物通過(guò)使用有機(jī)交聯(lián)劑將其形成具有一定粘度和一定強(qiáng)度及耐高溫凝膠體系，使用時(shí)通過(guò)井口加藥裝置，直接與清水混合將其注入到漏失井層位中，利用其高粘彈性和流動(dòng)阻力，把漏失層封堵起來(lái)，當(dāng)施工任務(wù)完成后，在物理化學(xué)作用下，高強(qiáng)度凝膠開(kāi)始破膠水化，堵塞自行解除，可有效保持油流通道，使油井恢復(fù)正常生產(chǎn)。
2.2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)
①高強(qiáng)度凝膠暫堵體系研制
研究表明，高分子聚合物使用濃度和交聯(lián)劑使用類型及濃度對(duì)凝膠性能影響十分明顯。實(shí)驗(yàn)選擇的 PAMH-有機(jī)交聯(lián)劑作為高強(qiáng)度凝膠暫堵體系，其中包括溫度穩(wěn)定劑、破膠劑、增強(qiáng)劑及油溶性樹(shù)脂等添加劑組成。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)法，同時(shí)考慮成本因素，得到一組最佳材料配比，同時(shí)為了便于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和運(yùn)輸，將高強(qiáng)度凝膠體系制成粉末狀固型物，采用編織袋包裝，每袋包裝重量為 40kg，現(xiàn)場(chǎng)需要可以隨時(shí)使用。
②高強(qiáng)度凝膠性能評(píng)價(jià)體系研制
a 使用濃度與凝膠粘度關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明，隨著高強(qiáng)度凝膠暫堵劑使用濃度的增加，其凝膠粘度和凝膠強(qiáng)度都有所增加，而且隨著使用濃度的增大，粘度越來(lái)越大，甚至可以形成凍膠而失去流動(dòng)性，這對(duì)于虧空嚴(yán)重的.漏失層位油井堵漏是十分奏效。結(jié)合油井漏失情況及考慮成本因素，確定高強(qiáng)度凝膠使用濃度為3%時(shí)即可形成穩(wěn)定凝膠，能夠滿足嚴(yán)重漏失井暫堵要求。
b 耐溫性實(shí)驗(yàn)。許多高分子凝膠溶液粘度與溫度呈敏感性關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度升高，其溶膠粘度下降。如果暫堵劑粘度下降幅度過(guò)大，則不能滿足漏失井暫堵要求，無(wú)法把漏層封堵住，導(dǎo)致后續(xù)生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)表明，在低溫階段，隨著溫度升高，其粘度有所增高，主要是高分子聚合物溶脹速度加快，液相粘度增加所致。當(dāng)溫度達(dá)到 70℃以上時(shí)，其液相粘度開(kāi)始下降，表現(xiàn)出高分子聚合物隨著溫度升高粘度下降的特性。由于體系中使用了溫度穩(wěn)定劑，其凝膠粘度無(wú)明顯下降趨勢(shì)，下降幅度僅為7.8%，表明該體系能夠滿足火驅(qū)井組高溫暫堵需要。
c 油溶性試驗(yàn)。凝膠暫堵劑遇水后能形成高粘彈體凝膠，其中的固相物由不同顆粒直徑的油溶性材料制成，其固體顆粒能被地層原油逐漸溶解。根據(jù)遼河油田地溫梯度及油井深度，試驗(yàn)在60℃溫度下8小時(shí)內(nèi)，測(cè)得其油溶率達(dá)90%以上，而且隨著溫度增加，其溶解速度加快，因此，不會(huì)對(duì)油層造成堵塞傷害。
d 失水量測(cè)定。當(dāng)凝膠暫堵劑進(jìn)入地層后，在液柱壓力作用下，其中水份會(huì)滲透到地層中去。如果地層溫度高和裂縫較大，凝膠失水量增大，會(huì)導(dǎo)致油層傷害、暫堵失敗等問(wèn)題發(fā)生。因此，凝膠暫堵劑失水量最低為好。根據(jù)IPI標(biāo)準(zhǔn)，使用1%凝膠暫堵劑在7個(gè)大氣壓作用30min 后，測(cè)得其失水量為13ml，完全能夠達(dá)到暫堵施工要求。
e 破膠實(shí)驗(yàn)。凝膠暫堵劑遇水后，在一定時(shí)間內(nèi)可形成高粘度彈性體將漏失層封堵住，保持油井注水泥工作順利進(jìn)行。由暫堵工藝的特殊性，既要求暫堵劑在注水泥前能將油層暫堵保護(hù)起來(lái)，又要求在任務(wù)完成以后能自行解除堵塞，恢復(fù)油流通道，以免造成油層污染傷害，導(dǎo)致油井產(chǎn)量下降。實(shí)驗(yàn)表明，在90℃條件下，高強(qiáng)度凝膠6h以后粘度開(kāi)始下降，12h后凝膠粘度大幅度降低，24h凝膠粘度降為 43mpa.s，凝膠徹底破膠。
d 抗剪切性實(shí)驗(yàn)。凝膠暫堵劑是通過(guò)使用高分子化合物交聯(lián)后使水溶液粘度升高，切力增大，以提高封堵地層能力。由于高分子化合物的可降解性，當(dāng)凝膠暫堵劑通過(guò)油管時(shí)受高壓射流作用和在井筒內(nèi)反復(fù)循環(huán)受到剪切稀釋作用，會(huì)導(dǎo)致修井粘度降低，封堵效果變差，暫堵失效等問(wèn)題發(fā)生，因此必需進(jìn)行抗剪切性評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)使用高速攪拌器，模擬現(xiàn)場(chǎng)暫堵劑流動(dòng)狀況，以1022 轉(zhuǎn)/min 的剪切速率，測(cè)定剪切稀釋前后凝膠暫堵劑粘度變化。
3 主要技術(shù)參數(shù)
①火驅(qū)井組高強(qiáng)度凝膠暫堵劑抗壓強(qiáng)度≥7MPa。
②成膠粘度≥170mPa.s。
③水化時(shí)間≥7d。④油溶率≥90%。
4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)
井號(hào)：高 3-3-0106 井
施工時(shí)間：2012 年 11 月 16 日
該井基本情況：
①該井為火驅(qū)二線井，周圍火井高3-4-0116（距本井326m），日注氣量0.6×104m3，注氣壓力1.9MPa，累注氣707.7×104m3，施工過(guò)程中注意防高溫防氣竄。
②上次封層作業(yè)以前，本井日產(chǎn)氣量8600m3，提出封層管柱作業(yè)時(shí)注意安全。
③設(shè)計(jì)要求填砂面至1582m，1564m-1582m為漏失油層，注灰灰面要求至1572.3m。
洗井、暫堵：
①用60m3清水反洗井，壓力0MPa，出口不返，證實(shí)漏失嚴(yán)重，進(jìn)行暫堵。
②油管進(jìn)口連接一條硬管線，水泥車上水管線插入地面快速加入裝置內(nèi)，正打入配制清水 45m3、添加高強(qiáng)度凝膠暫堵劑4.52t，泵壓 0MPa，排量 0.5m3/min，100min 后套管建立循環(huán)，關(guān)套管閘門(mén)，正擠清水2m3，壓力升至3MPa停。用清水50m3正洗井洗出油套環(huán)形空間的暫堵劑，滿足降低油層部位高溫環(huán)節(jié)。
注灰：
①開(kāi)套管閘門(mén)，送入灰漿配制密度1.85g/cm3，水泥漿0.7m3，油管正頂替清水7.06m3。提管柱，筆尖完成于1570.5m，反洗出多余灰漿，上提管柱200m，關(guān)井候凝。
②24小時(shí)后回探灰面至1572.7m，漏失井注灰合格。
5 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
①通過(guò)使用溫度穩(wěn)定劑，使凝膠耐溫性有了極大提高，突破了高分子凝膠低溫使用慣例，使高強(qiáng)度凝膠能夠滿足延遲交聯(lián)劑和在施工任務(wù)完成后完全破膠，消除了凝膠殘留傷害。
②采取先期進(jìn)行高溫暫堵地層后續(xù)開(kāi)展正常擠注灰模式，打破以往直接進(jìn)行封層多次不成功方式。
6 結(jié)論及及建議
①火驅(qū)井組高強(qiáng)度凝膠暫堵技術(shù)，使凝膠耐溫性達(dá)到120℃以上，穩(wěn)定時(shí)間達(dá)到 24h 以上，可以滿足火驅(qū)井和深井高溫暫堵需要，有效配合漏失井前期建立循環(huán)，確保后續(xù)順利完成擠注灰施工技術(shù)目的。
②配套擠注灰工藝技術(shù)有效地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)具體施工，提升了漏失井修井作業(yè)一次成功率。
③火驅(qū)井組高強(qiáng)度凝膠暫堵封層工藝技術(shù)研究與應(yīng)用，為解決火驅(qū)井組區(qū)塊油層封層工藝?yán)щy問(wèn)題開(kāi)辟了一條新途徑，也為類似區(qū)塊提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)：
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