高永華,李 康

(1.中海石油(中國(guó)）有限公司天津分公司,天津塘沽 300452;2.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)分公司,天津塘沽 300452）

LHD堵劑在渤海油田SZ36-1-C25hf井的應(yīng)用

高永華1,李 康2

(1.中海石油(中國(guó)）有限公司天津分公司,天津塘沽 300452;2.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)分公司,天津塘沽 300452）

針對(duì)井下套管破損常致使地層流體竄槽,造成油井停產(chǎn)的情況,成功研制了一種新型LHD化學(xué)堵劑。該堵劑的活性劑與膠結(jié)固化材料快速反應(yīng)形成具有纖維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的水化物,能夠承受較高的壓差,并且微膨脹作用使封堵過(guò)渡層硬度和強(qiáng)度大大提高。LHD堵劑在SZ36-1-C25hf水平分支井應(yīng)用成功,使日產(chǎn)油量高達(dá)200 m3。該堵劑性能可靠,穩(wěn)定,具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。

LHD堵漏劑;渤海油田;套管破損;堵漏

隨著渤海油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的不斷深入,各種在油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中后期所不可避免的問(wèn)題開(kāi)始逐步顯現(xiàn)。尤其在油水井套管損傷方面,由于長(zhǎng)年不斷磨損、腐蝕、地層塑性變形以及各類施工措施的影響,造成的套管損傷問(wèn)題逐漸增多,不僅使油氣產(chǎn)量下降,產(chǎn)層污染,甚至可能導(dǎo)致油水井報(bào)廢。因此,各類套管堵漏技術(shù)的合理應(yīng)用將是保證渤海油田進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期保持穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要措施之一,而化學(xué)封堵技術(shù)作為套管堵漏技術(shù)之一,具有工藝適用范圍廣、施工簡(jiǎn)單且周期短、成本較低等特點(diǎn),在渤海油田的套管堵漏作業(yè)中取得了顯著效果。

1 渤海油田常規(guī)套管堵漏技術(shù)應(yīng)用

渤海油田油水井套管損傷主要以套管變形、破裂、穿孔等類型為主[1],在生產(chǎn)上直接表現(xiàn)為破漏特征,針對(duì)以上套管損傷后的堵漏問(wèn)題,根據(jù)不同的井況,嘗試應(yīng)用了三種不同的處理方式,積累了一定的套管堵漏技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

(1）雙封隔器堵漏(在SZ36-1油田應(yīng)用）

采用兩個(gè)封隔器在漏點(diǎn)上下座封,從而將漏點(diǎn)封堵。該技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)單,作業(yè)時(shí)間短,適用于臨時(shí)性封堵,但受套管漏點(diǎn)位置的限制影響較大,且容易形成復(fù)雜管柱結(jié)構(gòu)。

(2）水泥漿堵漏(在JZ9-3油田應(yīng)用）

將一定比重的水泥漿擠入地層縫隙或多孔地帶、套管外空洞破漏處等目的層,候凝后在地層或地層和套管之間形成密封帶,達(dá)到封堵套管漏點(diǎn)等目的。該技術(shù)適用于漏失井段長(zhǎng)、漏點(diǎn)多的井,但對(duì)于海上生產(chǎn)平臺(tái)而言,施工繁瑣且工期較長(zhǎng)。

(3）化學(xué)堵漏(在SZ36-1油田應(yīng)用）

從地面向井筒內(nèi)注入配好的化學(xué)堵劑,將堵劑擠入套管破漏位置的環(huán)空間隙及近井地帶的地層孔隙中,駐留并形成具有一定強(qiáng)度和密封性能的封堵段,從而達(dá)到修補(bǔ)套管破漏的目的?；瘜W(xué)堵漏技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是局限性小,能用于各種復(fù)雜條件下不同位置的破漏修補(bǔ),而且工藝適用范圍廣、施工簡(jiǎn)單且周期短、成本較低。

2 LHD化學(xué)堵劑性能評(píng)價(jià)

針對(duì)渤海油田地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并結(jié)合海上油田開(kāi)發(fā)的實(shí)際情況,2010年首次優(yōu)選了價(jià)廉、性能較好的新型LHD化學(xué)堵劑進(jìn)行套管堵漏,并取得成功。

2.1 堵劑性能技術(shù)要求

根據(jù)油水井破損套管化學(xué)堵漏修復(fù)施工的特殊要求,所研究的化學(xué)堵劑必須達(dá)到下列性能:

(1）化學(xué)堵劑進(jìn)入封堵層后,能夠通過(guò)特殊的機(jī)制,快速形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu),有效地滯留在封堵層內(nèi)[2]。

(2）在井下溫度和壓力養(yǎng)護(hù)條件下,通過(guò)有機(jī)和無(wú)機(jī)堵劑協(xié)同效應(yīng)和化學(xué)反應(yīng),能夠在封堵層位形成抗壓強(qiáng)度高、韌性好、微脹和有效期長(zhǎng)的固化體。

(3）在各種油水井破損套管堵漏修復(fù)工況下,都能將周?chē)橘|(zhì)膠結(jié)成牢固的整體,與所膠結(jié)的界面具有較高的膠結(jié)強(qiáng)度,從而大大提高施工有效期。

(4）配制的堵漿流動(dòng)性和穩(wěn)定性好,擠注壓力低,固化時(shí)間易于調(diào)整;

(5）堵劑固化體的本體強(qiáng)度和抗腐蝕耐久性能與油井水泥相當(dāng)。

2.2 材料選擇

按上述要求,用正交試驗(yàn)篩選出下列基本材料:

(1）結(jié)構(gòu)形成劑:主要功能是快速形成纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),加量6%～8%;

(2）膠凝固化劑A和B:主要功能是使化學(xué)堵劑形成高強(qiáng)度的固化體,加量分別為30%～40%和6%～8%;

(3）膨脹型活性填充劑:主要功能是強(qiáng)化堵劑固化體的界面膠結(jié)強(qiáng)度,加量為5%～7%;

(4）活性微晶增強(qiáng)劑:主要功能是使固化體結(jié)構(gòu)致密,強(qiáng)化固化體本體,提高界面膠結(jié)強(qiáng)度,加量為4%～6%;

(5）活性增韌劑:主要功能是提高堵劑固化體的韌性,提高界面膠結(jié)強(qiáng)度,加量為3%～8%;

(6）施工性能調(diào)節(jié)劑:主要調(diào)節(jié)堵劑的初終凝時(shí)間,加量為1%～3%;

2.3 LHD化學(xué)堵劑性能測(cè)定

2.3.1 LHD堵劑強(qiáng)度測(cè)定

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明油水井封堵層的失效往往是膠結(jié)的強(qiáng)度不夠造成的。因此,在保證封堵層本體強(qiáng)度的基礎(chǔ)上,通過(guò)強(qiáng)化封堵層與封堵界面的膠結(jié)強(qiáng)度和封堵層自身的韌性和致密性,從根本上提高堵漏修復(fù)的有效期,是提高破損套管堵漏修復(fù)有效期的技術(shù)關(guān)鍵。

膠結(jié)強(qiáng)度的測(cè)定方法是:用ZLS智能HTHP封堵模擬實(shí)驗(yàn)儀模擬漏失地層(滲透率為(100～600）×10-3μm2）的三維孔隙結(jié)構(gòu),讓堵漿在壓差的作用下快速形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu),其特征是承壓能力由零突然上升。在模擬井下的溫度、壓力的持續(xù)作用下,繼續(xù)保持一定流量的滲水量,使堵漿在特制的鋼筒內(nèi)逐漸形成與鋼筒內(nèi)壁牢固膠結(jié)的固化體,整個(gè)過(guò)程較好地模擬了井下堵漿形成固化體的過(guò)程。在一定時(shí)間內(nèi),在水壓作用下使水穿過(guò)鋼筒內(nèi)的固化體和模擬漏失層,滴出第一滴水時(shí)施加的水壓,定義為實(shí)破壓力,繼續(xù)施加水壓,壓力會(huì)繼續(xù)上升,當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)突然降為零,這個(gè)壓力最大值定義為擊穿壓力。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出,所研究的化學(xué)堵劑與水泥相比具有截然不同的性能。水泥漿進(jìn)入漏層后不能形成具有一定承壓能力的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),而且擊穿壓力很低,說(shuō)明是由于水泥與鋼筒的膠結(jié)界面存在一個(gè)結(jié)構(gòu)薄弱的過(guò)渡層,還有水化反應(yīng)后的收縮效應(yīng)的影響。而我們研究的LHD化學(xué)堵劑,由于引入了結(jié)構(gòu)形成劑和多種活性材料,堵劑進(jìn)入巖心后能夠在很短時(shí)間內(nèi)形成具有一定承壓能力的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),有利于堵漿在漏失層內(nèi)的駐留,而且由于活性材料與膠結(jié)固化材料形成的水化反應(yīng),使界面過(guò)渡層硬度和強(qiáng)度大大提高,再加上堵劑的微膨脹作用,強(qiáng)化了界面膠結(jié)強(qiáng)度。

2.3.2 封堵層形成速度和強(qiáng)度測(cè)定

通過(guò)DMS-Ⅱ封堵結(jié)構(gòu)模擬試驗(yàn)儀和SN-1抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)儀進(jìn)一步研究LHD堵劑進(jìn)入模擬的漏失層后能否快速形成封堵層以及形成速度和強(qiáng)度。封堵層黏接強(qiáng)度為堵劑形成的封堵層在常溫常壓和空氣中養(yǎng)護(hù)24 h后測(cè)定的抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 固化體膠結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)Tab.1 Cementing strength test of curing objects

表2 封堵層的形成速度和強(qiáng)度試驗(yàn)Tab.2 Forming speed and strength test of sealing layer

從表2的數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步看出,LHD堵劑進(jìn)入漏失層后能快速形成封堵層,不會(huì)從模擬漏失層中全部漏失掉,有較強(qiáng)的駐留性。并且封堵層的形成速度越快,其強(qiáng)度越高。兩種水泥漿在模擬漏失層中都沒(méi)有駐留性。

2.3.3 LHD堵劑的初終凝時(shí)間測(cè)定

上述研究表明LHD堵劑進(jìn)入漏失層后能快速形成結(jié)構(gòu)。但從下列試驗(yàn)中又可以看出LHD堵劑性能的另一個(gè)特點(diǎn),即堵劑只要不進(jìn)入漏失層,就不會(huì)很快起反應(yīng),反而具有很溫和的性能,能長(zhǎng)時(shí)間保持良好的流動(dòng)性,這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工十分有利。

施工性能的具體試驗(yàn)方法是,將堵劑和配漿水按一定比例配成堵漿,測(cè)定流變性能,然后裝入鋼制模具中,放入700℃的恒溫水浴中觀察其保持流動(dòng)性的最長(zhǎng)時(shí)間和初凝、終凝時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 LHD堵劑施工性能Tab.3 Construction performance of LHD plugging agent

從表3數(shù)據(jù)可以看出,用LHD堵劑配制的堵漿,配制容易,單位體積的配漿水對(duì)堵劑的容量大,流動(dòng)性好,懸浮穩(wěn)定性強(qiáng),可泵性好,易于施工。而且只要不進(jìn)漏失層,堵漿在套管內(nèi)能長(zhǎng)時(shí)間保持流動(dòng)性,初終凝時(shí)間容易調(diào)整,根本不會(huì)出現(xiàn)閃凝現(xiàn)象,大大地保證了施工安全。

2.3.4 LHD注入壓力與突破壓力的關(guān)系研究

通過(guò)室內(nèi)巖心試驗(yàn),研究注入壓力與突破壓力的關(guān)系,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4的數(shù)據(jù)我們進(jìn)一步看出,LHD堵漏劑隨著候凝時(shí)間的增加,調(diào)堵劑在候凝后的突破壓力上升,隨著注入壓力的提高,調(diào)堵劑在候凝后的突破壓力上升。

表4 LHD堵劑注入壓力與突破壓力關(guān)系

Tab.4 The relationship between LHD plugging agent injection pressure and breakthrough pressure

注入壓力/MPa 突破壓力/MPa凝固24 h 凝固36 h 凝固48 h 凝固60 h 凝固72 h 10 3.6 4.6 5.2 5.7 6.0 15 7.6 9.3 10.1 10.6 11.0 20 11.3 13.9 15.0 15.5 15.9

2.3.5 LHD堵劑的抗溫性能研究

用3#配方,使用ZLS智能 HTHP封堵模擬實(shí)驗(yàn)儀研究了溫度對(duì)所研究的LHD化學(xué)堵劑的影響,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 LHD堵劑膠結(jié)強(qiáng)度與溫度的關(guān)系Fig.1 The relationship between LHD plugging agents blocking cementing strength and temperature

從圖1曲線可以看出LHD堵劑在高溫下反而有較高的膠結(jié)強(qiáng)度,可用于高溫深井。

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例效果和堵劑性能

SZ36-1-C25hf井于2003年1月3日投產(chǎn),水平“魚(yú)骨刺”型分支井,套管破漏前產(chǎn)液240 m3/d,含水 38%,套管破漏后產(chǎn)液 370 m3/d,含水100%。該井淺層存在固井質(zhì)量不合格井段。

2010年4月2日,渤海油田 SZ36-1-C25hf井首次應(yīng)用LHD化學(xué)堵漏技術(shù)進(jìn)行套管堵漏,作業(yè)步驟如下:(1）起出原井下的生產(chǎn)管柱,更換新油管;(2）下入6”SB堵塞器封堵下部油層[3];(3）下入RTTS封隔器正反打壓確認(rèn)漏點(diǎn)于1 120.13～1 122.13 m(Ng水層）;(4）下入 Y441封隔器于1 184.85 m封堵下部套管層段;(5）墊砂10 m作為橋塞;(6）下入油管擠堵漏劑管柱;正擠堵漏劑7 m3后壓力升至6.5 MPa,反擠清水試壓14 MPa,擠清水至壓力為11 MPa時(shí)關(guān)井憋壓候凝48小時(shí);(7）下鉆塞管柱探水泥塞并對(duì)套管試壓合格;(8）刮管洗井,將井筒充分沖洗干凈;(9）回收 Y441封隔器及SB堵塞器;(10）下入完井生產(chǎn)管柱,恢復(fù)生產(chǎn)。

該井套管堵漏作業(yè)用時(shí)僅5.4天,時(shí)效較高,進(jìn)行LHD化學(xué)堵漏后,目前該井含水逐漸下降至62%,日產(chǎn)液 381 m3,日產(chǎn)油 200 m3,日增油 200 m3,套管堵漏效果非常明顯。

根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果及SZ36-1-C25hf井的現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用,可以看出LHD堵漏劑具有以下性能特點(diǎn):(1）現(xiàn)場(chǎng)施工程序簡(jiǎn)單,施工成功率達(dá)到98.5%以上。(2）適應(yīng)施工井溫度20～160℃;(3）適應(yīng)井深500～3 800 m;(4）施工后48小時(shí),井口試壓承壓能力(封堵強(qiáng)度）達(dá)10～35MPa;(5）施工有效期5年以上;(6）施工工藝適應(yīng)范圍廣,安全可靠。

4 結(jié)論及建議

(1）通過(guò)對(duì)以上三種套管堵漏技術(shù)在海上油田的實(shí)際應(yīng)用,并綜合考慮作業(yè)時(shí)效、成本等因素,化學(xué)堵漏技術(shù)在海上油田應(yīng)用具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì),且化學(xué)堵漏施工作業(yè)無(wú)需大型施工設(shè)備,適用于海上生產(chǎn)平臺(tái)作業(yè)空間有限、吊裝能力有限等特點(diǎn),技術(shù)應(yīng)用前景較好。

(2）LHD化學(xué)堵劑使用簡(jiǎn)單,不用配備專用設(shè)備,普通作業(yè)井架及配套設(shè)備即可滿足施工。

(3）LHD堵漏技術(shù)的工藝適用范圍廣、施工簡(jiǎn)單且周期短、成本較低,作業(yè)后套管內(nèi)徑不會(huì)發(fā)生變化。

(4）對(duì)于套管破損位置在自由段或高滲透的大孔道地層,堵劑LHD進(jìn)入漏失層能有效地駐留,使堵漿注入量減少,堵漏修復(fù)成功率大大提高。

(5）通過(guò)提高界面膠結(jié)強(qiáng)度,延長(zhǎng)了堵漏修復(fù)的有效期,提高了封堵層對(duì)增壓注水等高壓作業(yè)的承受能力。

(6）LHD堵劑在預(yù)定時(shí)間內(nèi)能保持很好的流動(dòng)性,而一旦進(jìn)入漏失地層能夠快速形成具有一定強(qiáng)度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),提高了施工的安全性。

(7）LHD堵劑應(yīng)繼續(xù)改進(jìn)其性能,使之廣泛應(yīng)用于封堵大孔道、調(diào)剖注水層位等增產(chǎn)作業(yè)。

[1]萬(wàn)仁溥,羅英俊.采油技術(shù)手冊(cè)(修訂本）第五分冊(cè)——修井工具與技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1989:145-149.

[2]萬(wàn)仁溥,羅英俊.采油技術(shù)手冊(cè)(第十分冊(cè)）——堵水技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994.

[3]丘宗杰.海上采油工藝新技術(shù)與實(shí)踐[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009.

The application of the LHD chemical blocking agent to SZ36-1-C25hf well in Bohai oilfield

Gao Yonghua,Li Kang
(1.Tianjin Branch of CNOOC(China）Co.Ltd.,Tanggu Tianjin300452;2.CNOOC Energy Technology&Services-Oilf ield Technology Services Co.,Tanggu Tianjin300452）

Formation fluid channeling caused by well casing damage occurred frequently in Bohai oilfield,and wells were closed.A new LHD chemical blocking agent was successfully developed,in which the active agent and solidified material reacted rapidly and fiber network structure was formed to withstand high pressure difference.In addition,micro-expansion increased the hardness and strength of transition layer.This chemical blocking agent was successfully applied to SZ36-1-C25hf horizontal multilateral well,oil production was up to 200 m3/d.The blocking agent is reliable and stable with broad application.

LHD blocking agent;Bohai oilfield;casing damage;plugging

TE357.46

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2011.01.073

1008-2336(2011）01-0073-05

2010-09-03;改回日期:2010-12-14

高永華,男,1977年生,工程師,主要從事油氣井井下作業(yè)、工藝措施及機(jī)采井管理等研究。E-mail:gaoyh5@cnooc.com.cn。