高強度凝膠暫堵封層工藝技術的研究論文
高強度凝膠暫堵封層工藝技術的研究論文
1 技術背景
遼河油田開採進入中後期，由於地層壓力低，漏失量大，在擠注灰過程中，大量水泥漿漏失，需要多次施工。大量入井流體漏進油層還會造成汙染傷害，致使復產後油井產量下降，甚至造成油井停產等事故發生。為確保漏失井作業施工順利進行，曾採用多種暫堵工藝技術解決漏失井作業施工問題，透過使用主要成分為無搬土、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，這樣施工雖能實現封堵成功，但嚴重汙染了封堵層位；並且目前常規的凝膠暫堵劑適應井下溫度在 70℃以下，對於火驅井組井下高溫狀態無法實現有效穩定暫堵，以上問題已經嚴重製約著該區域的漏失井擠注灰封堵工藝技術。高強度凝膠暫堵技術的成功應用，解決了上述技術難題，為該類油井的修井作業提供了技術保障。
2 工藝原理
2.1 作用機理
高強度凝膠暫堵技術是將高分子聚合物透過使用有機交聯劑將其形成具有一定粘度和一定強度及耐高溫凝膠體系，使用時透過井口加藥裝置，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阻力，把漏失層封堵起來，當施工任務完成後，在物理化學作用下，高強度凝膠開始破膠水化，堵塞自行解除，可有效保持油流通道，使油井恢復正常生產。
2.2 室內實驗
①高強度凝膠暫堵體系研製
研究表明，高分子聚合物使用濃度和交聯劑使用型別及濃度對凝膠效能影響十分明顯。實驗選擇的 PAMH-有機交聯劑作為高強度凝膠暫堵體系，其中包括溫度穩定劑、破膠劑、增強劑及油溶性樹脂等新增劑組成。透過正交實驗法，同時考慮成本因素，得到一組最佳材料配比，同時為了便於現場應用和運輸，將高強度凝膠體系製成粉末狀固型物，採用編織袋包裝，每袋包裝重量為 40kg，現場需要可以隨時使用。
②高強度凝膠效能評價體系研製
a 使用濃度與凝膠粘度關係。實驗表明，隨著高強度凝膠暫堵劑使用濃度的增加，其凝膠粘度和凝膠強度都有所增加，而且隨著使用濃度的增大，粘度越來越大，甚至可以形成凍膠而失去流動性，這對於虧空嚴重的.漏失層位油井堵漏是十分奏效。結合油井漏失情況及考慮成本因素，確定高強度凝膠使用濃度為3%時即可形成穩定凝膠，能夠滿足嚴重漏失井暫堵要求。
b 耐溫性實驗。許多高分子凝膠溶液粘度與溫度呈敏感性關係，一般來說，當溫度升高，其溶膠粘度下降。如果暫堵劑粘度下降幅度過大，則不能滿足漏失井暫堵要求，無法把漏層封堵住，導致後續生產無法正常進行。實驗表明，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。當溫度達到 70℃以上時，其液相粘度開始下降，表現出高分子聚合物隨著溫度升高粘度下降的特性。由於體系中使用了溫度穩定劑，其凝膠粘度無明顯下降趨勢，下降幅度僅為7.8%，表明該體系能夠滿足火驅井組高溫暫堵需要。
c 油溶性試驗。凝膠暫堵劑遇水後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製成，其固體顆粒能被地層原油逐漸溶解。根據遼河油田地溫梯度及油井深度，試驗在60℃溫度下8小時內，測得其油溶率達90%以上，而且隨著溫度增加，其溶解速度加快，因此，不會對油層造成堵塞傷害。
d 失水量測定。當凝膠暫堵劑進入地層後，在液柱壓力作用下，其中水份會滲透到地層中去。如果地層溫度高和裂縫較大，凝膠失水量增大，會導致油層傷害、暫堵失敗等問題發生。因此，凝膠暫堵劑失水量最低為好。根據IPI標準，使用1%凝膠暫堵劑在7個大氣壓作用30min 後，測得其失水量為13ml，完全能夠達到暫堵施工要求。
e 破膠實驗。凝膠暫堵劑遇水後，在一定時間內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起來，又要求在任務完成以後能自行解除堵塞，恢復油流通道，以免造成油層汙染傷害，導致油井產量下降。實驗表明，在90℃條件下，高強度凝膠6h以後粘度開始下降，12h後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 抗剪下性實驗。凝膠暫堵劑是透過使用高分子化合物交聯後使水溶液粘度升高，切力增大，以提高封堵地層能力。由於高分子化合物的可降解性，當凝膠暫堵劑透過油管時受高壓射流作用和在井筒內反覆迴圈受到剪下稀釋作用，會導致修井粘度降低，封堵效果變差，暫堵失效等問題發生，因此必需進行抗剪下性評價。實驗使用高速攪拌器，模擬現場暫堵劑流動狀況，以1022 轉/min 的剪下速率，測定剪下稀釋前後凝膠暫堵劑粘度變化。
3 主要技術引數
①火驅井組高強度凝膠暫堵劑抗壓強度≥7MPa。
②成膠粘度≥170mPa.s。
③水化時間≥7d。④油溶率≥90%。
4 現場應用試驗
井號：高 3-3-0106 井
施工時間：2012 年 11 月 16 日
該井基本情況：
①該井為火驅二線井，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，施工過程中注意防高溫防氣竄。
②上次封層作業以前，本井日產氣量8600m3，提出封層管柱作業時注意安全。
③設計要求填砂面至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，證實漏失嚴重，進行暫堵。
②油管進口連線一條硬管線，水泥車上水管線插入地面快速加入裝置內，正打入配製清水 45m3、新增高強度凝膠暫堵劑4.52t，泵壓 0MPa，排量 0.5m3/min，100min 後套管建立迴圈，關套管閘門，正擠清水2m3，壓力升至3MPa停。用清水50m3正洗井洗出油套環形空間的暫堵劑，滿足降低油層部位高溫環節。
注灰：
①開套管閘門，送入灰漿配製密度1.85g/cm3，水泥漿0.7m3，油管正頂替清水7.06m3。提管柱，筆尖完成於1570.5m，反洗出多餘灰漿，上提管柱200m，關井候凝。
②24小時後回探灰面至1572.7m，漏失井注灰合格。
5 技術創新點
①透過使用溫度穩定劑，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，使高強度凝膠能夠滿足延遲交聯劑和在施工任務完成後完全破膠，消除了凝膠殘留傷害。
②採取先期進行高溫暫堵地層後續開展正常擠注灰模式，打破以往直接進行封層多次不成功方式。
6 結論及及建議
①火驅井組高強度凝膠暫堵技術，使凝膠耐溫性達到120℃以上，穩定時間達到 24h 以上，可以滿足火驅井和深井高溫暫堵需要，有效配合漏失井前期建立迴圈，確保後續順利完成擠注灰施工技術目的。
②配套擠注灰工藝技術有效地指導現場具體施工，提升了漏失井修井作業一次成功率。
③火驅井組高強度凝膠暫堵封層工藝技術研究與應用，為解決火驅井組區塊油層封層工藝困難問題開闢了一條新途徑，也為類似區塊提供可借鑑的經驗。
參考文獻：
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[2]周寶才.可降解石油開採暫堵劑開發研究[D].東北大學，2009.
[3]霍寶玉.高溫油溶性暫堵劑的研究[D].大慶石油學院，2009.