CN102002351A

CN102002351A - 砾石充填井选择性化学堵水剂

Info

Publication number: CN102002351A
Application number: CN2010102855792A
Authority: CN
Inventors: 张海; 陈翔宇; 陈小华; 徐绍诚; 莫成孝; 王宝林
Original assignee: China Oilfield Services Ltd; China National Offshore Oil Corp CNOOC
Current assignee: China Oilfield Services Ltd; China National Offshore Oil Corp CNOOC
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: CN102002351B

Abstract

本发明公开了一种砾石充填井选择性化学堵水剂，包括：聚丙烯酰胺(PAM)0.6～1.0％、木质素磺酸盐1.0～1.5％、交联剂0.3～0.7％、成胶时间调节剂0.2～0.5％，余量为水；其中，百分比为重量百分比。本发明堵水剂成胶前粘度小于100mPa.s，成胶时间在15～70hr之间可调，成胶后粘度大于100000mPa.s，因此具有很强的堵水性。本发明堵水剂的堵水率大于90％，堵油率小于15％左右，因此具有良好的选择性。

Description

砾石充填井选择性化学堵水剂

技术领域

本发明涉及一种砾石充填井选择性化学堵水方法。

背景技术

海上油田多数属于非均质砂岩油藏，油田边底水活跃，非均质性明显，纵向渗透率级差较大。进入开发中后期以后，由于边水沿高渗透小层窜流，导致油井见水早，含水上升快，多数油田的含水在30％-80％之间，有些油田的平均含水率更高，其中部分井含水高达90％以上，油田产量出现递减趋势，稳产难度大；同时由于油田产液量的上升，导致原油和污水处理系统超负荷运转。

对于海上油田，采取最多的完井方式是砾石充填完井，整个砾石充填段长达几十米，出水的小层位并不十分明确，往往油水同层，机械堵水方法根本没有办法实施，因此，采用化学堵水方法是目前可选的较好方法之一。

化学堵水方法一直是油田生产关注的一项技术难题，无论是油公司还是技术服务公司在这方面都做了大量的工作。国外公司在化学堵水方面作的工作很多，主要的化学体系包括无机堵水体系和有机聚合物体系。对于需要使用化学方法进行完成封堵某一层段，一般都使用无机化学堵剂方法；如果需要有选择性地封堵某些层位，就只有采用有机堵剂了。选择性化学堵水是一种新的化学堵水技术，能有效解决油田生产后期的油井大量产水的难题，使得油井含水率大幅度降低，油产量增加，为油田的稳产、高产提供支持。

有机化学堵剂方面分成两类，一类是丙烯酰胺单体堵剂，它成胶后强度高，强度保持时间长，常常用于高温的油井堵水作业中；另一类是聚丙烯酰胺类堵剂，堵剂的水溶性好，可泵性强，能优先进入出水层位，形成凝胶的强度也比较高。国外采用聚丙烯酰胺进行化学堵水的研究和作业较多，特别是俄罗斯和美国，如Schlumberger、BJ Services、TIORCO、Gel Tech等国外公司。国内石油公司和大专院校曾经在大庆、辽河、胜利、华北等油田也利用聚丙烯酰胺进行化学堵水，往往都是针对某一段水层进行完全性地封堵，几乎没有遇到油层和水层在同一生产段的问题，在进行堵水时不用考虑是否需要对油层进行保护，因为油层已经通过下入封隔工具或者其它工艺措施隔离了；而针对砾石充填完井的油井，没有任何机械工具或者工艺措施能将砾石充填层内的油层进行隔离，从而也无法让砾石充填层内的出水层充分暴露出来。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种自动封堵出水层的流通通道，而对油层的渗流能力没有伤害砾石充填井选择性化学堵水方法。

本发明的一种砾石充填井选择性化学堵水剂包括：聚丙烯酰胺(PAM)0.6～1.0％、木质素磺酸盐1.0～1.5％、交联剂0.3～0.7％、成胶时间调节剂0.2～0.5％，余量为水；其中，百分比为重量百分比。

进一步，聚丙烯酰胺0.75～0.95％、木质素磺酸盐1.0～1.2％、交联剂0.4～0.6％、成胶时间调节剂0.20～0.40％，余量为水；其中，百分比为重量百分比。

进一步，所述交联剂为有机重铬酸盐。

本发明堵水剂成胶前粘度小于100mPa.s，成胶时间在15～70hr之间可调，成胶后粘度大于100000mPa.s，因此具有很强的堵水性。本发明堵水剂的堵水率大于90％，堵油率小于15％左右，因此具有良好的选择性。

具体实施方式

图1为本发明选择性化学堵水剂的实验模拟装置。

具体实施方式

选择性封堵实验

采用树脂胶结人造岩心，在模拟地层原油生成的条件下，考察凝胶对油水的选择性封堵实验，所选配方为：聚丙烯酰胺0.8％、木质素磺酸盐1.1％、交联剂0.5％、成胶时间调节剂0.40％，余量为水；其中，百分比为重量百分比，交联剂为有机重铬酸盐，成胶时间调节剂选择尿素类化合物。具体的实验测试步骤如下：

1)岩心烘干，称重，气测渗透率；

2)抽真空，饱和模拟地层水，计算孔隙度；

3)水驱至压力稳定，计算水相渗透率；

4)油驱至束缚水的状态，计算束缚水的饱和度；

5)正向挤入0.5倍孔隙体积的选择性堵水剂；

6)在70℃条件下恒温48h，使堵剂充分吸附于岩心孔隙的表面；

7)在70℃和压力P下，用煤油反向驱替岩心，测定堵后油相渗透率；

8)重复操作，改用清水反向驱替，测定堵后水相渗透率。

采用的实验装置如图1所示，如图1所示，包括：注入系统1、储液系统2和油层模拟系统3；油层模拟系统3和储液系统2安装在保温箱6内，注入系统2进一步包括高压泵11和环压泵12，高压泵11、储液系统2、油层模拟系统3和环压泵12通过管道依次相连。

如图1所示，储液系统2进一步包括并联设置的酸容器21、堵剂容器22、水容器23和油容器24，酸容器21、堵剂容器22、水容器23和油容器24的输出端均设置有过滤器25、26、27、28。

油层模拟系统3包括砾石充填柱31，在砾石充填柱3芯部设置有模拟割缝套管32，在模拟割缝套管32内套设有模拟油管33，在砾石充填柱3上沿高度方向均布有4个的岩心夹持器34、35、36、37，每个岩心夹持器34、35、36、37均通过管道与环压泵12相连，每个岩心夹持器34、35、36、37还分别连接有收集器38、39、40、41。

另外，在高压泵11的输出端设置有压力表51，在油层模拟系统3的输入端(即模拟油管33的输入端)设置有压力表52，在油层模拟系统3的输出端(即岩心夹持器34、35、36、37的与环压泵12相连的管道上)对应每个岩心夹持器34、35、36、37分别设置有压力表53、54、55、56，在环压泵12的输入端设置有压力表57。

注入系统1的高压泵11采用高压恒速恒压泵平流泵，额定压力40MPa，额定排量0.01～6ml/min，环压泵12采用手动泵，额定应力50MPa。注入系统1的作用是用于泵注各种工作液，以及为岩心加入围压。

油层模拟系统2主要由模拟油管33(即内管)、模拟割缝套管32(即外管)、砾石充填柱31和岩心夹持器34、35、36、37组成，通过岩心夹持器34、35、36、37所处的四个不同位置，模拟不同性质的四个油层。油层模拟系统2是模拟砾石充填井的井身结构，为各种工作液的流动提供流动环境，而不同位置的岩心夹持器34、35、36、37模拟处于不同位置、不同渗透率的储层。

储液系统2主要由酸溶器21、堵剂容器22、水容器23、油容器24以及过滤器25、26、27、28组成；容器的参数为额定压力32MPa，容积1000ml，分别储存酸液、化学堵水剂、水和煤油。过滤器25、26、27、28的技术参数为额定压力50MPa，能过滤大于0.0002um的固相颗粒。储液系统2的目的储存各种工作液，并对工作液进行过滤，避免因为固体颗粒堵塞管线。

计量系统主要由压力表51、52、53、54、55、56、57和收集器38、39、40、41和秒表等组成。计量系统的目的时间管线的工作液的压力，进入岩心夹持器34、35、36、37的入口段的压力、泵的出口端的压力、收集流过岩心的液体体积，以及注入的各个小的时间段的信息，为计算岩心的渗透率变化提供基础数据。

此外，恒温系统由保温箱和控制保温箱温度的温度控制系统组成，温度可在常温～90℃之间任意调节。

上述五个系统协同工作，能有效地模拟整个注入过程；注入系统1压力不低于25MPa；油层模拟系统3压力不低于25MPa；储液系统2储液罐耐压不低于25MPa；液体输送管线压力不低于25MPa；恒温保温系统确保2小时内升温至90℃。

实验结果如表1所示。

表1堵剂的选择性封堵效果

表中：Kwa、Kwb：处理前、后的岩心的水相渗透率；

Koa、Kob：处理前、后的岩心的油相渗透率；

由表中数据可见，对于不同渗透率的岩心，该堵剂的堵水率大于90％，堵油率小于15％左右，表现出良好的选择性。

选择性化学堵水方法

在砾石充填完井的充填层内进行选择性化学堵水，需要有4个作业阶段，4种类型的液体体系，结合施工工艺，才能达到最佳的降水增油效果，具体描述如下：

1、油层封堵液

用粘度较高的粘封堵液将防砂段完全隔离起来，这样可以保护砾石充填层中的油层，起到暂时封堵的作用。利用粘度差异，使得更多的后选择性化学堵剂进入砾石充填层中的水层，达到有效封堵的目的。

【配方】：油层封堵液(由20％主剂PA-YZ+4％辅剂PA-YF)，这两种材料由天津中海油服化学公司生产。

【用量】油层封堵液除要求充满砾石充填层外，还应进入地层0.10～0.20m。

油层封堵液用量由下式计算：

式中，V₁——油层封堵液的用量；

R₁——油层封堵液需充填柱体半径；

h₁——砾石充填层厚度；

——孔隙度。

2、水层引导液

为了引导后续的堵剂有效地进入砾石充填层中的水层，首先注入高比重的水层引导液，水层引导液的比重大、亲水性强，这使得它优先进入砾石充填层中的水层。同时，由于水层引导液的粘度与地层水一样，因此，它进入水流动通道的阻力很小，能很容易流入出水通道；而原油在地下的粘度较高，它在出油通道的流动阻力很大，因此几乎不流入出油通道。

【配方】：加重地热水(比重1.30-1.40g/cm³，使用有机柠檬酸盐加重)+5％表面活性剂

【用量】设计作用半径1.4-1.6m，计算方法同油层封堵液。

3、选择性化学堵剂

选择性化学堵剂进入地层后，可以在地层温度条件下形成冻胶，从而控制地层水进入油井，达到增油降水的目的。选择性化学堵剂的特点：1)优先进入含水饱和度高的地层；2)有不同成胶时间的配方；3)在地层条件下长期稳定；4)强度足以耐底水锥进的压差。最适合的化学堵剂为聚合物冻胶，该聚合物冻胶由四种冻胶组成：

化学堵剂I

形成前端强度较弱的凝胶，封堵远端的出水通道。

【配方】：0.85～0.89％聚丙烯酰胺+1.0～1.2％木质素磺酸盐+0.40～0.45％交联剂+0.20～0.25％成胶时间调节剂，余量为水；其中，百分比为重量百分比。

冻胶成冻时间：120-150小时。

化学堵剂II

在较远端形成中等强度凝胶，对地层水的流动形成第二道堵塞。

【配方】：0.88～0.92％聚丙烯酰胺+1.1～1.3％木质素磺酸盐+0.45～0.55％交联剂+0.25～0.30％成胶时间调节剂，余量为水；其中，百分比为重量百分比。

成胶时间在50-60小时之间。

化学堵剂III

在近井地带形成强度较大的凝胶，有效封堵出水通道，阻止地层水的流动。

【配方】：0.90～0.95％聚丙烯酰胺+1.3～1.5％木质素磺酸盐+0.60～0.70％交联剂+0.35～0.40％成胶时间调节剂，余量为水；其中，百分比为重量百分比。

成胶时间在30-40小时之间。

上述交联剂为有机重铬酸盐，成胶时间调节剂选择尿素类化合物。

选择性化学堵剂的液量由下式计算：

式中，V₂——化学堵剂用量；

R₂——化学堵剂伸至的距离；

R₃——井筒半径；

h₂——化学堵剂的垂直高度；

——孔隙度；

3种冻胶的最佳体积比为：化学堵剂I∶化学堵剂II∶化学堵剂III＝5.0∶3.0∶2.0。

4、顶替液

将选择性化学堵剂推进地层深处，保护堵剂主段塞的成胶质量，延长堵水的有效期。设计半径为1.0-1.5m的地方，计算方法如3.1。

【配方】：地层水+2.0％粘土稳定剂

5、油层解放液

针对油层封堵剂的特性，使用煤油作为油层解放液，注入砾石充填层中的油层，清除油层封堵液，疏通油层的流动通道。作用半径为1.0-1.50m，计算方法如3.1。

【配方】：柴油+10％表面活性剂。

实施实例

QHD32-6-F28井位于西区F平台，为一口9-5/8套管井。开发目的层为NmI、NmII、NmIII油组，油层垂厚共计32.5m，纵向上分上、中、下三个防砂段。NmII油组为典型的高孔高渗纯净砂岩储层。测井解释孔隙度34％，渗透率3124.94毫达西，含油饱和度70％，泥质含量4.73％。

表2F-28井射孔数据表

该井投产时，初期日产液量70.0方，含水率为10％左右。2004年3月产量从降低为8.0方左右，含水率从30.0％上升至80.0％。本次选择性化学堵水作业的目的是封堵砾石充填层内的出水层，从而降低地层水水的产量，解放砾石充填层内油层，生产更多的原油。

依据上述设计方法，我们设计了封堵液15.0m³，水层引导液70.0m³，选择性化学堵剂1340.0m³(化学堵剂I∶化学堵剂II∶化学堵剂III＝5.0∶3.0∶2.0)，顶替液15.0m³，油层解放液40.0m³。作业后，油井的产量达到76.7m³，含水率为13.5％，选择性化学堵水取得了巨大成功，有效地封堵了砾石充填层内的出水层，同时沟通了砾石充填内的产油层。

Claims

1.一种砾石充填井选择性化学堵水剂，其特征在于，包括：聚丙烯酰胺(PAM)0.6～1.0％、木质素磺酸盐1.0～1.5％、交联剂0.3～0.7％、成胶时间调节剂0.2～0.5％，余量为水；其中，百分比为重量百分比。

2.如权利要求1所述的砾石充填井选择性化学堵水剂，其特征在于，聚丙烯酰胺0.75～0.95％、木质素磺酸盐1.0～1.2％、交联剂0.4～0.6％、成胶时间调节剂0.20～0.40％，余量为水；其中，百分比为重量百分比。

3.如权利要求1所述的砾石充填井选择性化学堵水剂，其特征在于，所述交联剂为有机重铬酸盐。