CN105041261A - 一种与堵水联作的压井修井方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种与堵水联作的压井修井方法，依次包括以下步骤：(1)根据井筒容积，计算所需压井液用量；(2)根据地层压力，确定压井液密度；(3)根据地层温度，确定能在地层温度下在作业期内不易降解的聚合物凝胶配方，或根据储层孔渗特征，确定能与孔吼尺寸匹配的凝胶颗粒类型；(4)配制聚合物凝胶或配制凝胶颗粒溶液；(5)将压井液泵入井筒，进行井下施工作业。本发明克服了现有压井修井中多采用暂堵或防漏失以恢复产能为目的的思维局限，采用具有选择性堵水功能的聚合物凝胶或凝胶颗粒作为压井液，将油井堵水与保护储层暂堵两种增产技术相结合，发挥其协同效应，最大化提高油井修井后产能，在中高含水油田修井领域具有广阔的应用前景。

Description

一种与堵水联作的压井修井方法

技术领域

本发明涉及一种与堵水联作的压井修井方法，属于油气井压井修井工程领域。

背景技术

我国陆上油田大部分已进入开发中后期，生产井普遍处于高含水局面，油井带病生产现象较为普遍，修井作业也较为频繁，油井修井后能否恢复原有产能值得关注。特别是对于低渗、低产油井，先天发育不足加上后期修井作业不当造成的污染，甚至造成油井报废的局面。为减轻修井过程固相堵塞带来的损害，当前压井液的发展趋势是无固相，对于配置方便、成本低廉的无固相清洁盐水压井液，在过去很长一段时间得到了普遍使用。该类完井液不含澎润土及其它固相，密度通过加入不同类型和数量的可溶性无机盐进行调节，但存在以下问题：一方面，清洁盐水滤失量大，特别是对于低渗储层因压井液渗漏会造成严重水相圈闭损害，另一方面，盐水的密度随着气候、温度影响较大，控制不当会造成安全事故，因此，其应用受到很大局限。近年来相继研发了许多新型压井液体系，具代表性的如下：

1、束缚水型压井液

2007年，贾虎在《钻井液与完井液》第24卷Z1期报道了“固化水工作液在压井修井过程中的成功应用”，基本配方为：盐水+3.5％SW-13A固化剂+0.1％胶体保护剂，采用新型的高分子吸水材料作为固化剂，这种高分子吸水材料可以束缚其本身重量100倍以上的清水或盐水，并能牢牢地控制被束缚的水，使之不能参与自由流动，能最大限度地保护油气层，作业后可恢复原有产能。2010年，贾虎等人在《天然气工业》第30卷第9期发表了“东海地区低孔低渗透气田完井液优化技术”一文，报道了这种固化水完井液，该体系在东海地区天外天高温低渗透砂岩油气藏具有优异的保护储层效果，提高了低压产层的承压能力，极大地降低了水相圈闭损害，并促使了A7S等气井获得高产。

2011年，唐付平等人分别报道了“一种高密度束缚水压井液”(中国专利：CN102051160B)和“一种低密度束缚水压井液”(中国专利：CN102167970B)。其高密度束缚水压井液为，在水中加入NaCl、CaCl₂、CaBr₂或ZnCl₂，加入重量为使水的密度达到1.1-2.0g/cm³；按重量比向加重后的水中加入2％聚氧乙烯醚化合物渗透剂，0.5％咪唑啉；2％氯化钾，0.003-0.005％膦基马来酸-丙烯酸共聚物或者次膦酸基聚丙烯酸，再在以上液体中按照每20-25立方液体中加入1吨具有高吸水性的树脂聚合物配成，该压井液能束缚本身重量15倍以上的不同密度的盐水，游离水小于10％。其低密度束缚水压井液为，按重量份由A成分150-200份和B成分1份组成，A成分由如下成分按重量百分比组成：含氟表面活性剂0.02-0.05％、有机阳离子表面活性剂1.0％-1.5％、膦基马来酸-丙烯酸共聚物0.003％-0.005％、水余量；B成分为吸水性树脂聚合物；压井液游离水≤5％。

2、暂堵型压井液

2006年，葛红江等人报道了“可水解高弹性修井液暂堵剂”(中国专利：CN100487073C)，制备过程为：将去离子水40～80％，丙烯酸10～30％，淀粉8～30％，引发剂过硫酸钠0.1～1.5％，交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.1～1.0％，搅拌均匀后进行聚合反应，合成产物含水保持在40～80％之间，并加工成不规则条状和片状，颗粒直径最大在0.5～20mrn之间，能够速封堵高渗透层，溶解降解后地层渗透率能够很快恢复。

2014年，潘竟军等人公开了“一种低压油气井压井作法”(中国专利：CN103775023A)，具体做法是：根据井况配制适宜浓度的碱性胍胶液及油溶性暂堵剂；将油溶性暂堵剂与胍胶液混合后充分搅拌均匀，使暂堵剂悬浮于胍胶液中；采用配套的工艺及地面管线、设备将油溶性暂堵剂和胍胶液形成的混合物送入地层；采用配套的管柱工艺可以实现：胍胶液携带暂堵剂将地层封堵屏蔽，避免注入井筒内压井液的漏失。

2014年，赵玲莉等人报道了“低压油气井暂堵凝胶及其制备方法”(中国专利：CN103952130A)，该低压油气井暂堵凝胶的原料按重量百分数计，包括0.25％至0.35％的聚丙烯酰胺、0.2％至0.25％的氧化剂、0.2％至0.3％的还原剂、0.1％至0.3％的破胶剂和余量的水溶胀后，向其中继续加入氧化剂、还原剂和破胶剂，继续搅拌即得到低压油气井暂堵凝胶。

3、无固相降滤失型压井液

2011年，原玉红报道了“一种悬浮盐完井液”(中国专利：CN102051159B)，是以重量百分比的各组分为原料制成的悬浮液：氯化钠20～82％，增粘剂A0.5～3.0％，增粘剂B3.0～4.5％，盐重结晶抑制剂0.10～3.0％，缓蚀剂0.5～2.0％，降滤失剂1.0～3.0％，油层保护剂0.1～1.5％，余量为水。

2011年，吴锦平等报道了“用于酸性油气藏的无固相压井液”(中国专利：CN102086390B)，由增粘剂2.0～3.0％，降滤失剂1.5～2.0％，油层保护剂2.0～3.0％，防膨剂0.5～1.0％按照重量百分比配置，余量为水，压井液的比重可调节为1.57～1.80g/cm³之间。

2014年，雒贵明和刘平德报道了“一种多功能型抗高温复合压井液及其制备方法与用途”(中国专利：CN104232033A)，所述压井液包括如下重量份的各种组分，且所有组分总计为100重量份：季铵盐阳离子聚合物3-5重量份、增稠剂1-3重量份、抗高温滤失剂2-4重量份、密度调节剂15-60重量份、助剂1-3重量份，余量为水。

对于上述各种无固相压井液体系中，大都是从担心压井液侵入储层造成损害目的出发，而采取屏蔽暂堵或防漏失(滤失)的思路开展系列保护储层压井液体系及工艺方法研究。当前研发的许多无固相压井液普遍存在的问题是，主剂浓度高，大都需使用种类繁多且复杂的化学添加剂，如降滤失剂、稳定剂、增粘剂等，一方面提高了作业成本，同时也增加了现场配置复杂性，因此，存在的问题是明显的。当前人们并没有从根本上认清这种“漏失”或“滤失”能产生的“潜在益处”，即能否触发选择性堵水效果而降低油井含水率？即便压井液渗漏到高渗层，若能发挥选择性堵水作用有望进一步提高产量。通过理论分析，要使得修井过程中漏失(滤失)现象能转变成有利一面，就必须从保护储层暂堵与油井堵水理论分析着手，建立一种能与堵水联作的压井修井方法，发挥两种工作原理协同效应，实现一举两得，最大化提高油井修井后产能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与堵水联作的压井修井方法，克服了现有压井修井中多采用暂堵或防漏失以恢复产能为目的的思维局限，采用具有选择性堵水功能的聚合物凝胶或凝胶颗粒作为压井液，将油井堵水与保护储层暂堵两种增产技术相结合，发挥两种工作原理协同效应，最大化提高油井修井后产能，在中高含水油田修井领域具有广阔的应用前景。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

本发明采用地面已制备好的聚合物凝胶或已膨胀的凝胶颗粒作为压井修井液，泵入井筒进行施工作业。技术关键在于压井液的配制，需根据地层温度、压力与孔渗特征设计聚合物凝胶或凝胶颗粒类型及浓度。所述聚合物凝胶地面已交联，强度在Sydansk代码C-E级，能够泵送至井筒；所述凝胶颗粒为基于丙烯酰胺单体合成的选择性堵水剂。聚合物凝胶和凝胶颗粒均具有遇油收缩性能，正压差下能快速形成暂堵层，特别是在富含油带的低渗层，即便渗漏到高渗层也会起到堵水效果，所述暂堵层为具有三维网络结构的凝胶滤饼或可变形凝胶颗粒，具有防滤失功能，能显著提高地层承压能力，保护储层。

一种与堵水联作的压井修井方法，依次包括以下步骤：

(1)压井液用量设计：根据井筒容积，计算所需压井液用量；

(2)压井液密度设计：根据地层压力，确定压井液密度，用清水或盐水配制，若采用盐水配制，需预先确定出抗盐聚合物类型；

(3)压井液类型设计：根据地层温度，确定能在地层温度下在作业期内不易降解的聚合物凝胶配方，或根据储层孔渗特征，确定能与孔吼尺寸匹配的凝胶颗粒类型；

(4)压井液的配制：

配制聚合物凝胶：采用清水或盐水配制质量浓度为0.3～2.0％的聚合物溶液，随后加入交联剂，聚合物与交联剂质量比为5:1～20:1，混合均匀，可以选择在地面温度下等待交联或将其置于高温下促进交联，保证成胶强度在C-E级之间，根据实际情况调整各组分浓度，凝胶应具有一定流变性能，能够泵送至井筒并能建立循环；

或配制凝胶颗粒溶液：采用清水或盐水配制质量浓度为1.5～5.0％的凝胶颗粒溶液，施工前必须充分膨胀，控制自由水含量＜10％，根据实际情况调整浓度；

(5)压井修井作业：用泥浆泵、调剖泵或压裂车将压井液泵入井筒，待井内情况稳定后进行井下施工作业。

所述聚合物为聚丙烯酰胺(HPAM)或具有抗温抗盐性能的丙烯酰胺共聚物(如梳形抗盐聚合物KYPAM、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物等，均是市售产品)；所述交联剂为醋酸铬、乳酸铬、柠檬酸铝、有机锆、六次甲基四胺、甲醛、酚醛树脂、聚乙烯亚胺其中一种或者两种混合，均是市售产品。

所述凝胶颗粒由丙烯酰胺单体或丙烯酰胺单体复合抗温抗盐辅助单体与交联单体共聚而成(中国专利“一种用于油井堵水的新型选择性堵水剂”，CN102329599B)。

所述交联单体为乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯其中一种或两种以上混合物；所述抗温抗盐辅助单体是2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠、N-乙烯基吡咯烷酮、苯乙烯磺酸钠、马来酰亚胺其中一种或两种以上混合物。

所述凝胶颗粒由丙烯酰胺单体与交联单体共聚采用本体聚合，所述凝胶颗粒由丙烯酰胺单体复合抗温抗盐辅助单体与交联单体共聚采用反相乳液聚合。

若该方法用于室内压井修井模拟，那么压井液用量和实施方法参照压井修井室内评价相关方法设计。

本发明为由地面已交联的聚合物凝胶或已膨胀的凝胶颗粒构建的压井修井液及施工方法，是根据地层温度、压力与孔渗特征进行的压井修井液配方设计，作用机理并不同于一般意义上的压井修井原理。在压井修井过程中，可能会出现压井液漏失现象，用于压井液的聚合物凝胶和凝胶颗粒均具有遇油收缩的选择性堵水功能，正压差下能快速形成暂堵层，该暂堵层为具有三维网络结构的凝胶滤饼或可变形凝胶颗粒，具有防滤失功能，能提高地层承压能力，保护储层。特别是在富含油带的低渗层，即便少量渗漏到高渗层也会起到堵水效果，提高采收率。

本发明中采用的聚合物具有高分子量特征，分子线团尺寸大，容易交联成具有高强度三维网络结构的凝胶，因其尺寸大不容易进入中低渗储层，保护了这类储层。即便进入高渗层，也只是少量进入，恰好高渗层也是含水较高层位，因此也会起到堵水效果。

当采用盐水配制高密度压井液时，对于本发明所述聚合物凝胶，无机盐一般会在地面温度下促进交联，且高盐度有利于增强凝胶结构强度，锁住水分子，起到降滤失作用(贾虎等，NewInsightsintotheGelationBehaviorofPolyethyleneimineCross-LinkingPartiallyHydrolyzedPolyacrylamideGels，美国化学学会(ACS)期刊《IndustrialandEngineeringChemistryResearch》2012年第51卷第38期)。因此，对于地层压力相对较高的油井压井作业时，采用盐水配置高密度凝胶压井液，有利于提高工作效率和施工效果。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、构成该压井液体系的组分少，现场配置方便，成本相对低廉；

2、采用的抗盐聚合物能够制备出高密度盐水凝胶压井液，且盐度利于提高凝胶性能；

3、根据油藏渗透率特征，可优选不同类型聚合物和交联剂及其浓度，优选不同粒径凝胶颗粒及其浓度，满足现场施工需求；

4、施工工艺简单，现场可操作性强，无需担心因压井液漏失造成的储层损害问题；

5、侵入到含水高的高渗层中的聚合物凝胶或凝胶颗粒遇油会收缩以至于回吐至井筒，遇水会膨胀起到控水作用，能提高采收率；

6、采用所述的增产方法，不仅能最大化保证油井修井后产能，还能有望进一步提高油井产量。

附图说明

图1是增产原理示意图。

图2是50mD岩心中防漏与承压能力测试图。

图3是300mD岩心中防漏与承压能力测试图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明做进一步说明，但并不限制本发明。

本发明提供的一种与堵水联作的压井修井方法，是根据地层温度、压力与孔渗特征进行的压井修井液配方设计，并结合实际用量将配置好的压井修井液泵入井筒进行安全施工的方法，确切地说是结合了油井堵水与保护储层暂堵原理的增产方法，不同于一般意义上的压井修井原理，其增产原理见图1。

实施例1

X油藏温度25℃～35℃，井深500～700米，渗透率分布在0.054～1651.2mD，平均582.3mD，孔隙度3.14％～32.45％，平均20.1％。目前该油藏已进入开发中后期，地层非均值性严重，油井含水普遍在65～95％之间，地层压力系数已下降至0.9-1.02。生产到中后期的油井面临频繁修井问题，目前常用盐水作为压井液，经常出现大量漏失情况，会严重影响井眼周围的含水饱和度，导致修井后油井产量大幅度下降，同时压井和复产周期较长，影响效益。

针对工区目前开发情况，拟采取本发明所述的一种与堵水联作的压井修井方法进行作业。本案例将结合实际情况，进行压井修井室内模拟，现场施工按此方法同等放大进行。

(1)压井液用量设计：为体现该压井修井方法室内模拟，根据实验装置容积确定压井液用量为1000ml。若结合现场施工井，如该地区X-1井井深700米，压井液全井筒使用，油管API尺寸27/8，内径62mm，外径73mm，壁厚5.5mm，油管总容积为2.11m³，油层套管内径102.9mm，环空总容积为2.89m³，因此充满整个井筒所需压井液总量为2.11+2.89＝5m³，考虑到建立循环所需余量，现场应共需配制10m³压井液。

(2)压井液密度设计：目前X油藏地层压力系数为0.9-1.02，为保证安全施工，井内液柱压力应比地层压力高10～20％，高压异常地层取上限，常压地层可取下限。根据地层压力情况配制密度为1.12g/cm³的高密度压井液，采用无机盐加重，选择聚合物凝胶型压井液，为增加聚合物抗盐性，采用高分子量梳形抗盐聚合物KYPAM(分子量：2500×10⁴g/mol，水解度：25％，北京恒聚化工集团生产)作为主剂。

(3)压井液类型设计：根据地层低温特征，确立以新鲜醋酸铬作为交联剂的Cr³⁺/KYPAM聚合物凝胶配方，能在常温下能迅速交联，地层温度25℃～35℃下在作业期内不会过早降解。

(4)压井液的配制：根据实验装置容积确定压井液用量为1000ml，在室内配置质量浓度为20×10⁴mg/L的NaCl清洁盐水，密度为1.12g/cm³，实际配置按这比例同比例放大。

NaCl加量与密度关系式：

ρ＝0.006c+0.999

式中：

C—为NaCl的加量，g/100mL

ρ—为清洁盐水溶液的密度，g/cm³

随后向盐水中缓慢加入质量浓度为0.5％的梳形抗盐聚合物(KYPAM)(分子量：2500×10⁴g/mol，水解度：25％，北京恒聚化工集团生产)，充分搅拌均匀，然后加入交联剂新鲜醋酸铬(聚合物:交联剂质量比＝8:1)，充分搅拌，在室温25℃下观察成胶性能。根据盐度有利于促进该凝胶交联和提高成胶性能原理，NaCl质量浓度为20×10⁴mg/L的清洁盐水配制的压井液在常温下胶凝至最佳强度D级约需10小时，D级为中等流动凝胶，成胶强度的判定方法依据Sydansk等人(1988)的凝胶强度(GelStrengthCodes简称GSC)目测代码表，凝胶压井液应具备一定强度，但也要保证泵注性，即：“堵得住，泵得进”。

(5)压井修井作业：为体现所述方法先进性及实施效果，室内进行压井修井模拟。将配置好的1000ml压井液在储层动态损害评价仪上进行实验，按照石油与天然气行业标准《低固相压井液性能评价指标及测定方法》SY/T5834-2007和文献已公开的堵漏与堵水实验评价相关方法开展压井修井室内模拟。若在现场施工时，压井液配制好后，则用泥浆泵或调剖泵或压裂车将其泵入井筒，待井内情况稳定后进行井下施工作业。

本发明压井作业实施效果：

1)压井液防漏性能

图2和图3是压井液防漏与承压能力测试图。选取低渗(50mD)和中高渗(300mD)岩心，测试压井液防漏性能与提高地层承压能力。实验表明：建立6MPa正压差后，30分钟内压降仅为0.3～0.5MPa，后续观察1小时未出现明显压降，滤失量一直为0。压井液具有三维空间网络，能锁住水分子，几乎没有自由水，在低渗-中渗岩心显示了较好防漏能力。实验结束后，岩心端面有胶体滤饼形成，凝胶滤饼较致密，有一定粘弹性，能锁住水分子防滤失，在端面形成了暂堵层，厚度约4mm，阻碍了液体渗漏，暂堵层易解堵。

2)储层保护性能

对于800mD以内中-低渗岩心，自然返排下岩心渗透率恢复值达85％以上，实验情况见表1。实际应用时，地层条件下凝胶会逐渐降解，特别是对于高温地层降解更快，渗透率恢复情况会更理想。采用氧化剂破胶后渗透率恢复值达92％以上。

表1岩心渗透率恢复实验结果

3)堵水效果

对于1000mD以上高渗岩心，修井作业时压井液渗漏了少部分，相反还起到了堵水效果，含水率有了明显下降，提高了修井后产量，实验情况见表2。

表2压井液侵入高渗层对含水的影响

备注：压井作业正压差为4MPa,PV为孔隙体积

实施例2

对于低压地层，采取凝胶颗粒型低密度压井液进行压井，在清水中加入质量浓度为3.5％的凝胶颗粒，50℃下让凝胶颗粒充分膨胀，最终形成了凝胶颗粒型低密度压井液，自由水含量＜10％，初始粘度约130mPa.s，密度为1.01g/cm³。压井修井室内模拟如实施例1所述，该方法同样取得了较好的防漏和堵水效果，提高了油井修井后产能。

以上仅为本发明的典型案例而已，并非限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的思想和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种与堵水联作的压井修井方法，依次包括以下步骤：

(1)根据井筒容积，计算所需压井液用量；

(2)根据地层压力，确定压井液密度，用清水或盐水配制；

(3)根据地层温度，确定能在地层温度下在作业期内不易降解的聚合物凝胶配方，或根据储层孔渗特征，确定能与孔吼尺寸匹配的凝胶颗粒类型；

(4)配制压井液：

聚合物凝胶：采用清水或盐水配制质量浓度为0.3～2.0％的聚合物溶液，随后加入交联剂，聚合物与交联剂质量比为5:1～20:1，混合均匀；

或凝胶颗粒溶液：采用清水或盐水配制质量浓度为1.5～5.0％的凝胶颗粒溶液，充分膨胀，控制自由水含量＜10％；

(5)将压井液泵入井筒，待井内情况稳定后进行井下施工作业。

2.如权利要求1所述的一种与堵水联作的压井修井方法，其特征在于，所述聚合物为聚丙烯酰胺或丙烯酰胺共聚物，所述丙烯酰胺共聚物为梳形抗盐聚合物或丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物；所述交联剂为醋酸铬、乳酸铬、柠檬酸铝、有机锆、六次甲基四胺、甲醛、酚醛树脂、聚乙烯亚胺其中一种或者两种混合。

3.如权利要求1所述的一种与堵水联作的压井修井方法，其特征在于，所述凝胶颗粒由丙烯酰胺单体或丙烯酰胺单体复合抗温抗盐辅助单体与交联单体共聚而成，所述交联单体为乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯其中一种或两种以上混合物，所述抗温抗盐辅助单体是2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠、N-乙烯基吡咯烷酮、苯乙烯磺酸钠、马来酰亚胺其中一种或两种以上混合物。

4.如权利要求3所述的一种与堵水联作的压井修井方法，其特征在于，所述凝胶颗粒由丙烯酰胺单体与交联单体共聚采用本体聚合，所述凝胶颗粒由丙烯酰胺单体复合抗温抗盐辅助单体与交联单体共聚采用反相乳液聚合。