CN111622709B

CN111622709B - 一种薄隔层稠油油藏下层水堵水方法及使用的堵水剂体系

Info

Publication number: CN111622709B
Application number: CN202010290366.2A
Authority: CN
Inventors: 赵长喜; 耿超; 王瑞; 毛为成; 余倩; 张喜玲; 王孟江
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Petroleum Engineering Technology Research Institute of Sinopec Henan Oilfield Branch Co
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Petroleum Engineering Technology Research Institute of Sinopec Henan Oilfield Branch Co
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2040-04-14
Also published as: CN111622709A

Abstract

本发明涉及一种薄隔层稠油油藏下层水堵水方法及使用的堵水剂体系，属于石油开采技术领域。该堵水方法包括如下步骤：向出水油层注入氮气泡沫段塞，以抑制下层水侵入隔层；然后注入隔层凝胶段塞，隔层凝胶段塞主要由水玻璃、水玻璃交联剂、水组成，隔层凝胶段塞进入隔层，成胶后对隔层内孔隙进行封堵；再注入封堵凝胶段塞，封堵凝胶段塞主要由碱木质素、碱木质素交联剂、水组成，封堵凝胶段塞进入油层与隔层边界，成胶后对油层与隔层边界形成封堵。本发明的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，采用三个段塞主要针对油层下部、隔层、水层上部进行封堵，抑制下层水窜进油层，改善薄隔层稠油油藏的开发效果。

Description

一种薄隔层稠油油藏下层水堵水方法及使用的堵水剂体系

技术领域

本发明涉及一种薄隔层稠油油藏下层水堵水方法及使用的堵水剂体系，属于石油开采技术领域。

背景技术

堵水技术的实施主要包括选取堵水剂和堵水剂下入井两个重要环节。在选取适用的堵水剂后，需要堵水剂固化、成胶后才能发挥堵水作用，这是堵水剂效果好坏的关键步骤。油藏条件和完井方式都对堵剂放置位置存在影响，特别是水平井出水以底水、裂缝渗水为主，水淹部位与油层紧密连接，且裸眼完井等方式使地层、环空部位与井筒间存在较多联系空间。一般来说，堵水剂要具备较强的流变性、稳定性、安全可靠、封堵强度大；堵水剂在达到预定位置前应具备较强的悬浮稳定性，不会在流体内沉积、固化；堵水剂还应该具备较强的抗冲刷能力，可对出水点长期稳定封堵。

现有的堵水剂主要是用颗粒型、树脂型、凝胶型、泡沫型堵剂，固体颗粒型堵剂运移能力差，无法通过防砂筛管，不能实现地层深部封堵；树脂型堵剂对环境敏感，不易控制，成本高；泡沫型堵剂封堵强度低；常规凝胶型堵剂多用聚合物做为主剂，基液粘度较高，不易进入水窜通道。

薄隔层稠油油藏，下层水能量充足，由于隔层薄，同时具备一定的渗透率，随着注汽开采的进行，下层水极易穿过隔层窜入油层，导致油层快速水淹，大多数油井高含水生产，注汽过程中蒸汽沿水窜通道进入水层，蒸汽利用率低，增加生产成本的同时，影响此类油井的开发效果。

对于薄隔层稠油油藏，由于隔层对下层水有一定的遮挡作用，相对油层物性较差，常规粘度较高的堵剂进入隔层较为困难，因此仅能在油层中形成封堵，封堵后极易形成二次水窜，效果较差。

现有的堵剂体系在用于薄隔层稠油油藏堵水时，很难平衡封堵强度和堵剂基液粘度的关系，对薄隔层稠油油藏出水点的封堵效果有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，能够形成针对薄隔层稠油油藏的多种形式结合的段塞，从而提高堵水效果。

为实现上述目的，本发明的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法的具体技术方案为：

一种薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，包括如下步骤：确定油层出水段，注入氮气泡沫段塞，以抑制下层水侵入隔层；然后注入隔层凝胶段塞，隔层凝胶段塞主要由水玻璃、水玻璃交联剂、水组成，隔层凝胶段塞进入隔层，成胶后对隔层内孔隙进行封堵；再注入封堵凝胶段塞，封堵凝胶段塞主要由碱木质素、碱木质素交联剂、水组成，封堵凝胶段塞进入油层与隔层边界，成胶后对油层与隔层边界形成封堵。

本发明的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，采用三个段塞主要针对油层下部、隔层、水层上部进行封堵，抑制下层水窜进油层。第一段塞为氮气泡沫，注入水层，在水层上界和隔层下界之间形成泡沫封堵段塞，压水锥、防止下层水窜进隔层；第二段塞为隔层凝胶段塞，用于在隔层孔隙中成胶，提高隔层遮挡性能；第三段塞为封堵凝胶段塞，用于起封口作用，在油层与隔层边界形成强封堵，提高封堵层厚度，防止蒸汽冲刷隔层凝胶段塞和氮气泡沫段塞，提高封堵强度和封堵有效期。另外，通常需要注入后置段塞将前述段塞顶替出筛管及近井筒地带，防止其在近井筒附近固结而堵塞注汽、采油通道。

本发明堵剂为低粘体系，能有效进入隔层，实现隔层封堵；堵剂粘度接近，在分段塞注入过程中能够避免粘度差带来的指进现象，段塞可以按照注入顺序依次排列；氮气泡沫体系先注入氮气，使之将水窜通道中的水推进深部，再注入泡沫液段塞，待生产过程中，氮气由水层向隔层运移过程中与泡沫液在多孔介质中生成泡沫，利用贾敏效应实现抑制下层水通过隔层侵入油层的目的。体系粘度低，注入过程中压力低，避免高压施工造成薄隔层破坏；堵剂易进入水窜通道，避免进入含油通道，减少含油区域的封堵，具有一定的选择性。

为了达到较好的封堵效果，需要将堵剂有效滞留在水层、隔层和部分油层中，以增加有效封堵厚度。

氮气泡沫段塞采用先注入氮气，再注入发泡液的方式，使其在水层中有效形成泡沫，封堵水层上部，抑制下层水向隔层窜进，采用的凝胶段塞均为高强度、低粘度凝胶体系，易于进入水窜区域，形成高强度封堵，有效阻止下层水窜入油层。蒸汽吞吐井注入封堵体系后，能封堵油藏水窜通道，有效抑制蒸汽进入水层，提高蒸汽加热效率，同时防止下层水窜进造成的油井高含水，改善油藏开发效果。

现场采用本发明的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法进行堵水后，采出油的综合含水率下降明显，堵水有效周期长，产油量增加明显。

隔层凝胶段塞由以下质量百分比的组分组成：水玻璃1％-30％，水玻璃交联剂0.1％-2％，余量为水。

在地层环境下，水玻璃在水玻璃交联剂的作用下，形成网状硅酸凝胶，一般的，选择水玻璃模数为2.5-3.5，有效物含量为30-40％。

由水玻璃形成的隔层凝胶段塞基液粘度低，方便泵送注入，并且生成的凝胶强度高，能够有效防止凝结后的返吐从而提高封堵性能。另外，水玻璃价格低，适合大规模应用。

水玻璃交联剂选择能够促进水玻璃形成凝胶的物质，例如甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、氯化铵、甲醇中的一种或几种。

封堵凝胶段塞由以下质量百分比的组分组成：碱木质素3％-20％，碱木质素交联剂 3％-10％，余量为水。

在地层环境下，碱木质素在碱木质素交联剂的作用下，形成高强度的交联聚合物，一般的，碱木质素的分子量在1000-2000之间。碱木质素的加入还能够改变封堵凝胶段塞在输送过程中的流变性，便于泵送。封堵凝胶段塞耐温可达350℃，对稠油热采高温环境适应性好。

封堵凝胶段塞选择能够促进碱木质素发生交联反应的物质，例如甲醛、苯酚、间苯二酚、乌洛托品中的一种或几种。

注入氮气泡沫段塞采用先注入氮气，再注入发泡液的形式。

氮气泡沫段塞由氮气和发泡液形成，以质量百分比计，发泡液的组成为：发泡剂0.5％-2％，稳泡剂0.1％-3％，其余量为水。

发泡液由发泡剂和稳泡剂组成，稳泡剂的存在能够使该发泡液形成的泡沫具有较高的稳定性。

发泡剂选择发泡性能好的物质，例如α-烯基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚、山梨醇酐单油酸酯中的一种或几种。

稳泡剂选择具有良好稳泡性能的物质，例如聚丙烯酰胺、羟丙基胍胶、羧甲基纤维素钠、膨润土、粉煤灰、碳酸钙中的一种或几种。

发泡剂与稳泡剂具有良好的配伍性，能够很好的保持各自的起泡、稳泡性能。

各所述段塞的总体积计算公式为：Q＝2RhLΦ，其中Q为段塞的总体积，单位m³，R为封堵半径，单位m，L为出水段长度，单位为m，h为1/2油层有效厚度、隔层厚度、1/3 水层厚度之和，单位为m，Φ为有效孔隙度。具体的，薄隔层稠油油藏下层水堵水方法包括以下步骤：

1)确定出水段位置：利用温剖测试明确出水段位置，使用封隔器卡封，保证段塞注入出水段；

2)计算段塞的总用量，采用长方体模型计算各段塞用量，以体积计，采用上述体积计算公式，其中，氮气与泡沫的地下体积比为1:1，根据氮气泡沫的总体积计算氮气的地下体积，利用克拉伯龙方程PV＝nRT换算得到注入氮气的地面体积，以标况计算所需氮气的标况体积；

3)依据前述段塞的体积计算的结果，先注入氮气，再注入发泡液，形成氮气泡沫段塞，再依次注入隔层凝胶段塞、封堵凝胶段塞，根据封堵强度需求选择隔层凝胶段塞和封堵凝胶段塞的比例，即隔层凝胶段塞和封堵凝胶段塞的封堵厚度是可以随意变化而不考虑隔层厚度的，总的强度能够满足需求的同时综合考虑成本和每阶段所需强度；

4)最后注入后置段塞，通常为水，将前述段塞顶替出筛管及近井筒地带，防止其在近井筒附近固结，堵塞注汽、采油通道，再注入蒸汽即可。

本发明的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法使用的堵水剂体系的具体技术方案为：

一种薄隔层稠油油藏下层水堵水方法使用的堵水剂体系，所述堵水剂体系包括发泡液、隔层凝胶段塞、封堵凝胶段塞，其中：所述发泡液的组成为：发泡剂0.5％-2％，稳泡剂0.1％-3％，余量为水；所述隔层凝胶段塞的组成为：水玻璃1％-30％，水玻璃交联剂0.1％-2％，余量为水；所述封堵凝胶段塞的组成为：碱木质素3％-20％，碱木质素交联剂3％-10％，余量为水，以上百分比均为质量百分比。

以上各段塞的基液由将各组分按比例混合即得，各基液制备过程简单，方便使用，并且，上述各段塞的基液粘度均小于5mPa·s，易于泵送进入水窜通道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

一、本发明的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法的具体实施例

实施例1

本实施例的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，各段塞的组成具体如下：

氮气泡沫段塞中发泡液的组成为：发泡剂1％，稳泡剂0.1％，余量为水，具体的，以占发泡液的总重量百分比计，发泡剂的组成为：α-烯基磺酸钠1％，稳泡剂的组成为：聚丙烯酰胺0.1％；

隔层凝胶段塞的组成为：水玻璃20％，水玻璃交联剂2％，余量为水，具体的，水玻璃的模数为2.9，有效物含量为30％，水玻璃交联剂，以占隔层凝胶段塞的总重量百分比计，其组成为：乙酸乙酯1％，氯化铵1％；

封堵凝胶段塞的组成为：碱木质素10％，碱木质素交联剂9％，余量为水，具体的，碱木质素的分子量为1000-2000，碱木质素交联剂，以占封堵凝胶段塞的总重量百分比计，其组成为：甲醛6％，苯酚3％。

具体步骤为：

2)计算段塞的总用量，采用长方体模型计算各段塞用量，体积计算公式为Q＝2RhLΦ，其中Q为段塞的总体积，单位m³，R为封堵半径，单位m，L为出水段长度，单位为m， h为1/2油层有效厚度、隔层厚度、1/3水层厚度之和，单位为m，Φ为有效孔隙度；

对于氮气泡沫段塞，氮气与泡沫的地下体积比为1:1，根据氮气泡沫的总体积计算氮气的地下体积，利用克拉伯龙方程PV＝nRT换算得到注入氮气的地面体积，以标况计算，所得为所需氮气的标况体积，其中井下氮气的压力以氮气注入压力计，井下氮气的温度为40℃℃；

3)依据前述段塞体积计算的结果，先注入氮气，再注入发泡液，形成氮气泡沫段塞，再依次注入隔层凝胶段塞、封堵凝胶段塞，根据封堵强度需求选择隔层凝胶和封堵凝胶段塞比例；

4)最后注入后置段塞，通常为水，将前述段塞顶替出筛管及近井筒地带，防止其在近井筒附近固结，堵塞注汽、采油通道。

实施例2

氮气泡沫段塞中发泡液的组成为：发泡剂1.5％，稳泡剂0.2％，余量为水，具体的，以占发泡液的总重量百分比计，发泡剂的组成为：十二烷基硫酸钠1.5％，稳泡剂的组成为：羧甲基纤维素钠0.1％，粉煤灰0.1％；

隔层凝胶段塞的组成为：水玻璃15％，水玻璃交联剂1.5％，余量为水，具体的，水玻璃的模数为3.1，有效物含量为32％，水玻璃交联剂，以占隔层凝胶段塞的总重量百分比计，其组成为：甲酸乙酯1％，氯化铵0.5％；

封堵凝胶段塞的组成为：碱木质素15％，碱木质素交联剂10％，余量为水，具体的，碱木质素的分子量为1000-2000，碱木质素交联剂，以占封堵凝胶段塞的总重量百分比计，其组成为：乌洛托品5％，苯酚5％。

具体步骤与实施例1相同。

实施例3

本实施例的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法中，各段塞的组成具体如下：

氮气泡沫段塞中发泡液的组成为：发泡剂0.8％，稳泡剂0.15％，余量为水，具体的，以占发泡液的总重量百分比计，发泡剂的组成为：十二烷基硫酸钠0.8％，稳泡剂的组成为：聚丙烯酰胺0.15％；

隔层凝胶段塞的组成为：水玻璃10％，水玻璃交联剂1％，余量为水，具体的，水玻璃的模数为3.5，有效物含量为35％，水玻璃交联剂，以占隔层凝胶段塞的总重量百分比计，其组成为：乙酸乙酯0.5％，氯化铵0.5％；

封堵凝胶段塞的组成为：碱木质素6％，碱木质素交联剂5％，余量为水，具体的，碱木质素的分子量为1000-2000，碱木质素交联剂，以占封堵凝胶段塞的总重量百分比计，其组成为：甲醛3％，苯酚2％。

具体步骤与实施例1相同。

二、本发明的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法使用的堵水剂体系的具体实施例

实施例4

本实施例的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法使用的堵水剂体系，包括实施例1中的发泡液、隔层凝胶段塞、封堵凝胶段塞。

实施例5

本实施例的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法使用的堵水剂体系，包括实施例2中的发泡液、隔层凝胶段塞、封堵凝胶段塞。

实施例6

本实施例的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法使用的堵水剂体系，包括实施例3中的发泡液、隔层凝胶段塞、封堵凝胶段塞。

实验例

以实施例1的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法中的氮气泡沫段塞、隔层凝胶段塞、封堵凝胶段塞组成堵水剂体系，采用实施例1的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，进行生产实验，具体如下。

春10Ⅱ1-3-8H井是春光油田春10区块部署S1Ⅱ1小层的一口热采水平井，具体为蒸汽吞吐井。2013年4月5日开钻，2013年4月14日完钻，完钻层位为沙湾组一段Ⅱ1小层，完钻井深：斜深1300.00m(垂深938.74m)。轨迹进入点(N1S1Ⅱ1砂顶)：斜深1064.00m，垂深937.73m，水平位移240.97m。春10Ⅱ1-3-8H井生产层段与下部水层距离仅仅1-2m，隔层厚度较薄。

采用本发明实施例1的氮气泡沫段塞、隔层凝胶段塞、封堵凝胶段塞作为主体段塞，外加后置段塞进行堵水实验。确定出水段位置后，使用封隔器卡封，保证后续注入的段塞能够到达设计位置，利用井温测试后确定出水段长度L为10m，封堵半径R为30m，有效孔隙度为0.27，油层有效厚度为4m，隔层厚度为2m，水层厚度为5m，因此 h＝1/2*4+2+1/3*5＝5.7m。根据体积计算公式，设计主体段塞的体积为 Q＝2RhLΦ＝2*30*5.7*10*0.27＝923m³，其中，氮气泡沫段塞：275m³，隔层凝胶段塞324m³，封堵凝胶段塞324m³。氮气泡沫段塞主要在水层中，按需封堵的水层厚度(1.7m)计算 Q＝2RhLΦ＝2*30*5.7*10*0.27-2*30*4*10*0.27＝275m³，凝胶段塞选择主要依据强度和经济效益两方面考虑，隔层凝胶封堵强度要满足后续注入段塞的施工压力4MPa，余量系数按 80％考虑，本井隔层凝胶段塞封堵半径为2m，封堵强度为5MPa,，考虑本井初期注汽压力为14MPa，为保证封堵效果余量系数按70％考虑，强度需要14/0.7＝20MPa，封堵凝胶段塞封堵半径为2m，封堵强度为15MPa，氮气与泡沫地下体积比为1:1，由克拉伯龙方程PV ＝nRT换算标况下的氮气注入体积，即15500Nm³。

采用上述堵水措施后，采出油的综合含水率下降明显，由94.7％降至85.3％，有效期长达三个周期，峰值产油9t，累计增油408.8t。

Claims

1.一种薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定油层出水段，注入氮气泡沫段塞，以抑制下层水侵入隔层；然后注入隔层凝胶段塞，隔层凝胶段塞主要由水玻璃、水玻璃交联剂、水组成，隔层凝胶段塞进入隔层，成胶后对隔层内孔隙进行封堵；

再注入封堵凝胶段塞，封堵凝胶段塞主要由碱木质素、碱木质素交联剂、水组成，封堵凝胶段塞进入油层与隔层边界，成胶后对油层与隔层边界形成封堵。

2.根据权利要求1所述的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，其特征在于，隔层凝胶段塞由以下质量百分比的组分组成：水玻璃1％-30％，水玻璃交联剂0.1％-2％，余量为水。

3.根据权利要求1或2所述的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，其特征在于，所述水玻璃交联剂为甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、氯化铵、甲醇中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，其特征在于，封堵凝胶段塞由以下质量百分比的组分组成：碱木质素3％-20％，碱木质素交联剂3％-10％，余量为水。

5.根据权利要求1或4所述的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，其特征在于，所述碱木质素交联剂为甲醛、苯酚、间苯二酚、乌洛托品中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，其特征在于，注入氮气泡沫段塞采用先注入氮气，再注入发泡液的形式。

7.根据权利要求1或6所述的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，其特征在于，氮气泡沫段塞由氮气和发泡液形成，以质量百分比计，发泡液的组成为：发泡剂0.5％-2％，稳泡剂0.1％-3％，余量为水。

8.根据权利要求7所述的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，其特征在于，所述发泡剂为α-烯基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚、山梨醇酐单油酸酯中的一种或几种。

9.根据权利要求7所述的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法，其特征在于，所述稳泡剂为聚丙烯酰胺、羟丙基胍胶、羧甲基纤维素钠、膨润土、粉煤灰、碳酸钙中的一种或几种。

10.如权利要求1-9中任一项所述的薄隔层稠油油藏下层水堵水方法使用的堵水剂体系，其特征在于，包括发泡液、隔层凝胶段塞、封堵凝胶段塞，其中：

所述发泡液的组成为：发泡剂0.5％-2％，稳泡剂0.1％-3％，余量为水；

所述隔层凝胶段塞的组成为：水玻璃1％-30％，水玻璃交联剂0.1％-2％，余量为水；

所述封堵凝胶段塞的组成为：碱木质素3％-20％，碱木质素交联剂3％-10％，余量为水，以上百分比均为质量百分比。