水平井化学机械组合堵控水工艺及管柱分析

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(中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452)①

水平井开采是提高采收率的有效技术手段之一，在不同类型油气藏(气顶、底水、稠油、裂缝等)被广泛应用。由于自身储层非均质性强或开采过程生产压差不均衡等问题，水平井在开发过程中暴露出的问题也日益突出，特别是底水油藏水平井，存在底水上升快、产量递减快，且找水控水困难等问题，严重影响了水平井产能发挥和开采综合效益[1-3]。针对目前大量水平井高含水的现状，切实加强底水油藏控水增油、提高水平井开采效果及油田整体开发效益具有重要意义。目前，水平井普遍采用管外无封隔器的割缝筛管完井方式，国内该类完井方式占70%，国外则达到90%[4-6]。针对此完井方式，水平井的控/堵水成为水平井治理的重点及难点，已成为影响水平井稳产的重要技术瓶颈。

结合裸眼筛管完井水平井控水堵水工艺现状，研究出一种适用于该完井方式的根部控水堵水管柱工艺。利用一趟管柱，实现ACP管外化学环空封堵分段，化学堵剂定点封堵及中心管控水的组合治水方式，既能避免单一的堵水措施有效期短、风险大等问题，又能实现一趟管柱情况下完成堵水、控水工艺的组合，有效减少现场施工中起下管柱的次数，极大地节约施工时效，减少施工成本，具有良好的现场应用价值。

1 堵、控水新工艺原理分析

针对水平井根部控水技术，研究出一套适合于目标井储层条件清楚，能够确定出水层位的水平井堵、控水新工艺。此工艺将水平井化学堵水与机械控水工艺相结合，集成ACP环空化学封隔、定点化学封堵、中心管控水三种工艺技术，是一种综合有效的堵、控水新工艺。

1.1 ACP环空化学封隔技术

割缝衬管完井是水平井最为常见的完井方式，一般在衬管与井筒壁面环空中没有隔挡，不存在有效封隔，因此给水平井堵、控水的有效实施提出了巨大的挑战。在对出水层位明确的条件下，本文工艺设计中，考虑利用ACP材料在环空形成化学封隔进行有效封堵，为后续堵水作业提供条件。主要利用ACP材料的特殊性能(静止后粘度可快速升高，防止“重力坍落”；具备高强度特性)，借助油管和封隔器，在割缝套管与井壁之间的环空适当位置放置能够形成化学封隔层的可固化液，形成不渗透的高强度段塞[7-8]，达到隔离环空区域的目的，如图1所示。本文研究对象为水平井根部出水，只需要一个ACP与管内封隔器配合即可。

图1 ACP管外环空化学封隔技术原理

1.2 定点化学封堵技术

在ACP管外化学封隔的基础上，配合管内封隔器，实现了对出水部位的有效封隔，可针对性地对出水部位进行定位、定点注入化学封堵剂，克服堵剂笼统注入的局限及风险，提高施工效果[9]。针对水平井根部出水，选用ACP环空化学封隔+定点化学封堵的堵水技术，如图2所示，堵水的同时可有效地保护产层，不影响水平井其他部分的产能释放，此图为此工艺的简单示意图。为达到理想的堵水效果，必须通过大量研究评价筛选出适合目标井的化学堵剂，暂堵剂的性能直接影响堵塞水效果。

图2 定点化学封堵技术原理

1.3 中心管控水技术

中心管控水工艺是在常规水平井完井(筛管、衬管或射孔完井)基础上，向井眼中再挂上一根小于井眼直径的油管(或者盲管与预孔管的组合管柱)，并用封隔器封堵跟端处小直径油管和井眼之间的环空(如图3所示)，从而改变井筒内流体流动方向，降低产水量较大井段的压差，改善水平井流入剖面，如图4所示，可达到延缓水脊上升和增油降水的目的[10-12]。本文研究过程中，考虑到目标水平井已经进入高含水期，含水率达90%左右，单独进行定点化学封堵时，存在ACP封隔不住、化学封堵强度及有效期差的风险，可能导致堵水效果差，为此综合考虑将堵剂定点注入根部目标层段，此后向水平段下入中心管，形成化学堵水与中心管柱联作的新工艺。

在中心管柱设计过程中，必须根据目标井的结构、钻遇情况、岩石和流体性质以及生产特征等情况，预测不同中心管结构、中心管长度、中心管管径对产液剖面及其均匀度的影响，推荐适合目标井最优的中心管实施方案。

图3 中心管示意(跟端)

图4 加入中心管前后的流入及压力剖面

2 工艺管柱简介

要实现ACP环空化学封隔、定点化学封堵、中心管控水3种工艺技术的集成，形成高效、省时的堵、控水新工艺，并进行现场应用，必须改进现场工艺管柱，实现一趟管柱完成化学堵水、机械控水联作。为此，根据目标井实际问题，研制出一种新管柱，能够有效实现裸眼筛管完井方式下水平井根部堵水控水一体化工艺的要求。本文所介绍工艺管柱属于个例，实际使用中可根据单井情况，灵活调整中心管结构或下入其他配套井下工具以到达最优的控水需求。

2.1 管柱结构

本文所述的裸眼筛管完井水平井根部控水堵水工艺管柱结构如图5所示。

1—丢手；2—定位密封；3—K344型液压膨胀封隔器；4—定压注入阀；5—K344型液压膨胀封隔器；6—单流阀；7—引鞋；8—油管短节。

2.2 工作原理及方法

1) ACP环空化学封隔。

现场施工时(如图6)，选择根部出水层段下方的合适位置(一般选取隔夹层或差油层)，调整定位密封以下油管短节长度，确保定位密封插入顶部封隔器后2个K344型膨胀封隔器的位置分别位于隔夹层或差油层的上下方。井口一定压力泵注ACP段塞，使2个K344型膨胀封隔器坐封。当压力超过定压注入阀设定的开启压力时，ACP段塞通过定压注入阀注入至目的层段。完成注入后，井口停泵泄压，使2个K344型膨胀封隔器胶筒回收、解封，关闭定压注入阀。

2) 化学堵剂定点封堵。

上提管柱至图6中根部出水层段，井口一定压力泵注化学堵剂，使2个K344型膨胀封隔器坐封。当压力超过定压注入阀设定的开启压力时，堵剂通过定压注入阀注入至目的层段，井口停泵泄压，使2个K344型膨胀封隔器的胶筒回收、解封，关闭定压注入阀。

3) 中心管控水。

下放管柱，使定位密封插入顶部封隔器。丢手并生产时，保留图6中的生产层段，原挤注管柱充当根部控水中心管。

1—丢手；2—定位密封；3—K344型液压膨胀封隔器；4—定压注入阀；5—K344型液压膨胀封隔器；6—单流阀；7—引鞋；8—油管短节。

按照上述操作方法，3种工艺的组合实施，首先可以实现一趟管柱，完成ACP管外化学环空封堵分段，化学堵剂定点封堵及中心管控水的组合治水方式，避免了常规施工中的多次起下管柱，极大地节约施工时效，减少施工成本。此外，化学堵水与中心管柱控水相结合，能够有效确保措施效果，控制根部水锥，不仅对出水层位进行了封堵，也改变了井筒内流体流动的渗流方式及压力分布，可有效改善流入剖面，起到双重保险的作用。

3 现场应用效果分析

目标区块以岩性构造复合油藏为主，主要发育3种油藏类型：构造块状油藏、构造层状油藏和岩性油藏，其整体受构造控制，高部位油层发育，低部位油层薄。

目标井A 2004-07投产，采用水平井进行开发，ø177.8 mm优质筛管完井。截止2012-01，综合含水已经为91.8%，而采出程度仅10.1%，如果没有适当的补救措施，势必过早关井。通过油藏地质认识及测试分析，确定该井根部为主要出水层段，在2012—2014年，尝试过多次堵水控水作业，选用化学暂堵剂均为CESP材料凝胶体系。但是，多次尝试后出现暂堵效果差、堵水困难、堵水成功率低的现象，化学堵水的成功率只有20%左右。采用中心管控水，使含水率下降约5%，成功率在60%左右，但有效期只有几个月。在多次堵控水作业尝试后，2014年采用复合堵控水工艺，作业后含水量降低20%以上，目前仍在有效期范围内，有效期超过8个月。因此，此工艺相对常规堵、控水工艺具有成功率高、有效期长且操作简单方便，具有良好的现场推广价值。

4 结论

1) 目前，部分水平井暴露出高含水的问题，含水率高达90%以上，严重影响油田的开发效果，而常规化学堵水方法成功率低，中心管柱控水能力有限且有效期短，必须研制出高效、可行的堵控水新工艺。

2) 本文介绍了一种集成ACP环空化学封隔、定点化学封堵、中心管控水三种工艺技术于一体的化学堵水、机械控水联作新工艺，此组合新工艺的实施能有效提高对裸眼筛管完井水平井根部出水治理效果。

3) 为实现化学堵水、机械控水联作新工艺的有效实施，针对目标井对工艺管柱进行改进，形成了由丢手、定位密封、K344型液压膨胀封隔器、定压注入阀、单流阀、引鞋、油管短节构成的新管柱结构。此工艺管柱能够实现一趟管柱完成ACP化学分段、化学堵剂定点挤注及中心管控水3种工艺组合，节约施工时效，减少施工成本。

4) 此堵控水新技术具有实施成功率高、控水有效期长，且工艺管柱结构简单，现场操作方便等优点，具备很好的现场推广价值。

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