水平井分段定位找堵水技术及配套工艺研究与应用

齐行涛

（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

目前国内外水平井找水的方法主要有爬行器、水力输送的电缆仪器测试和拖动式封隔器机械卡找水技术。首先前者受井筒及漏失等复杂情况影响，很多时候仪器难以下到测试井段，准确性较差[1]，而后者主要应用于分段射孔完井的水平井，测试周期长，管柱可靠性、稳定性差测试符准确率低，另外两种技术费用高昂，难以规模推广应用，水平井堵水常用的为聚合物笼统挤注，聚合物堵剂具有：强度低，有效期短，成功率低等缺点，而普通水泥类高强度堵剂难以做到准确的放置，与压井液产生无控制的混相，安全风险较高等问题[2]，为此针对筛管分段完井的水平井、分段射孔完井的水平井研究配套了分段准确找水定位堵水高强度封堵配套工艺技术。

1 标记物找水技术原理

通过模拟试验研究所制备的固体标记物溶解速度与产水流速和累计测量时间成线性关系，根据这种线性关系在地面试验模型中测量出不同流速在单位时间内固体标记物的溶解速率K，K 为一常数。不同标记物的特征含量强度M，M 为地面检测装置的测量值，则标记物特征含量强度与流量之间关系为：

式中：M-特征含量强度，s-1；K-常数；Q-流量，m3。

首先从产出液体中可检测到不同标记物的能谱峰面积（特征含量强度）M 值，由于流经最底部标记物的流量Q总为油井在测试时间内的总流量，为已知值，根据（1）式求得最底部标记物K底值，根据强度的比值从而求得不同位置标记物的K 值，从而求得经过不同位置标记物的流量Q，最终得到油井不同井段产水量的产出剖面。

1.1 单部位出水情况

在水平井段的跟部、中部和趾部放置三个标记物释放装置（A）、（B）、（C），因为跟部无产出，所以标记物（A）将因为没有流动，而无法被携带到地面，而中部的产出水沿着“套管环空-井底-油管-地面”的流动过程中，除了携带中部溶解释放的标记物（B）以外，还将携带趾部溶解释放的标记物（C），由于标记物释放速度与流速成比例、以及产出水从中部向趾部的流动为同一流速。在地面的伽马检测将会检测出同位素（B）、（C）和特征含量差异，而同位素（A）将检测不到，由此可根据检测结果（0-B-C，WB=WC），判定该井为中部的单点出水（见图1）。

1.2 多部位出水情况

在水平井段的跟部、中部和趾部放置三个标记物释放装置（A）、（B）、（C），由于跟部无产出，则标记物（A）无法被携带到地面，而中部和趾部的产出水沿着“油管外环空-井底-油管-地面”的流动过程，在单位时间内中部和趾部出水量的加合，将造成趾部流速大于中部流速，在地面的伽马检测将会检测出同位素（B）、（C）和两者的特征含量差异，且同位素（C）的特征含量会大于同位素（B）的特征含量。由此可根据检测结果（0-B-C，WB＜WC），判定该井为中部和趾部出水（见图2）。

2 同位素标记物研究

针对水平井多段测试的需要，利用核变技术选取了5 种可用于微量痕迹测试的稀有元素。所选取的同位素标记物为自然界中不存在的同位素，具有自身独特γ 射线强度，同位素标记物间的γ 能谱不相互干扰的特征。所选取这5 种同位素标记物的元素都具有短的半衰期，一般小于60 d，即60 d 后活度将衰减一半，一年衰减64 倍。另外，标记物出厂活度较低，为105Bq量级，按国家法规规定为豁免级别（见表1）。

图1 水平井中部出水的测试原理图

图2 水平井多部出水的测试原理图

表1 同位素标记物及其性能参数

3 测试工具和测试工艺管柱研究

为了实现在井下适时测试，克服修井液对标记物溶解的影响研究了标记物井下释放装置。该装置采用限压滑套打开结构，将标记物安装在滑套内，与油田常用采油管柱连接布放在井下[3，4]（见图3）。

装置的性能参数：

（1）本体最大外径：Φ93 mm，最小内径：Φ25 mm，工具总长：810 mm；

（2）滑套打开压力：5 MPa～15 MPa；

图3 释放装置设计图

（3）拉拔强度：大于60 kN。

3.1 测试工艺研究

测试管柱主要由抽油泵、套压阀、封隔器和测试装置组成，测试工艺步骤如下：

（1）提出原井生产管柱，下通井规通井至井底；

（2）下测试工艺管柱，并将固体标记物释放装置按照要求放置在不同井深位置；

（3）将封隔器坐封在预定位置，从套管打压通过套压阀将释放装置滑套打开；

（4）启泵抽吸在地面连续监测6 h～8 h，采出液通过地面检测流程后进入注水管汇系统。

4 水平井准确定位封堵工艺

采用水平井堵水用触变膨胀型高强度堵剂，配套用于堵剂注入过程中保护堵剂段塞的自降解溶胶暂堵剂和水平井堵水工具，形成了准确定位封堵工艺，克服了普通水泥类堵剂在水平段易混相坍塌及安全问题，实现了对水平井准确定位封堵。

4.1 体系配方

触变膨胀型高强度堵剂由超细复合颗粒材料和多功能悬浮剂混配形成颗粒溶胶，该溶胶体在高温静置一段时间后由于颗粒的边角和末段间相互吸引可形成网架结构而失去流动性，但在外力作用下网架结构被破坏，流动性又可以恢复，溶胶具有强触变性[5，6]，在高温下经过一定时间最终会凝固而形成高强度的固体。通过反复试验最终确定配方为：清水+0.3 %复配型发泡剂X+3.2 %稳定调节剂H+4.5 %细目碳酸钙粉T+180 %超细水泥S，搅拌10 min 配制成触变膨胀型高强度堵剂[7-14]。

4.2 综合性能室内评价

4.2.1 触变性能评价 将堵剂放入比色管中，在30 ℃～90 ℃不同温度下养护观察，堵剂在15 min～30 min 可形成网络结构而失去流动性，比色管朝下堵剂不倒流，用玻璃棒搅拌后又恢复流动性，通过试验公式计算其屈服值为12.4 kPa，该触变膨胀型高强度堵剂在一定温度下养护一段时间后可形成网络结构失去流动性，又可在一定外力下恢复流动性，具有较好的触变性能。

4.2.2 膨胀性能评价 将配制好的触变膨胀型高强度堵剂装入可变性塑料瓶内密封，用排水法测量其体积变化，然后放入恒温箱内，待完全固化后取出，同样用排水法测量出固化后塑料瓶体积，通过试验表明，在凝固过程中不出现析水现象，固化后体积膨胀1 %～1.5 %，有利于完全封堵管外环空。

4.3 水平井配套自降解溶胶暂堵剂研制

对于筛管完井的漏失比较严重的水平井无法进行分段定位封堵作业，由于筛管孔径小，目前常用的颗粒暂堵剂不适用，因此研究自降解溶胶暂堵剂[16-18]。

自降解溶胶暂堵剂主要由与堵剂配伍性好的生物聚合物和纳米材料加重剂组成，该溶胶黏度为120 mPa·s～200 mPa·s，密度为1.4 mg/mL～1.7 mg/mL，在高温下易降解，不会对油层形成永久性污染，由于溶胶的黏度大于堵剂的黏度，且密度与堵剂相近，因此堵剂不会与溶胶发生混相，进一步防止了堵剂在注入过程中与压井液混相和静止后发生纵向扩散坍塌，保证了封堵效果[18-20]（见表2）。

5 现场应用

水平井分段定位找堵水技术已在大港油田成功试验了4 井次。试验结果表明，施工成功率100%，累计增产原油7 812 t，天然气1.4×104m3。下面以孔1033H2井为例介绍具体试验情况。

孔1033H2 井为六厂孔店油田的一口生产水平井，采用筛管完井，该井自投产以来含水一直平稳，2017年6 月含水突然上升至100 %，作业过程中该井漏失情况严重，其他测试找水工艺根本无法实施，因此采用水平井分段找水技术，在水平井段布放了4 种标记物测试短节，在动态生产情况下完成了找水测试，并准确找到该井出水段，并利用水平井分段堵水工艺使该井恢复措施前产量，含水从100 %降至89 %，日产油3.15 t，并取得较好措施效果，为今后高含水水平井的治理提供了一种安全可靠、经济实用的技术手段。

5.1 现场找水测试及结果

表2 自降解溶胶暂堵剂降解能力表

图4 孔1033H2 井产水剖面图

采用油管传输方式下入带有4 种标记物的测试管柱，标记物D 布放在井深1 450.00 m 处，监测是否存在油层套管套漏和管外分隔器、分级箍及水泥环的密封情况是否存在管外窜流；标记物C 布放在井深1 527.00 m 处，监测出水部位是否为水平段跟部；标记物B 布放在井深1 565.00 m 处，监测出水部位是否为水平段中部；标记物A 布放在井深1 598.00 m 处，监测出水部位是否为水平段趾部，连续6 h 的生产测试，地面检测设备对采出的地层水进行连续监测，通过监测软件将4 个标记物的强度信号经归一化处理、滤除井下噪声信号后，根据信号积分量定量计算出流经各标记物的水流量，得到孔1033H2 井不同井段产水剖面图（见图4），孔1033H2 井累计测试采出水28 m3，来自1 451.25 m 以上的产液量接近25 m3，可初步判断为主力产水部位。

5.2 定位堵水作业及效果

为进一步验证找水的准确性，对筛管以上套管进行二次验证，通过双卡封隔器分段试压及氧活化测试作业，证实在1 394 m～1 407 m 井段存在套漏，套漏点在14#、15#水层上测吸水量为12 m3/h（11 MPa），应用触变膨胀型高强度堵剂和配套工艺技术对该井进行了定位封堵作业，使该井恢复措施前产量，含水从100 %降至89 %，日产油3.15 t，并截止到目前还继续保持稳产，可以说明水平井找堵水一体化工艺日趋成熟，为今后高含水水平井的治理提供了一种安全可靠、经济实用的技术手段。

6 结论

（1）水平井油管传输标记物分段示踪找水技术由于采用油管传输方式，不受水平井井眼轨迹和井筒条件的限制，大幅度提高了测试成功率。并可在动态生产条件下测试，测试结果能真实反映生产情况下水平井不同井段的产水情况，测试结果可靠。

（2）水平井封堵用触变膨胀型高强度堵剂具有较强触变性和膨胀性能，凝固时间可控，并通过配套自降解溶胶和封隔器等井下工具，克服了常用水泥类堵剂在水平段易混相坍塌及安全性差的问题，可实现对出水井段的定位分段封堵。

（3）水平井找堵水一体化工艺技术在孔1033H2井的成功应用，进一步验证了找水技术的准确性和水平井专用堵剂、配套工具及水平井钻塞等施工工艺的安全性和有效性，整体成本较其他水平井找堵水工艺降低30 %以上，为今后高含水水平井的治理提供了一种安全可靠、经济实用的技术手段，今后应进一步深化研究和规模推广应用。