間歇注入封堵大孔道油層技術(shù)

1、間歇注入封堵大孔道油層技術(shù)大孔道油層的物性特點(diǎn)：1 、 油層巖石有效孔隙度大。采油廠(chǎng)開(kāi)發(fā)區(qū)域內(nèi)油水井大孔道油層的有效孔隙度通常在 10-20% 之間，按儲(chǔ)集層 孔隙度分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（砂巖） ，應(yīng)在中等好極好三個(gè)等級(jí)之間。2、油層滲透率好 ,吸水能力強(qiáng)。采油廠(chǎng)開(kāi)發(fā)區(qū)域內(nèi)油水井大孔道油層的滲透率通常不低于 0.1um2 ，部分油層滲透率2高達(dá) 1-3um2，按儲(chǔ)集層滲透率分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)， 應(yīng)被評(píng)定為滲透性好和滲透性極好的油層。3、經(jīng)過(guò)強(qiáng)采強(qiáng)注等措施后，使大孔道油層的孔隙度和滲透率進(jìn)一步增 大。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的強(qiáng)采強(qiáng)注后，導(dǎo)致油層出砂嚴(yán)重，使井筒附近油層嚴(yán)重虧空甚至使油層 形成了高滲流帶，同層生產(chǎn)的油水井之間

2、的連通性進(jìn)一步增強(qiáng)。 448 井的 H1123、5與 50m外的 3113井具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 2006 年8月在對(duì) 448井的 H1123、5進(jìn)行封堵 超細(xì)水泥封堵之后， 3113井進(jìn)行轉(zhuǎn)注作業(yè)， 起出抽油泵后發(fā)現(xiàn)泵筒內(nèi)有大量水泥漿， 足 以說(shuō)明以上兩井之間具有非常好的連通性。在較低的泵壓下（通常在 15MPa以下），大孔道油層的吸水能力在 500L/min 以上， 部分虧空嚴(yán)重的油層甚至?xí)l(fā)生自吸。一、常規(guī)超細(xì)水泥封堵技術(shù)的作用機(jī)理及施工工藝：1、封堵機(jī)理： 超細(xì)水泥封堵技術(shù)以超細(xì)水泥為主劑，多種添加劑復(fù)配，形成一種顆粒型、高強(qiáng)度 的封堵劑。超細(xì)水泥具有粒度小 （平均粒徑小于 5um,最

3、大不超過(guò) 10um）的特點(diǎn)，這一特 點(diǎn)使其具有良好的水化性能、流變性和易進(jìn)入地層的能力，它和一定比例的水均勻混合 凝固后形成水化產(chǎn)物硅酸鈣，其結(jié)構(gòu)均勻致密，具有較高的抗壓強(qiáng)度和較好的抗?jié)B透能 力。因此，根據(jù)油層物理學(xué)基礎(chǔ)公式2K= d2 /32式中： K滲透率， um2；孔隙度， %； d地層平均孔徑， um向地層注入懸浮體形堵劑 （超細(xì)水泥漿 ），進(jìn)入封堵段后固化、凝固，必然會(huì)降低高滲透 層 （即高含水層 ）的有效孔隙度及平均孔徑，進(jìn)而降低其滲透率，最終達(dá)到堵水、封竄、 堵漏的目的。2、施工工藝：（1）堵劑基本配方 由水和水泥混合而成的水泥漿，通常需加入緩凝劑等添加劑來(lái)改善體系的性能。室 內(nèi)

4、對(duì)堵劑配方進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)， 得出的基本配方是：水灰比為 0.65的水泥漿 +3 4 緩凝劑等。（2）堵劑的主要性能 封堵強(qiáng)度大于 15MPa，封堵率大于 98%，初凝時(shí)間大于 5h。（3）工藝參數(shù)設(shè)計(jì) 擠堵壓力 :10-40MPa。 排量控制 : 堵劑排量一般控制在 300L/min 左右。 堵劑用量 : 現(xiàn)場(chǎng)施工中，水泥漿用量可由下式計(jì)算：Q= r 2h式中： Q封堵目的層的水泥漿用量（ m3 ）；r 封堵半徑（ m），根據(jù)河南油田堵水經(jīng)驗(yàn)，堵劑處理半徑一般為 1m，孔隙度和 滲透率較好時(shí)取 1.2m；h封堵段砂層厚度（ m）； 地層孔隙度（ %）。以平均孔隙度為 20%計(jì)算，通常情況下每

5、米地層堵劑用量為 0.6-0.8m 3。（4）施工工序： 前期準(zhǔn)備（通井、刮削、洗井、驗(yàn)證封堵層與上下油層間是否竄槽、填砂以保 護(hù)底部油層。）； 下入封堵施工管柱，正洗井、坐封、打開(kāi)滑套，試擠清水、驗(yàn)證封隔器和管柱- 2 -的密封性； 按要求以最短的時(shí)間配制好所需的水泥漿后立即擠入地層、按設(shè)計(jì)要求一次性將所需清水頂替到位（泵壓大于 20MPa 時(shí)套管應(yīng)打平衡壓力） ； 關(guān)井?dāng)U壓； 反洗井（若井口有溢流時(shí)應(yīng)保壓洗井） ； 上提管柱至安全高度或起出井內(nèi)全部管柱、關(guān)井候凝 72 小時(shí)； 鉆塞至被封堵層底界以下后對(duì)被封堵層試壓 10-15MPa，30min 壓降小于 0.5MPa 為合格。二、超細(xì)水泥

6、封堵大孔道油層一次成功率偏低的原因分析：1、油層物性太好，堵劑用量難以預(yù)計(jì)。由于大孔道油層的孔隙度大、滲透性好，再加上經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的強(qiáng)采強(qiáng)注后導(dǎo)致油層出 砂嚴(yán)重，使井筒附近油層嚴(yán)重虧空甚至使油層形成了高滲流帶，油層孔隙度和滲透率已 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其原始數(shù)值，用常規(guī)的超細(xì)水泥封堵工藝對(duì)大孔道油層進(jìn)行封堵時(shí)，堵劑在進(jìn) 入油層后，很難充滿(mǎn)井筒周?chē)鷩?yán)重虧空的高滲地帶， 因而對(duì)此類(lèi)地層難以一次封堵成功， 而如果增大封堵半徑，堵劑用量將按平方關(guān)系增加，大大增加了施工成本。2、超細(xì)水泥漿的流變性好，在油層的駐留性差、易流失。通常情況下，為了保證施工安全，需要將超細(xì)水泥漿的初凝時(shí)間調(diào)整在 5h 以上， 所需的緩凝劑用量

7、一般不低于超細(xì)水泥干劑質(zhì)量的 3 4，以此配方配制的超細(xì)水泥 漿封堵大孔道油層時(shí)，由于超細(xì)水泥漿的流變性好，當(dāng)其進(jìn)入井筒附近的高滲油層后， 在油層孔隙中的駐留性差、易流失，在頂替清水的推動(dòng)下會(huì)擴(kuò)散至遠(yuǎn)井地帶并在稠化之 前被地層水稀釋并流失，最終導(dǎo)致了封堵失敗。實(shí)例： 413井超細(xì)水泥封堵 該井封堵目的層射孔數(shù)據(jù)如下表：層位 層號(hào)射孔井段（m）厚度（m）砂厚（m）有效厚（m）孔隙度 （%）滲透率（ um 2 ）電測(cè) 解釋巖性H 611598.3-1603.04.74.413.20.251油層灰白色含礫砂巖H 62.31603.0-1611.18.17.618.90.7370.478水層灰白色含礫

8、砂巖H 22-31639.3-1643.03.74.01.211未解釋未錄井4H 241646.0-1647.91.92.00.789未解釋未錄井2.3H 32.31654.7-1660.96.25.81.1421.201未解釋未錄井- 3 -依照以往超細(xì)水泥封堵的經(jīng)驗(yàn)， 按 1m 的半徑計(jì)算該井封堵所需超細(xì)水泥漿 13m3， 2007 年 3-4 月先填砂保護(hù)下部非封堵層， 試擠測(cè)得該段油層在 15MPa 的泵壓下的吸水 量為 610L/min 且停泵后泵壓即降為 0，4 月4 日對(duì)目的層進(jìn)行超細(xì)水泥封堵， 擠入超細(xì) 水泥漿 13m3、頂替清水 5m3后，施工泵壓從 015520MPa，關(guān)井

9、擴(kuò)壓 30min 后 井口油壓 11MPa ，關(guān)井 3天后鉆塞、對(duì)封堵段正打壓 15MPa 試壓，停泵后壓力即降為 0，對(duì)封堵段封堵不合格，對(duì)封堵段試擠清水，測(cè)得吸水能力與封堵前完全一致，據(jù)此 判斷，超細(xì)水泥漿對(duì)該段油層未產(chǎn)生任何的封堵作用。經(jīng)過(guò)查看 413 井封堵目的層的以往措施簡(jiǎn)況， 發(fā)現(xiàn)該井段油層曾長(zhǎng)期注水且進(jìn)行過(guò)4 次增注措施，列舉如下：1977 年射開(kāi) 1598.3-1611.1m 、1654.7-1660.9m 試油、 1978 年投注；1979 年射開(kāi) 1639.3-1643.0m 、1646.0-1647.9m 并分兩次高壓增注；1984 年對(duì) 1639.3-1660.9m 進(jìn)

10、行酸化增注；1986 年對(duì) 1639.3-1660.9m 進(jìn)行酸化增注；1995 年對(duì) 1598.3-1611.1m 進(jìn)行酸化增注。結(jié)合 413 井的封堵施工過(guò)程， 分析認(rèn)為該井封堵目的油層原始孔隙度大、 滲透性好， 在經(jīng)過(guò)多次的增注作業(yè)后，井筒附近油層嚴(yán)重虧空、滲流能力進(jìn)行一步增強(qiáng)，當(dāng)超細(xì)水 泥漿在進(jìn)入油層后，由于其流變性好，在油層孔隙中的駐留性差、易流失，在稠化之前 已被地層水稀釋并流失 （從封堵前后對(duì)封堵目的層測(cè)得的吸水情況完全一致即能證實(shí)超 細(xì)水泥漿已完全流失） ，最終導(dǎo)致了此次封堵施工的失敗。三、“間歇注入法”封堵大孔道油層技術(shù)研究及應(yīng)用：1、 “間歇注入法”封堵大孔道油層技術(shù)研究：

11、從超細(xì)水泥封堵大孔道油層一次成功率偏低的原因可以看出， 要想提高超細(xì)水泥封 堵大孔道油層的一次率，就必需增強(qiáng)超細(xì)水泥漿在井筒附近油層孔隙中的駐留性，使其 難以流失。（ 1） “間歇注入法”封堵大孔道油層的機(jī)理：首先將部分超細(xì)水泥漿擠入油層（ “間歇注入法”封堵大孔道油層施工工序示意圖 見(jiàn)圖 1），擠注過(guò)程中觀(guān)察泵壓，若泵壓較低說(shuō)明超細(xì)水泥漿在井筒附近油層孔隙中的 駐留性較差、流動(dòng)性好，容易被推至遠(yuǎn)井地帶，此時(shí)停泵間歇，使超細(xì)水泥漿在被擠入 油層前稠化，以降低其流變性，當(dāng)超細(xì)水泥漿的流變性足夠差時(shí)，再啟泵繼續(xù)擠注水泥 漿，若泵壓持續(xù)升高且停泵后壓力下降緩慢，則說(shuō)明超細(xì)水泥漿能有效駐留在井筒附近

12、孔隙內(nèi)并堆集起來(lái)，這時(shí)，將剩余的超細(xì)水泥漿全部擠入油層，就會(huì)完全駐留并聚集在 井筒附近的油層孔隙內(nèi)，凝固后就能對(duì)油層產(chǎn)生有效的封堵；反之，若啟泵后泵壓不會(huì) 發(fā)生明顯的升高，則說(shuō)明超細(xì)水泥漿仍不能有效駐留在井筒附近孔隙內(nèi)并堆集起來(lái)，需 要再次停泵間歇，等待超細(xì)水泥漿進(jìn)一步稠化，直至泵壓能夠持續(xù)上升且停泵后下降緩 慢。擠注水泥漿頂替清水、停泵間歇頂替清水、停泵間歇 頂替結(jié)束圖1：“間歇注入法 ”封堵大孔道油層施工工序示意圖（ 2） 施工工藝的優(yōu)選： 為了使超細(xì)水泥漿在被擠入油層前有足夠的空間進(jìn)行稠化，有兩種方式，第一種是 使水泥漿在油管內(nèi)稠化， 第二種是使水泥漿在套管內(nèi)稠化。 很明顯，為了確保施工

13、安全， 選擇使水泥漿在套管內(nèi)稠化更科學(xué)、更合理（因?yàn)椴扇〉谝环N方法時(shí)若稠化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)極 易發(fā)生“灌香腸”工程事故） ，可以根據(jù)超細(xì)水泥的設(shè)計(jì)用量來(lái)推算水泥漿稠化所需的 套管長(zhǎng)度。在對(duì)大孔道油層進(jìn)行封堵時(shí)，先漿水泥漿替出油管，等待水泥漿在套管稠化，當(dāng)水 泥漿稠化至能夠在井筒附近的油層孔隙內(nèi)有效駐留和堆集時(shí)再一次性將超細(xì)水泥漿頂 替到位，完成擠注工序。（ 3） 適用范圍： 封堵油水井全部油層或封堵油水井最上部的油層 （因?yàn)榉舛掠退聦訒r(shí)若封堵目 的層與上部非封堵層夾層太小時(shí)套管內(nèi)通常沒(méi)有足夠的稠化空間） 。（ 4） 注意事項(xiàng)： 需要停泵間歇時(shí)，一定要把確保水泥漿已頂替出油管以避免“灌香腸”工程事

14、故的發(fā)生。 停泵間歇頂替期間，一定要密切觀(guān)察井口壓力的變化情況，若頂替清水時(shí)壓 力能平衡上升且停泵后壓力下降緩慢， 說(shuō)明水泥漿已稠化至能夠有效駐留在井筒附近的 油層孔隙內(nèi)并堆集起來(lái)，這時(shí)必須一次性將清水頂替到位，否則，若停泵間歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng) 有可能導(dǎo)致泵壓過(guò)高，井筒內(nèi)的水泥漿不能完全被頂替進(jìn)油層，使井筒灰塞過(guò)長(zhǎng)，增加 鉆塞工作量。 在水泥漿中各組份添加比例完全一樣的情況下，對(duì)于不同的油層，由于油層孔 隙度和滲透率不同，停泵間歇的時(shí)間長(zhǎng)短會(huì)完全不一樣，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)壓力升降情況來(lái) 決定，不能完全參考其它井的施工情況。 在保證施工安全的前提下，為了縮短停泵間歇的時(shí)間（即水泥漿的稠化時(shí)間）可適當(dāng)減少水泥漿

15、中緩凝劑的添加比例。2、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及效果分析：（ 1） 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況：2007 年共應(yīng)用“間歇注入法”封堵具有大孔道油層的油水井8 口井（ 413 、453 、2215、422、K431、J3112、H401 、326），均一次性試壓合格， 施工一次成功率 100%， 其中 413 、2215 井為采用常規(guī)的超細(xì)水泥封堵技術(shù)封堵失敗后第二封堵， 453 井曾于 2006 年 6 月進(jìn)行可解性封堵失敗。2007 年 4 月對(duì)該井 1374.0-1391.4 進(jìn)行超細(xì)水泥封堵，試擠時(shí)測(cè)得該井段油層在 12MPa 下的吸水量為 700L/min 且停泵后油管壓力即降為 0，考慮到該層于 2006

16、年曾 進(jìn)行過(guò)可解性封堵（未成功）且孔隙度和滲透率均非常大，按 1.2m 的封堵半徑設(shè)計(jì)該 井段的堵劑用量同時(shí)采用了“間歇注入法”封堵管柱（施工管柱示意圖見(jiàn)圖2），4 月10 日應(yīng)用“間歇注入法”對(duì)該井段進(jìn)行封堵，先將超細(xì)水泥漿頂替至 1000m 后停泵間 歇，經(jīng)過(guò) 9 次的“停泵間歇 -頂替清水”后，將施工泵壓從施工初期的 14MPa 提高至 32MPa 并保持穩(wěn)定，關(guān)井 3 天后鉆塞、試壓合格，使該井一次性封堵成功。（ 2） 應(yīng)用效果分析：2007 年，應(yīng)用“間歇注入法”封堵大孔道油層 8 口井并全部取得成功（ 2006 年 1 月至 2007 年 4 月用常規(guī)的超細(xì)水泥封堵技術(shù)封堵大孔道油層 5 井次全部失敗），封堵 一次成功率從 0 提高至