水淹油井的井型劃分與對策

李 濛，徐 浩，張華北，車洪昌，王喻雄

(1.中海油研究總院有限責任公司，北京 100028；2.中國石油國際勘探開發(fā)有限公司，北京 100034)

自2009年開始，為了保持地層能量，伊拉克某油田開始了大規(guī)模籠統(tǒng)注水采油[1]。由于籠統(tǒng)注水導致伊拉克某油田部分油層出現(xiàn)了水淹，當油井含水率超過30%以后，越來越多的自噴油井開始停噴，這嚴重制約了油田的平穩(wěn)上產[2-3]。為了解決油田上產的瓶頸，伊拉克某油田大規(guī)模采用了無鉆機作業(yè)進行水淹油井的堵水作業(yè)，取得了較好的效果。

在應用無鉆機堵水作業(yè)工藝之前，伊拉克某油田以往常規(guī)的堵水作業(yè)方法是采用修井機擠水泥再以電纜作業(yè)補孔、復射，之后采用連續(xù)油管氮舉誘噴復產的作業(yè)流程。但這種方法的缺點較多，作業(yè)時普遍存在作業(yè)周期較長、作業(yè)費用高等情況，并且向地層擠水泥還會污染地層，產生儲層傷害[4-6]。同時，由于油田修井機作業(yè)合同數(shù)量的限制，油田修井機作業(yè)的排期較長。一般情況下，停噴井從發(fā)現(xiàn)停噴到修井機堵水作業(yè)復產需要等待6個月以上的時間，在此期間造成的油井產量損失巨大[1]。

目前，在國內外油田的開發(fā)過程中，各種先進的堵水工藝措施都有應用，但還未見系統(tǒng)應用無鉆機作業(yè)對不同類型水淹油井進行堵水作業(yè)的報道。本文詳細介紹了伊拉克某油田水淹油井的井型劃分以及針對不同井型水淹油井采取的相應作業(yè)步驟及注意事項，為該技術在同類型井中的應用提供了參考。

1 水淹油井的分型

根據(jù)不同的地質條件和油井出水原因，將眾多的水淹油井歸納總結分為不同的井型，并針對每種不同井型的具體井況有針對性地設計堵水方案，是提高油井堵水成功率及有效率的關鍵所在。經過歸納總結，伊拉克某油田水淹油井的井型大致可分為以下4種。

1.1 類型1：有隔夾層，封堵下部水淹層，上部射孔層段采油(圖1a)

該類型油井作業(yè)時要求封堵下部己水淹的射孔層段。該類型油井由未射孔的套管和一定厚度的巖性隔夾層將下部已水掩的射孔層段與上部產油層段隔開。對于該類型的油井，可采用封堵下部己水淹的射孔層段，對上部產有層段復射后進行生產。

1.2 類型2：無隔夾層，封堵下部水淹層，上部射孔層段采油(圖1b)

該類型油井作業(yè)時要求封堵下部射孔層段或層間水淹層。該類型油井的水淹層段與含油層段間沒有巖性隔夾層，油水處于同一射孔層段內。對于該類型的油井，封堵水淹層的同時應注意保護與其緊鄰的產油層。

1.3 類型3：有隔夾層，封堵上部水淹層，下部射孔層段采油(圖1c)

該類型油井作業(yè)時要求封堵上部射孔層段或層間水淹層。該類型油井由未射孔的套管和一定厚度的巖性隔夾層將上部已水掩的射孔層段與下部產油層段隔開。對于該類型的油井，封堵水淹層時應注意保護下部生產層段。

圖1 堵水類型(紅色矩形代表水淹射孔層段)Fig.1 Well types

1.4 類型4：無隔夾層，封堵上部水淹層，下部射孔層段采油(圖1d)

該類型油井堵水作業(yè)要求在某一射開層段的內封堵上部水淹層。該類型的油井在作業(yè)時由于在水淹層段與含油層段之間沒有巖性隔夾層，封堵水淹層段時應注意保護下部的生產層。

2 不同類型水淹井的堵水作業(yè)優(yōu)化

2.1 類型1和類型2井堵水作業(yè)設計優(yōu)化

類型1和類型2井的共同特點是封堵下部水淹層位，開采上部生產層位。在確定堵水方案之前，需要對井史、井況以及各種測井資料進行仔細研討，確定出水淹層位的壓力、溫度、流體類型、含油飽和度、水泥膠結情況等。

通過產液剖面測試(PLT測試)資料確定出水淹層位的壓力、溫度、流體類型，通過飽和度測井(RST)資料可以確定出水淹層位的含油飽和度，通過水泥固井測井(CBL)資料可以確定出水淹層位的水泥膠結情況。如果套管外水泥膠結情況較好，可選擇電纜堵水方案，反之則需要進行擠水泥等作業(yè)，再確定堵水方案。

優(yōu)化后的類型1和類型2井的電纜堵水作業(yè)施工工藝為：

(1)在動員電纜設備之前進行鋼絲通井，確保電纜儀器能夠順利下井。

(2)動員電纜設備到井場，安裝至井口并試壓。

(3)連接電纜通井工具串包括GR-CCL-壓力計(伽馬套管接箍測井)，套入防噴管，連好防噴器后通過快速試壓頭試壓后下井(以前的電纜通井元件中不下壓力計，分析一些失敗的堵水案例發(fā)現(xiàn)，根據(jù)壓力梯度確定橋塞坐封位置的流體類型至關重要)。

(4)校深，確定堵水位置的流體類型。

(5)起出通井工具串，連接MPBT(Mechanical Plug-Back Tool)工具和PosiSet過油管橋塞，測量工具尺寸，尤其橡膠件距離GR的距離，以便計算橡膠坐封位置。

(6)將工具套入防噴管，連好防噴器后通過快速試壓頭試壓后下井。

(7)將工具下至預定位置，校深，坐封橋塞，起出MPBT工具。

(8)連接DBA灰筒，如果堵水位置的流體是原油，則需在DBA中裝滿清水，將清水倒入井內，以防止原油對水泥的污染；如果流體是地層水，則直接裝滿G級水泥下井。

(9)下入DBA灰筒，至預定位置校深，將DBA灰筒下至PosiSet橋塞之上1 m處。

(10)開始倒水泥，等候3 min后，緩慢上提2 m，再下放2 m，確保水泥全部倒出。

(11)起出工具，重新充填水泥，以完成預定的水泥深度，一般以2 m為宜。

(12)在重復倒水泥的過程中，不能將DBA工具下至水泥漿中，防止堵塞水泥出孔。

(13)倒水泥完成后，起出工具，候凝。

(14)候凝后，再次下入通井工具探底，確定水泥塞的深度。

(15)確定深度合格后，下入連續(xù)油管氮舉返排，使油井恢復生產。

2.2 類型3和類型4井堵水作業(yè)設計優(yōu)化

類型3和類型4井的共同特點是封堵上部、中部或某一小層上部水淹層位，而后開采下部以及其他某一特定生產層位。類型3和類型4井堵水作業(yè)難度要比類型1和類型2井的堵水復雜得多，在工程設計中需要考慮的因素也較多，首先要根據(jù)井下溫度、壓力對施工用的G級水泥漿進行室內實驗，以確定合適的水泥漿配方。

油井水泥屬于硅酸鹽水泥中的一種，其基本要求如下：

(1)油井水泥在地上能夠配置成流動性良好的水泥漿，同時在井下條件下仍應保持基本的穩(wěn)定性。

(2)在井下環(huán)境下，在規(guī)定的時間內油井水泥能夠凝固并最終達到一定的強度。

(3)油井水泥應能和外加劑相互配伍，混合調節(jié)成各種性能的油井水泥。

(4)最終形成的油井水泥石應具有較低的滲透性。

在實驗中需要測定水泥漿的稠化時間、流變性、密度、失水、強度等參數(shù)，以確保所設計的G級水泥漿符合施工要求。

對于需要對下部儲層進行隔離保護的堵水井，還需要對碳酸鈣和酸溶水泥進行室內實驗。對碳酸鈣需要選擇粒徑大于850m的顆粒，以確保其不污染油層。

由于碳酸鈣是固體顆粒，因此需要高黏流體作為懸浮碳酸鈣的介質，以實現(xiàn)可泵入性。根據(jù)工程需要，要求所設計的碳酸鈣懸浮液黏度適中，具有懸浮大顆粒碳酸鈣的能力并且具有良好的可泵入性，同時還應具有分解能力，使碳酸鈣顆粒在一定時間內可以順利沉降至井底形成覆蓋射孔層位。

根據(jù)Stroke定律，粒徑較大的微粒受重力作用，靜置時會自然沉降，其沉降速度受分散介質的黏度、微粒與介質的密度差，以及微粒粒徑的影響，表達式如下：

v=2r2(ρ1-ρ2)g/9δ

(1)

式中v——微粒沉降速度，cm/s；

r——微粒半徑，cm；

ρ1、ρ2——微粒與介質的密度，g/cm3；

δ——分散介質的黏度，P；

g——重力加速度，cm/s2。

實驗所用碳酸鈣為重質碳酸鈣(圖2)，20目(850 μm)，密度為2.7 g/cm3，所有膠液碳酸鈣的含量皆為50 lb/bbl。圖3為沉降實驗所用的硬塑料沉降管，容積為2 500 mL，總長度為2.22 m，250 mL膠液長度為0.21 m。實驗中分別選用羥乙基纖維素(HEC)和黃原膠作為分散介質以懸浮碳酸鈣顆粒，HEC能夠提供碳酸鈣粒子懸浮能力的最低凝膠濃度為45 lb/1 000 gal，懸浮液具有153 cP的黏度；而黃原膠能夠提供的最低凝膠濃度為30 lb/1 000 gal，懸浮液具有42 cP的黏度。根據(jù)Stroke定律，HEC具有更好的懸浮效果，并且在碳酸鈣沉降過程中，黃原膠膠束溶液中發(fā)現(xiàn)有少量碳酸鈣未沉降，因此我們選用HEC作為懸浮碳酸鈣顆粒的分散介質，并且將濃度提升至65 lb/1 000 gal，使之能夠提供254 cP的黏度，以更好地懸浮碳酸鈣顆粒。

圖2 粒徑為850 m的碳酸鈣顆粒Fig.2 Calcium carbonate particles with a particle size of 850 μm

圖3 2.22 m長硬塑料沉降管Fig.3 2.22m long hard plastic sinking tube

經過多次實驗，得出碳酸鈣懸浮液的最佳配方為：高黏流體HEC的濃度為65 lb/1 000 gal、純堿的濃度為0.8 lb/1 000 gal、碳酸鈣的濃度為50 lb/bbl、清水935 gal/1 000 gal。實驗室中2.22 m長的管內，一般需要幾分鐘碳酸鈣才能夠達到完全沉降；在實際井況中，一般關井12 h足以使碳酸鈣完全沉降。這些有關碳酸鈣的實驗結論，是可以作為通用結論的，并不需要對某一特定堵水井進行針對性實驗。

而對于酸溶水泥，則和G級水泥一樣，需要根據(jù)不同井況進行實驗。酸溶水泥是由G級水泥、超細碳酸鈣、黃原膠，以及各種水泥添加劑混合配制而成，在水泥凝固之后，能夠達到一定的強度。而當需要移除水泥塞時，可下入連續(xù)油管，用15%濃度的鹽酸進行清洗。

實驗室優(yōu)選出水泥漿配方之后，可開始著手對類型3和類型4的堵水進行設計。經過工藝優(yōu)化，得出的適合伊拉克某油田堵水作業(yè)的施工步驟如下：

(1)確定出水層位的深度，以及與產油層之間的距離限制，對體積、深度、連續(xù)油管速度等參數(shù)進行計算。

(2)按照標準化流程安裝連續(xù)油管及泵注、節(jié)流等地面設備，并按照試壓標準進行試壓。

(3)正循環(huán)壓井，作業(yè)時嚴格控制壓力，不能超過計算的承壓極限。

(4)壓井結束后，從油套環(huán)空以2～3桶/分鐘的速度泵入碳酸鈣懸浮液，油管排液，當全部碳酸鈣替入環(huán)空后停泵，關井12 h。碳酸鈣顆粒在重力的作用下沉降，并覆蓋下部需要保護的射孔層段。

(5)安裝鋼絲設備并試壓，下入通井規(guī)探底，確定碳酸鈣的頂界高度，如果已經覆蓋射孔段，則進行電纜DBA倒灰作業(yè)(酸溶水泥)；否則重復泵入碳酸鈣直至完全覆蓋住射孔層位，再進行DBA倒灰作業(yè)(酸溶水泥)。

(6)DBA 倒灰(酸溶水泥)候凝，再以電纜探底，確保水泥塞深度精確。

(7)重新安裝連續(xù)油管設備并試壓，下入連續(xù)油管之前在地面替入鹽水，清洗連續(xù)油管并記錄管內容積與地面管線的容積。

(8)將連續(xù)油管下至預定位置(一般為水泥塞之上1～2 m)，校深并在地面做好標記，施工中連續(xù)油管下入深度不宜超過此標記深度，防止意外破壞酸溶水泥塞。

(9)從油套環(huán)空泵入鹽水，油管排液，當在地面觀測到連續(xù)返出時停泵，確保整個環(huán)空被鹽水充滿。

(10)通過連續(xù)油管循環(huán)鹽水，確保整個井筒被鹽水充滿。

(11)關閉節(jié)流管匯的節(jié)流閥，同時從生產油管和連續(xù)油管泵注鹽水進行注入測試，確定擠注壓力為1 500 psi條件下的注入能力。

(12)注入測試之后，停泵，配置G級水泥漿，攪拌均勻，測量水泥漿的各項性能參數(shù)。

(13)水泥漿配制完成后，以0.5桶/分鐘的泵速以前置隔離液—G級水泥—后置隔離液—鹽水的順序泵入連續(xù)油管，首先保持連續(xù)油管靜止，待0.5～1桶的水泥漿泵入井筒后，再開始以一定速度上提連續(xù)油管，邊提邊注，直至將水泥漿全部替出。此時的連續(xù)油管位置應接近設計的水泥漿頂界，這樣的好處是能夠防止后置隔離液(或鹽水)在重力作用下流入水泥漿中，最大限度地避免水泥漿的污染。

(14)水泥漿替入井筒后，上提連續(xù)油管至水泥漿頂界之上10 m，從連續(xù)油管替出后置隔離液。

(15)替出后置隔離液后，上提連續(xù)油管至水泥漿頂界之上30 m，從連續(xù)油管循環(huán)鹽水以清洗井筒。

(16)確保井筒干凈并充滿鹽水，關閉節(jié)流閥，開始以0.5桶/分鐘的泵速進行擠水泥作業(yè)，通過間歇法擠注，最終擠注壓力為1 500 psi。

(17)將連續(xù)油管下至計算的最終水泥面處，開始泵注清水清洗井筒內未被擠入地層的水泥漿，邊下連續(xù)油管邊清洗。施工過程中要保證至少500 psi的回壓，防止已經擠入地層的水泥漿倒流。

(18)每隔15 m進行一次回拉測試，防止黏卡連續(xù)油管。

(19)清洗至井底(酸溶水泥塞)上1～2 m后，泵入高黏流體以幫助返排，循環(huán)鹽水清洗井筒。

(20)起出連續(xù)油管至井口位置，在井口閥門處用連續(xù)油管刺洗數(shù)次，防止水泥殘留影響閥門操作。

(21)在水泥候凝的過程中，要保證關井壓力不小于500 psi，防止氣球效應的發(fā)生。

(22)水泥凝固之后試壓，試壓合格后進行電纜X-Y井臂測井，以確保套管內壁無殘留水泥。

(23)下入射孔槍射孔，重新打開油層。

(24)下入連續(xù)油管清洗酸溶水泥塞和碳酸鈣至人工井底，洗塞之后泵入高黏流體攜砂助排。由于可能有酸溶水泥殘存，需要下SpinCat或JetBlaster工具進行二次清洗，SpinCat和JetBlaster工具的噴頭能夠在水力作用下自由旋轉，酸液沿著噴嘴高速噴出，在旋轉力的作用下刺洗套管內壁，具有較強的沖擊力，能夠完全洗掉套管內壁殘余的酸溶水泥。

(25)酸洗之后，進行連續(xù)油管氮舉返排復產，評價堵水措施效果。

3 應用效果

2013年至今，在伊拉克某油田大規(guī)模應用無鉆機作業(yè)堵水技術進行了水淹油井堵水作業(yè)，累計作業(yè)600余井次，成功率達到85%(表1)，其中類型1、類型2井的作業(yè)成功率為87%，類型3、類型4井的作業(yè)成功率為70%。結果顯示類型1、類型2井的作業(yè)成功率大幅高于類型3、類型4井的作業(yè)成功率，其作業(yè)成功率的差異主要可以歸結為：

(1)類型1、類型2井堵水作業(yè)步驟相對簡單，類型3、類型4井堵水作業(yè)步驟極為復雜，考慮的工程因素很多，而水泥漿的調配需要因每個井井況的不同單獨設計，水泥漿的配方及傾倒水泥的定位及傾倒速度等都關系到作業(yè)效果。

(2)類型3、類型4井堵水作業(yè)需要先應用碳酸鈣顆粒封堵下部需要保護的射孔層段，作業(yè)時需要精確定位需要保護的層位，而碳酸鈣封堵地層不可避免地會造成儲層污染，從而降低了油井復產后的生產能力，造成作業(yè)成功率較類型1、類型2井低。

表1 作業(yè)結果統(tǒng)計Table 1 Operation result statistics

4 結論

(1)根據(jù)不同的地質條件和油井出水原因，將水淹油井劃分為4種井型。類型1、類型2井堵水作業(yè)步驟相對簡單，而類型3、類型4井堵水作業(yè)步驟極為復雜，而水泥漿的調配需要因每個井井況的不同單獨設計，水泥漿的配方及傾倒水泥的定位及傾倒速度等都關系到作業(yè)效果。

(2)在伊拉克某油田大規(guī)模應用無鉆機作業(yè)堵水技術進行了水淹油井堵水作業(yè)，累計作業(yè)600余井次，成功率達到85%，其中類型1、類型2井的作業(yè)成功率為87%，類型3、類型4井的作業(yè)成功率為70%，前者的成功率明顯較高。