遇水膨脹封隔器在卡上采下油井的應用

付亞榮，李小永，付麗霞，王鵬舉，曹　瑾，張秀玲

(中國石油 華北油田分公司，河北 辛集 052360)①

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遇水膨脹封隔器在卡上采下油井的應用

付亞榮，李小永，付麗霞，王鵬舉，曹瑾，張秀玲

(中國石油 華北油田分公司，河北 辛集 052360)①

摘要：對于上層產水、下層產油的油井，為實現油、氣、水不同層段的分隔及儲層保護，達到控水增油的目的，采用了卡上采下技術。借鑒遇水遇油膨脹封隔器解決固井環空帶壓、水平井水平段分隔問題及鉆完井中油管堵漏的成功經驗，針對不同油藏采出液礦化度對遇水膨脹封隔器橡膠的影響和井身結構，提出了選井的條件。有20余口卡上采下油井成功應用遇水膨脹封隔器進行卡水，單井平均增油3.1 t，噸油能耗由530 kW·h降至170 kW·h，為油井卡堵水提供了新的技術途徑。

關鍵詞：油井；膨脹；封隔器；卡上采下

在注水開發區塊，由于油藏的非均質性導致水總是沿高滲透層侵入油井[1]。為達到控水穩油的目的，常會軍等人[2]應用水力壓縮式封隔器卡水管柱解決了套變井卡水、長井段卡水難題；曾凡智等人[3]采用新型雙封器卡水工具實現了出水井段的一次性封堵；秦世群[4]的兩層找堵水工藝管柱在雙河油田取得了成功；曲占慶[5]近年從滲流力學基礎理論出發，提出的基于壓力恢復曲線的油井堵水決策技術，得到了現場的驗證；孫京一[6]在秦家屯油田應用找卡水一體化機械堵水技術；仲福惟[7]研究的伺服可調找堵水一體化工藝管柱，實現任意層段動態找堵水；但是對卡上(上層卡水)采下(下層采油)油井上存在局限性。借鑒遇水遇油膨脹封隔器解決固井環空帶壓、水平井水平段分隔問題[8]及鉆完井中油管堵漏的成功經驗[9]，對于上層產水、下層產油的油井，為實現油、氣、水不同層段的分隔及儲層保護，在20余口卡上采下油井成功應用遇水膨脹封隔器卡水，達到了控水增油的目的。

1遇水膨脹封隔器工作原理

遇水膨脹封隔器在國外從概念到應用僅有10 a時間，關鍵技術掌握在斯倫貝謝、威德福等幾家公司手中[10]，已有超過20 000多套應用于海洋和陸地油田；國內應用較少，且以國外產品為主導[11]；遇水膨脹封隔器是一種以遇水膨脹的橡膠為密封材料，選用常規套管或油管作為基管，將橡膠與基管纏繞硫化為一體而制成的封隔器，如圖1所示。

圖1　遇水膨脹封隔器

利用暴露在水分子中橡膠聚合物吸水，吸水顆粒膨脹，誘導橡膠基質伸張達到膨脹的目的，從而實現壓力密封和水力封隔[12]。遇水膨脹封隔器隨完井管柱下入井內，當到達需要卡水的層段時，遇水膨脹橡膠接觸井眼內液體開始持續膨脹，當膠筒膨脹至接觸井壁時，封隔器的膨脹空間受到限制，繼續膨脹擠壓井壁產生接觸應力，從而具備了密封環空的能力，吸水膨脹率越高，產生的接觸應力越大，封隔能力越強，最高達70 MPa[12]。膨脹后效果如圖2。

圖2　遇水膨脹封隔器膨脹前后效果對比

2油井礦化度對遇水膨脹封隔器橡膠的影響

遇水膨脹封隔器橡膠的膨脹速度與溫度成正相關，膨脹后橡膠外徑與橡膠體厚度成正比；不同油藏產出水礦化度差別很大，對封隔器橡膠產生溶脹作用，在120 ℃、100 d的試驗條件下，對已膨脹橡膠在不同礦化度溶液中的溶脹率進行測試，結果符合GB/T 18173.3—2002的要求，溶脹率變化幅度未超過10%[12-13]。已膨脹橡膠在不同礦化度溶液中浸泡前后效果對比如表1。

表1　已膨脹橡膠在不同礦化度溶液中浸泡前后效果對比

3選井條件

國內研究的遇水膨脹封隔器已經突破了橡膠種類單一、脹封時間長等技術問題[14](例如：華北油田采油工程院橡膠研究所研制的)，且封隔器無機械運動部件，簡化了整體結構，減小了外形尺寸，便于入井，更加適用于超深井、大位移井、大斜度井等復雜油氣井；能夠提供比傳統裸眼封隔器更長的膠筒密封長度，無需單獨下入坐封工具，簡化了施工工藝[15]。選井時需要考慮以下條件：

1)卡點溫度低于120 ℃。

2)井液礦化度應低于30 000 mg/L。

3)卡點井段無套管變形。

4)卡點井段全角變化率小于10%。

4現場應用

近幾年，遇水膨脹封隔器在20余口卡上采下油井上應用，成功率100%，單井平均增油3.1 t，噸油能耗平均從530.3 kW·h降至170.8 kW·h。部分油井應用效果如表2。

典型井例：晉XX-7井，是某油田的一口抽油機井，生產層為13#、14#、15#、18#、19#和20#層，生產井段為2 652.0～2 781.0 m，厚度39.5 m/6層。2010年1月因高含水停產，停產前日產液28 m3，油0.2 t，含水99.2%，動液面484 m。經找水和生產動態分析，主產層為14#、15#層，施工時需要卡住13#～15#層，采18#～22#層。下入卡上采下工藝管柱，卡點在15#和18#層之間。具體施工過程為：

表2　部分卡上采下油井應用遇水膨脹封隔器前后效果對比

①起出井內桿柱、管柱，沖刺干凈。

②下通井管柱，用?118 mm通井規通井至人工井底。

③下刮削管柱，刮削至2 785 m，在坐封井段(卡點2 692 m)上下30 m反復刮削3次，徹底洗井至進出口水質相同。

④起刮削管柱，下卡采管柱。管柱從下而上為絲堵+?73 mm平式油管1根+?73 mm篩管1 m+?73 mm平式油管+Y211-114型封隔器+變扣+?73 mm加厚油管+變扣+?38 mm懸掛泵(位置1 600 m)+變扣+?73 mm加厚油管+油管掛。

⑤下管柱至設計位置后記錄管柱懸重，調整封隔器卡點2 685 m±0.5 m(施工時注意套管接箍位置為2 679.6m；2 690.4 m；2 701.4 m)。

⑥坐封。坐封前反洗井，油套用洗井滿，記下懸重，上提管柱1.7 m，緩慢下放管柱，管柱加壓60 kN左右[15]，封隔器坐封，坐好油管掛，頂好頂絲，安裝井口。

⑦驗封。套管加壓5～6 MPa，穩壓5 min，觀察油管溢流情況；再提高壓力至10 MPa，穩壓5 min，觀察油管溢流情況，若油管無溢流或溢流情況沒有變化，說明封隔器密封完好；反之，封隔器需重新坐封或更換封隔器。驗封合格后，下抽油桿，試抽合格后，交采油作業區正常生產。

晉XX-7井2014-04應用遇水膨脹封隔器卡水施工后油井日產液15 m3，日產油3.4 t，噸油能耗從2 450 kW·h降至144 kW·h左右。

4結論

1)遇水膨脹封隔器可實現卡上采下油井的控水穩油的作用，并可降低油井噸油能耗。

2)進行遇水膨脹封隔器卡上采下施工時，現場技術人員應嚴格按工藝設計組配管柱，并將工具的下井順序、組配工序進行認真核對，才能確保施工一次成功。

3)在油井含水變化大的油井使用該工具時，需要進行測試，找準出水層，為卡采施工提供資料支持。

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Application of Water Expansion Packer in the Oil Production of Oil Well

FU Yarong，LI Xiaoyong，FU Lixia，WANG Pengju，CAO Jin，ZHANG Xiuling

(HuabeiOilfieldCompany，CNPC，Xinji052360，China)

Abstract：In order to realize the separation of oil，gas and water in upper water and lower oil producing wells，and realize the reservoir protection，the purpose of controlling water and increasing oil is achieved，lessons were draw from experience of the solution to the problem of cementing annulus pressure，horizontal segment，and tubing plugging in drilling and completion by using water swelling packers.And it was successfully applied to the water swelling packer in water plugging.The working principle of water swelling packer was analyzed.Well selecting conditions were determined considering the influence of produced fluid salinity of rubber and well structure，and the successful application of the selected 20 wells is put forward.Single well gained an average of 3.1 tons of oil.Energy consumption reduced from 530 to 170 kW·h per ton.

Keywords：wells；swelling；packer；upper plugging and lower producing

中圖分類號：TE931.2

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.03.021

作者簡介：付亞榮(1965-)，男，四川平昌人，高級工程師，從事油氣田開發技術研究與應用工作，E-mail：cy5_fyr@petrochina.com.cn。

收稿日期：①2015-09-03 中國石油華北油田科技重大專項“華北油田采油采氣工藝技術研究”(2013-HB-Z0807)

文章編號：1001-3482(2016)03-0086-03