固砂堵水助劑在調整井上的應用

田東誠

(大慶鉆探工程公司鉆井生產技術服務一公司，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

固砂堵水含有兩個不同的概念，固砂是把松散顆粒狀近視球體砂粒交結在一起，使它們失去流動性。水是有通道的，從哪來很容易回到哪兒。如果想控制水，就是把水的通道堵死，即堵水。如果砂子和水在一起時，我們必須同時固砂又要堵水。石油開采過程中，經常從井口出砂出水，造成該井停產或報費，因此固砂堵水顯得尤為重要[1]。

由于常規水泥漿封固不能有效地停留在封堵地層內，封堵材料進入目的層后未固化前就已被高壓移動地下流砂沖散，基本方向是從高壓區流向低壓區；由于水泥漿封堵過的砂體存在裂隙，但本體滲透性極差，再次封堵時堵劑無法進入內部，無法發生有效的化合反應。急需尋找新的堵水技術更好地解決油水氣井水害問題[2]。

1 目前油田固砂堵水開展情況

共計完成固砂堵水4口井6次作業，作業區塊上部疏松地層，漏層淺，地溫低(5～25 ℃)。井網密集、修井作業期間，臨井正常作業，井間干擾嚴重；同時套損點多、套損嚴重。有錯斷、拔斷、腐蝕等不同形式。返水返砂嚴重，大量返砂井多處于地層斷裂帶，地下虧空大，水泥漿漏失嚴重。油田老區三次加密井，長期注水、聚合物注采失衡、地層原始壓力已經破壞，層間竄通嚴重，層間和層內壓力差異突出，影響修井作業效果。在固砂堵水方面地面仿真模擬實驗模具制造有了突破，研發了獨特的固砂鎖水助劑配方和施工工藝。大慶油田某作業區堵水作業情況如表1所示[3]。

表1 大慶油田某作業區堵水作業情況表

2 固砂堵水助劑的研究

2.1 國外固砂堵水技術的發展

國外油水氣井封竄堵漏技術1999—2017年期間經歷一個迅猛發展時期。在鼎盛時期，加拿大35%的提高采收率項目是復合堵漏項目。其中選用用樹脂堵漏技術成功封堵了26口水浸油井和2口套管漏失井。近幾年來，在超細水泥的基礎上發展起來的一種潛凝膠體系，是以段塞的形式將堵漏助劑注入目的層內，潛膠凝材料與其它組分在砂層內發相互協調反應，形成固體混合物。在現場進行了大量的封砂鎖水試驗，取得了良好的效果[4]。

2.2 固砂堵水劑地下監測

注入井中注入摻有示蹤劑的固砂堵水劑，然后在相關監測井中取樣，分析，再運用示蹤監測解釋軟件擬合計算，并結合儲層物性、生產動態進行綜合分析，就可以認識注入流體的波及參數、注采井間的連通性、飽和度場分布、井間主流通道參數、油藏非均質性等，為固砂堵水方案的制定和調整提供依據。固砂堵水應用的主要是水基示蹤劑和分散型示蹤劑，主要了解注入流體流向哪里，各方向流速與流量有多大？井間是否動態連通，哪些層位是連通的，主流通道物性參數、連通程度如何[5]。

水劑、分散型示蹤劑現場注入流程：(1)在甲方的指導下停注或暫時關井；(2)連接泵車管線至閥門A處接口；(3)將井口總閘門C關死，打開閥門A；(4)將示蹤劑投放入泵車水柜內，并重復內循環，確保示蹤劑完全溶解；(5)起泵，將示蹤劑注入油管內，并注入替擠液；(6)注入完成后關閉閥門A，打開閥門C，恢復注液。

2.3 目前國內油田固砂堵水劑的研究

固砂堵水首先要固砂，只有把砂子和砂子顆粒之間交聯在一起，使它們失去流動性，才能實現固砂堵水。砂粒之間由于砂粒外觀是球形或其他曲面，間隙很小，一般交凝材料無法深入使之膠結。所以要選用適合的固砂劑，能滲透到砂粒之間再膠結。經過多次實驗，研制出一種固砂劑能夠把松散的砂粒膠結在一起，同時原材料來源廣，價格也不高[6]。為了克服常規工藝的技術缺陷，更好地解決油水氣井水害問題，國內油田提出了將固砂劑的配比設計為5%FS-1+交聯劑0.5%～3%+清水500 g。

砂子封住了，同時要堵水。因為地下水壓力比較高，封住了砂子不堵住水，在一定時間內還會被沖開。堵水一般選用油井水泥，要求油井水泥凝結過度時間短，稠化時間滿足施工要求，這樣一個體系。普通油井水泥無法滿足要求，需要加入幾種添加劑來調整，其中主要有降失水劑、調凝劑、觸變劑和增強劑等，將G級水泥80%+增強材料15%+5%膠結材料+降失水劑2%+水灰比0.50作為堵水劑[7]。

3 固砂堵水劑的作用基理

堵劑進入砂層后，通過交聯反應迅速形成交叉網絡立體結構，有效地把水和流砂滯留在封堵層內，具有很好的抗竄能力。

用于油氣水井的固砂鎖水助劑，在物理和化學反應的雙重作用下，組份中的交聯劑迅速將堵劑的其他組份聚凝在一起，堵漿中的部分自由水被包裹住，從而快速形成具有一定強度和韌性的交叉網架結構，不斷增大封的砂子聚合體限制了自身往低壓地層的移動。隨著封堵劑的間斷擠入，砂子聚合體不斷龐大，空間不斷變小，擠入壓力不斷上升，砂體堆積越來越致密，壓力越高封堵的可靠性越好。

4 現場應用實例

4.1 封竄堵漏修復(X6-10-SP930)

案例1、大慶油田某采油廠X6-10-SP930井擠水泥作業時間：2019年10月30日。該井500 m處出現套損，井口出現少量冒水返砂。擠入固砂鎖水劑混合物25.6 m3，漿體候凝48 h后，鉆塞通井井口未發生冒水返砂，套損修復成功，后續作業正常。該井是我們應用固砂鎖水助劑成功治理老井返砂出水問題，該井治理成功使我們認識到：應用復合固砂是堵水助劑是解決老井修復的一種有效技術手段[8]。

4.2 從套管射孔炮眼擠入干混有固砂堵水助劑水泥修復(G-222-X385)

案例2、G-222-X385井為大慶油田老區調整井，首先在井深108 m處下橋塞，98～103m處射孔，第一階段通過油管注入1.2 m3A級原漿。起出油管、拆防噴器，用時40 min；第二階段通過套管擠入觸變水泥、早強水泥、A級水泥，共計72 m3，施工壓力3 MPa。中停40 min，中停2 min后水泥從地面返出。至中停結束時水泥漿不返；第三階段注入早強水泥、觸變水泥16 m3和摻混有固砂鎖水助劑的稠灰16 m3，壓力3～8 MPa。替清水840 L把套管內固砂漿體擠入井內，關井候凝24 h后鉆塞。炮眼試壓15 MPa，10 min不降，管外封堵成功[9]。

5 結語

(1)復合固砂堵水助劑在井下高壓條件下發生反應形成的化學混合物具有強度高、彈性好、抗收縮、抗腐蝕、改善界面膠結等功能，修井作業中能夠解決環空帶壓、堵水、封堵炮眼等。具有抗壓強度高(可達60 MPa以上)；固化后與各種材質界面粘結能力強；可在水下實現固化等優點。

(2)不分散水泥漿中加入促凝劑和早強劑可以進一步提高耐流體沖蝕能力，以及縮短終凝時間，提高固砂堵水速度，在應急處置井噴事故中效果顯著。

(3)摻有大分子聚合物的固砂堵水助劑固結過程中能有效改變泥頁巖韌性和強度，防止水化膨脹后脫落，在具有一定下坡傾角的臺階面上，可以防止砂體流動導致套管錯斷，有效提高油井壽命[10]。

(4)由于摻有該堵劑的水泥漿混合物可以通過竄入通道逆向進行封堵，固井質量差造成的管外冒以及層間膠結不好造成的層間竄槽，都可以通過射孔技術利用該助劑完成封堵封竄提高固井質量的目的。