連續油管過油管堵水技術的研究與應用

張杰 趙功清 趙繼 張余貴 馬俊 董愛粉

摘要：普光氣田是國內規模最大的高含硫氣田，自2009年投產以來，已持續開發10余年。隨著氣田的深入開發，普光主體區塊邊底水逐步推進，大部分邊部氣井開始見水，個別氣井水淹停產，氣井出水已成為影響氣田穩定生產的重要因素。普光開發井均采用一體化永久式生產管柱，動管柱作業難度大，安全風險及作業成本高，套管內堵水實施難度極大。為解決普光氣井堵水難題，研發了高膨脹率橋塞、耐腐蝕膠乳防氣竄水泥漿體系，形成了“過油管橋塞堵水工藝”和“連續油管拖動注塞工藝”，并分別在P103-1、P104-3井成功應用。過油管堵水工藝施工簡單，大大節約了動管柱堵水作業的時間與成本、提高了施工安全性，對于高酸性氣田出水井治理具有廣泛的應用前景和較高的參考價值。

關鍵詞：高含硫氣田;堵水;不動管柱;膨脹橋塞;防氣竄水泥

1 普光氣井出水情況及過油管堵水技術現狀

1.1氣井出水情況

普光氣田作為國內目前規模最大的海相整裝高含硫氣田，自2009年投產以來，已平穩生產10余年。普光氣田主體區塊是有限邊底水氣藏，隨著生產的進行，地層壓力下降，地層水逐步推進。自2012年6月P105-1H井見水以來，先后有14口井產出地層水。氣井產水量的增加嚴重威脅氣田穩產，同時增加了集輸流程結垢的風險。因此，亟需開展高含硫氣井堵水技術研究，以最大限度減少地層出水，延長氣田穩產期。監測資料顯示普光主體區塊見水氣井出水層主要位于飛一二底部Ⅲ、Ⅳ層序，表現為邊水推進、逐漸上淹的特征。

1.2過油管堵水技術現狀[3]

目前，國外過油管機械堵水技術主要主要掌握在Baker-Hughest公司、Schlum berger公司和 Weatherfordt公司。1985年，貝克休斯研發的采用連續油管輸送過油管膨脹橋塞技術就已應用到油氣工業中;斯倫貝謝開發了過油管膨脹式錨定封隔器，能夠實現密封膠筒高膨脹率下的高壓差封隔，適應惡劣的井下工況。這些公司對其所擁有的該項技術實行技術封鎖，只提供服務，并且費用非常昂貴。

國內在過油管機械堵水技術方面研究相對滯后，個別油服公司研發了部分產品，但都存在一定的局限性。中原油田從80年代便已開始套管內機械堵水的研究和應用，現有技術也較為成熟，但存在需要動管柱和工具材質不抗硫化氫等問題。

目前中原油田已實現了Φ62mm高擴張比過油管橋塞的國產化研制并已完成室內試驗，在130℃、內徑160mm套管內耐壓達12MPa以上，能夠滿足過油管實現套管內堵水的需要，計劃在普光氣田開展堵水試驗。

2 過油管橋塞堵水技術

2.1 不動管柱機械堵水工藝難點

機械卡堵水、分層擠堵等常規堵水工藝建立在動管柱基礎上，在油藏開發中研究與應用相對較多，技術也較為成熟。但對于氣井，尤其是非均質裂縫性碳酸鹽巖氣藏的長井段高含硫氣井中應用極少[4]。普光氣井動管柱作業難度大、成本高、風險高，過油管堵水工藝更適合普光氣田現開發階段控水，但也存在諸多難點：

（1）由于普光氣田井況環境惡劣，完井管柱結構復雜、對過油管堵水工具的抗硫性能、可下入性、膨脹性能、承壓能力等提出了極為苛刻的要求;

（2）單獨依靠堵水工具無法保證井筒長期封堵效果，還需要配套易于泵注、凝固時間可控、封堵性能好、耐腐蝕的堵劑體系;

2.2 過油管橋塞堵水工藝

根據普光氣井井況，采用“過油管膨脹橋塞+水泥塞”的堵水工藝，橋塞卡封在出水段底部，橋塞以上覆灰封堵出水層段以提高堵水效果。配套井筒預處理，形成了高含硫氣井過油管堵水工藝。

3 連續油管拖動注塞技術

“過油管膨脹橋塞+水泥塞”堵水工藝在普光103-1井應用后取得了良好的效果，但在后續兩井次現場試驗中均未達預期效果，究其原因，主要是因為井下狀況復雜，橋塞坐封過程存在過多不可控因素，導致坐封失敗。因此，開展了連續油管拖動、多級注塞工藝技術研究。

3.1 連續油管拖動注塞工藝難點

（1）普光水淹氣井出水層位多為裂縫性儲層且壓力系數低，在井筒內覆灰時水泥漿易漏失，難以準確把握水泥漿用量，需多次注灰，施工周期長，且灰面位置難以滿足地質要求，堵水成功率低;

（2）連續油管泵注水泥漿過程中水泥漿與井筒內液體易發生混漿，無法形成實心塞導致封固質量差;

（3）完成注水泥塞后，往往需要對剩余儲層進行二次改造，酸壓（化）施工對水泥塞強度要求較高，酸液也會對水泥塞表面造成腐蝕，最終導致封堵效果變差甚至失效。

3.2 防氣竄、耐腐蝕長效堵劑

針對連續油管拖動注塞工藝難點，研發了流變性好、抗CO2、H2S以及酸液腐蝕的防氣竄、防漏失膠乳水泥漿體系。加入膠乳及微硅的水泥石經過抗壓實驗后不易產生裂縫，即使有裂縫產生也不易擴展，抗壓強度最高，抗壓強度均大于 21 MPa。不加膠乳及微硅的水泥石抗壓強度最低，而未加膠乳的水泥石經過抗壓實驗后已裂成了很多小碎塊。說明加入膠乳及微硅的水泥石具有良好的韌性及抗沖擊性能。而其他三種體系不具備足夠的韌性及抗沖擊性能。在 H2S 15%、CO2 8%、150℃條件下，膠乳水泥石腐蝕前后強度大于21MPa，滲透率小于12×10-6um2，腐蝕深度小于2mm/a。

3.3 連續油管拖動注塞工藝

針對地層壓力系數低、水泥漿漏失嚴重等問題，為保障堵水效果，優化了連續油管拖動注塞堵水工藝。

（1）先在設計封堵井段注凝膠塞，減小后續注塞時水泥漿向地層裂縫-孔隙的漏失，為后續注水泥塞奠定基礎，。

（2）優化設計“連續油管多級注塞”工藝，采用分級注塞，降低連續油管施工摩阻及水泥漿液柱壓力引起的漏失風險。先打底塞起到承托、隔離作用，落實底塞灰面后，繼續覆灰，確保塞面位置。

4 應用情況及效果分析

4.1過油管膨脹橋塞堵水

在普光氣田P103-1井集成應用“過油管橋塞+水泥塞”堵水技術，采用連續油管下入高膨脹比橋塞，坐封于出水井段以上，再泵注防氣竄水泥漿打水泥塞堵水，成功恢復氣井生產。該井復產后油壓穩定在15.5MPa，日產氣量約15×104m3，日產水量約30m3，與堵水前日產水量300 m3相比顯著降低，過油管堵水效果顯著，同時開創了國內高含硫氣井堵水的先例，為高含硫氣田開展類似作業積累了經驗。

4.2 連續油管拖動注塞堵水

普光氣田P104-3井2017年3月因產水量過大停產關井。停產期間采用泡排、氮舉等措施亦未成功復產。針對前期復產過程中過油管打水泥塞漏失嚴重、水淹層水鎖嚴重，無法復產難題，2018年7月實施連續油管拖動注塞堵水、深穿透射孔措施后實現復產。與堵水前日產水量375m3相比顯著降低，目前油壓16.4MPa，日產氣量14.2×104m3，日產液2.84m3。

5 結論與認識

（1）應用“過油管膨脹橋塞+水泥塞”堵水工藝首次在普光高含硫氣田成功實現了過油管堵水，驗證了在邊底水氣藏開發過程中采用過油管機械堵水工藝提高儲量動用程度及氣藏最終采收率的可行性。

（2）形成的耐腐蝕、防氣竄、防漏失膠乳水泥漿體系有效解決了地層漏失、酸液腐蝕問題，為有效封堵出水井段奠定了基礎。

（3）連續油管拖動多級注塞工藝及樹脂體系的應用，有效避免注水泥塞過程中水泥漿大量漏失和形成混漿段，有效提高了水泥塞的膠結強度和封固質量。

參考文獻

[1]沈琛.普光高酸性氣田采氣工程技術與實踐.北京：中國石化出版社，2013.

[2]孔凡群等.普光高酸性氣田完井管柱設計.天然氣工業，2011，31（9） ：76～78.