油井出水是油田開發全過程面臨的普遍問題,綜合治水是油田長期效益開發的根本保障。
我國油田主要以注水補能開發為主,儲層非均質性疊加長期注水會導致油田竄流通道嚴重發育。大量注入水沿著竄流通道從注入井流入采油井,不但沒有發揮補能增大驅替壓差的作用,而且會導致油井含水率持續上升,產油量不斷下降,采出水處理成本不斷增加。
目前,我國大部分油田已進入開發中后期,注入水低效甚至無效循環已成為油田穩產的突出瓶頸之一。
注入水是儲層中驅替原油的動力之源,但竄流通道的存在會“屏蔽”未波及的剩余油,就好像電流短路導致電氣無法工作一樣,竄流通道導致的注入水“短路”,成為儲層中剩余油無法啟動的重要原因之一。
解決注入水“短路”問題,就要通過調剖堵水封堵儲層中注入水的竄流通道,利用注入水把儲層多孔介質中的原油驅替出來,以此來降低油井含水率,提高原油采收率。
調剖是以注水井為媒介封堵竄流通道,破除注入端“短路”點,使注水層段吸水剖面趨于平均,達到均衡驅替的目的。堵水是以采油井為媒介封堵出水點位,切斷近采出端“短路”點,迫使來水改變方向,驅替其他未波及區域剩余油,降低油井含水率。
機械堵水是采用機械分隔的辦法,在井筒中形成兩個或多個獨立的流動和壓力空間,封堵出水層位,開發其他層位。
當多個獨立油層合采時,由于每層的地層壓力、滲流能力不同,各層的產液能力、吸水能力均不同,產液主要發生在地層壓力高的儲層,竄流往往發生在滲透能力好的儲層,導致其他儲層很難動用。為解決這一個問題,1964年,大慶油田組織了分層注水會戰,采用封隔器把多個油層按一定規則進行分層開采,之后持續不斷的發展形成了沿用至今的精細分層開發技術。
目前,針對非常規儲層長水平井出水情況,也形成了機械找水堵水工藝,在長水平段井筒中封堵不同出水位置。
機械堵水主要解決井筒能控制的出水問題,但沒有辦法解決儲層中的竄流難題,如厚油層、薄互層、隔層不連續、邊底水錐進等縱向儲層竄流,以及油層內非均質性引起的平面竄流。
化學堵水是解決儲層竄流的主要方法。在油田開發中后期,儲層竄流都會存在,化學堵水成為常規治水控水措施,伴隨油田開發整個過程。
化學堵水是將化學劑注入儲層竄流通道,利用化學劑在儲層內物化性質改變來封堵竄流通道?;瘜W堵水材料主要有交聯聚合物、乳化稠油、水玻璃—氯化鈣、水泥漿、微球等。
20世紀50年代起,玉門油田最先開始做化學堵水,主要是采用松香酸鈉選擇性堵水、水泥堵水等。20世紀60年代,大慶油田陸續開展化學堵水試驗,主要是采用水泥堵水、活性稠油堵水等。20世紀80年代,聚丙烯酰胺和交聯聚合物的應用開啟了化學堵水蒸蒸日上的時代,大慶油田、勝利油田陸續將交聯聚合物作為主要化學堵水材料規模推廣,至今仍是最主要的堵水材料之一。20世紀90年代,調剖堵水發展到鼎盛階段,形成了區塊整體堵調、等壓降梯度堵水、深部調驅等技術,油田應用的堵劑體系有幾十種。
2000年以后,許多油田區塊進入高含水開發后期,儲層水竄情況更為復雜,常規近井調剖堵水難以滿足持續控水穩油的需要,調剖技術由固定封堵向沿程調控發展,我國調剖堵水技術發展進入新階段。
目前,調剖堵水依舊是油田開發最常用的控水穩油方法,隨著油田開發轉向非常規、深層超深層、縫洞型等復雜類型油田,對堵劑、工藝技術都提出了更高的要求,慢慢地發展出水平井選擇性控水技術、平臺在線調堵設備、高溫超高溫堵劑、超高溫高鹽堵劑、泡沫劑、凍膠分散體系、等密度顆粒等先進材料和技術。
中國石化油藏類型復雜,多年來,通過不斷技術攻關,形成了類型多樣的調剖堵水工藝。
20世紀80年代,選擇性堵水、單液法/雙液法調剖等技術在勝利油田試驗應用。勝利油田先后研制了鉻交聯聚丙烯酰胺、酚醛交聯聚丙烯酰胺、甲基氯硅烷等選擇性堵劑,先后實施300余井次,累計增油超35萬噸。其中,臨盤油田盤42-2井采用甲醛交聯聚丙烯酰胺堵水,累計增油4777噸,有效期長達467天。水玻璃—氯化鈣雙液法調剖工藝首次在勝坨油田坨3-8-16井試驗,對應油井累計增油2487噸。
20世紀90年代,弱凍膠深部調驅、復合離子堵水等技術在勝利油田試驗應用。孤東油田率先采用聚丙烯酰胺/乙酸鉻弱凍膠體系進行深部調驅,3個井組調剖后注水井注入壓力平均上升3兆帕,累計增油9800噸。孤島油田試驗并推廣復合離子堵水技術,先后實施261井次,累計增油超10萬噸。
2000年以后,隨著不一樣油藏穩產增產的需要和先進堵水材料的發展,中國石化形成了“2+3”技術、縫洞型油藏堵水、稠油熱采封竄、水平井選擇性控水等調剖堵水技術。
“2+3”技術,即在充分調剖的基礎上進行有限度三次采油技術。樁西油田樁106老區開展“2+3”提高采收率試驗,先后注入調剖劑510立方米、驅油劑6540立方米,其中L106-43井日產油由11.8噸升至26.3噸,綜合含水率由81.9%降至70.3%。
聚合物微球調驅技術,即依靠納微米級遇水膨脹的微球進行逐級深部調驅。2004年,孤島油田東區1注11采井組開展聚合物微球調驅試驗,平均見效期3~4個月,累計增油1000余噸。
由于縫洞型儲集空間與常規砂巖油藏差別較大,是縫、孔、洞與復雜通道的組合,非均質性更強,且為高溫高鹽油藏,常規調剖技術不適用。塔河油田形成了油井五項基礎綜合分析與權重分析結合選井方法,研發了可溶性硅酸鹽、可固化顆粒、有機無機復合等堵劑,形成了塔河特色的縫洞型油藏堵水技術。
稠油熱采封竄技術,即采用自適應“溫度場、壓力場”的逐級深部封竄方法,按近井、過渡、遠程地帶劃分溫度場和壓力場,選擇與之適應的堵劑體系封堵蒸汽竄流通道,充分的發揮蒸汽熱降黏作用,提高稠油熱采效率。該技術在孤島、濱南、現河等采油廠應用。
復雜條件水平井化學控水技術在塔河油田高溫高鹽碎屑巖水平井試驗應用,2010年左右先后實施200余井次,增油超11.5萬噸。
目前,我國老油田普遍進入高含水甚至特高含水期,油藏非均質矛盾更突出,疊加深層、縫洞、稠油、水平井、多輪次等復雜條件,調剖堵水雖然持續發揮穩油控水作用,但面臨效果變差、成功率降低等問題,要一直創新帶動調剖堵水技術進步,發展因地制宜的特色調剖堵水技術。(方吉超)(作者單位:石油勘探開發研究院)
●調剖:采用機械或化學的方法,從注水井作業封堵油藏高滲透層,調整整個注水層段的吸水剖面。
●堵水:采用機械或化學的方法,從油井作業封堵油藏高滲透層,減少油井產水。
●等壓降梯度堵水技術:在儲層條件下,根據地層壓降曲線進行級次劃分,根據不同級次的壓力梯度選用不同強度的堵劑體系進行等壓降梯度堵水。此技術已發展成為目前最普遍的堵水方法之一,實現高效堵水。
●人工隔板堵水技術:在油水界面上部,以一定的工藝措施擠注化學堵劑,形成一些范圍的人工隔板,以防止底水錐進。此技術慢慢的變成為底水油藏控水的主要方法。
●水泥塞堵水技術:在井底特定深度注入水泥,形成水泥塞封堵下部高產水層,逐漸上返生產,降低油井含水。此技術在深層碳酸鹽巖裸眼完井生產的全部過程中應用較普遍。
●區塊整體調剖技術:從區塊整體開發效果出發,采用科學決策方法,以注水井調剖為主要措施,對區塊內油水井進行綜合治理。
經過6年攻關,曾讓勝利油田石油工程研究院三次采油研究所副經理史樹彬撓頭的孤東七區西館63+4單元試驗井組,交上了一份亮眼成績單:綜合含水率下降2.1個百分點,噸油耗水率由70%降至28%,增油2.3萬噸。
此前,該單元經歷了自噴、注水、注聚合物驅等開發階段,含水率達98.3%,采收率卻只有42.8%?!吧洞胧┒际股狭司褪遣怀鲇?,真要報廢還不甘心?!爆F在提起來,史樹彬還耿耿于懷。
事實上,這種“滾刀肉”油藏在勝利油田不算少見。開發到中后期,地層能量降低,通過注水補充地層能量能大大的提升采收率。由于地層、油層的非均質性和復雜性,注入水很容易向孔隙大、滲透率高的地方流動,久而久之,就會造成高滲、孔隙大的地方,油被驅替得干干凈凈,而小孔隙中則有大量的原油無法被開采出來。
2017年,勝利油田開始攻關“整裝油田特高含水期深度堵調技術”研究,并選擇孤東七區西館63+4單元進行試驗。
根據取芯井水驅效率及剩余油分布特征研究,勝利油田把儲層劃分為極端水洗帶、強水淹帶和弱水驅帶,創新形成了極端水洗帶深部高強封堵、強水淹帶流度調控、弱水驅帶擴大水驅的分級調控技術對策,水驅實現了從“大水漫灌”到“精準滴灌”的轉變。
與傳統技術相比,深度堵水調剖不是單純的封堵,而是類似于調控,針對不一樣的深度堵調的水驅“三帶”劃分了高強封堵、流量調控、相滲調節三類分級調堵體系。堵水調剖不用建站,只需要兩個調配水池,建造成本低、可移動,還能針對不同的油井分類施策,采用聚合物凍膠或表面活性劑堵水調剖,通過分層注水一體化管柱,把地下剩余的油驅替出來,提高采收率。
6年來,該技術在勝利油田共應用783井組(次),累計增油35.43萬噸,延長老油田經濟開發壽命5~10年。(本報記者 于 佳 通訊員 劉夢雪 婁鑫娟)
截至7月15日,經過堵水調流治理的TK260井,復產158天,平均日產原油20.2噸。今年上半年,西北油田階段治理136井次,增油5.5萬噸。
2009年,國內油田基本上采用無機堵水,通俗地說,就是水泥打塞。這一年,現任西北油田采收率高級專家何龍畢業來到西北油田,開始把自己博士研究課題——有機堵水應用到堵水作業中。西北油田第一次將化學堵水應用于塔河碎屑巖水平井,使用的堵劑是聯合站干化池的顆粒,當年在30多口井實施,有效率提高了9個百分點。
縫洞油藏底水兇猛、裂縫發育,當時國外堵水成功的案例也不過是幾微米的孔隙、幾毫米的裂縫,而西北油田要堵的是幾十米甚至上百米的大裂縫。在井深6000米、溫度140攝氏度、壓力60兆帕的井況下,有的堵劑到了井里不能凝固,有的堵劑沒到目的層卻發生凝固造成堵塞。
攻關團隊經過不懈努力,發明了密度介于原油和地層水之間,低成本、高強度的新型固化顆粒堵劑,在油水之間形成隔板,實現了“只出油不出水”,堵水有效率提高了17個百分點。
2022年,攻關團隊又研發出適應160攝氏度的堵水顆粒,初步解決了順北8000米深油層的堵水問題。
目前,西北油田擁有18種不同體系顆粒,具有各種各樣的性能,能大能小、能強能弱、能遠能近、能走能停,還可以延遲變大縮小。
堵水技術有兩條主線:研發堵劑和提升堵水工藝。西北油田在解決了堵劑耐高溫、抗高鹽諸多難題后,堵水工藝也同步調整提升。
近年來,攻關團隊提出了“深部堵水”概念,堵水從表層裂縫表層剩余油向深部地層深部剩余油轉變。在碳酸鹽巖油藏,他們變“近堵繞流”為“源頭控水”;在碎屑巖油藏,變“單一波及”為“堵疏結合”;在凝析氣藏,變“井筒堵提”為“深部隔板”……不但堵得住水,更保證了油路暢通、產量提高。(曹 俊 甄恩龍)
“要采出更多剩余油,就必須想辦法調整地下的注水和注汽通道,把水和蒸汽引向剩余油富集區域?!焙幽嫌吞镒⑺に噷<抑x滔在介紹下一步化學調剖堵水思路時,特別強調了“調”和“引”。
目前,在河南油田的常采區域,還有約60%的剩余油;在大部分稠油熱采區域,還有高達90%的剩余油。因此,一定要做好“引流”文章,讓水和蒸汽波及更多的剩余油區域?!拔覀儗Σ煌筒囟ㄖ铺厣桨?,把剩余油有效驅替出來?!敝x滔說。
在常采區域,針對注入水竄流嚴重的問題,河南油田形成了5種不同強度的調剖劑配方,滿足中高孔滲油藏的調剖需求,同時,根據地層壓力場分布,在遠井、中井和近井地帶分別采取了強度不同的凝膠,調剖堵水成本降低40%。
截至2023年6月,河南油田在王集西區、柴莊區、泌124等區域累計實施注水調剖28個井組,井組日產油由148.2噸升至172.9噸,累計增油1.63萬噸。
針對稠油熱采區塊汽竄嚴重問題,河南油田攻關形成了氮氣泡沫調剖、顆粒復合調剖、凝膠調剖、區域組合治理等特色稠油熱采調剖技術。但是,隨著稠油吞吐輪次增加,地層壓力持續下降,所注蒸汽波及范圍有限,調剖成本增高、效果變差。
2020年以來,河南油田以燃煤鍋爐廢渣粉煤灰、脫硫渣等工業廢料及農作物廢料植物纖維等為主劑,以聯合站含油污泥等為輔劑,研制出適合不同油藏需求的低成本粉煤灰調剖劑、乳化油泥調剖劑和植物纖維調剖劑等,并配套實施不動管柱調剖工藝,單井措施費用下降約50%。
針對單一堵劑不足以滿足油井不一樣的部位調剖需求的問題,河南油田根據不同油藏類型、不同油層物性、生產狀況等,設計“泡沫+凝膠”“泡沫+凝膠+顆?!薄芭菽?顆?!钡榷稳M合,有效增加了封竄抑水半徑,實現了對油藏深部的精準堵調。(本報記者 常換芳 通訊員 王超強 陳永保)
7月3日,石油工程技術研究院提高采收率所最新研發的低成本生物質復合調剖先導技術在濮2-481井組成功應用,化學堵水調剖劑家族又添新成員——低成本生物質復合調剖劑。該系列新產品的成功研發,為東濮老區開展區塊經濟性整體調剖提供了一條可行路徑。目前,化學堵水調剖劑已形成不同形態、不同粒徑的三大系列產品,油藏應用場景范圍進一步擴大。
“由于油層存在非均質性,注水驅油時常常出現水在油層中‘突進’‘竄流’現象,極度影響區塊開發效果?;瘜W堵水調剖工藝正是通過向油水井注入堵劑,封堵油水井間優勢通道,改善油藏非均質性,使儲層均衡驅替,避免‘旱的旱死,澇的澇死’,達到擴大注入水波及體積、增強開發效果的目的?!笔凸こ碳夹g研究院調剖堵水方向專家楊帥介紹。
然而,隨著東濮老區進入高含水開發后期,優勢通道發育現象極為普遍,油藏溫度高、鹽度高,非均質越發嚴重,很多常規調剖技術逐漸失效,多輪次調剖后措施效果及經濟性難以盡如人意。對此,成立低成本調剖堵水技術攻關團隊,專注于研發具有低工作液成本和高堵塞強度優點的低成本生物質復合調剖劑系列。
“歷時一年半,該技術成功研發并現場應用,實現了中高滲油藏流場調控和提壓提油的目標。然而,生物質原材料粒徑不一、儲存困難及配注復雜的難題又擺在我們面前?!睏顜浾f。
為此,攻關團隊又啟動了多尺度生產的基本工藝技術探討研究,歷經上千次試驗,多次優選生物質原材料類型,建立干燥鑄型分散篩選制備工藝,針對不同油藏條件,研發出適用不同滲透率條件下的多尺度系列生物質顆粒產品,該技術覆蓋的油藏提高可采儲量5000萬噸以上。
下一步,攻關團隊將繼續研發在線調驅一體化技術工藝和生物質復合驅油體系,為東濮老區降本增效添磚加瓦。(楊 敏 張學成)