脲醛樹脂堵水新技術(shù) 
鉆井工程  
摘要：
針對(duì)油水井實(shí)施堵水過程中難以準(zhǔn)確控制用量、 堵劑浪費(fèi)大、 施工風(fēng)險(xiǎn)高的問題， 開展了溶液類堵劑、 固相顆粒復(fù)合堵水體系研究。在堵水劑擠注過程中固相顆粒不斷濾失封堵， 自動(dòng)調(diào)整進(jìn)液通道， 最終實(shí)現(xiàn)均勻、 整體封堵。通過對(duì)脲醛樹脂在稠化、 固相填料兩方面的系統(tǒng)研究， 形成了脲醛樹脂為主體的新型堵水劑。應(yīng)用中針對(duì)不同封堵要求， 調(diào)整不同稠化及填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 實(shí)現(xiàn)深部處理與炮眼封堵的一體化無縫處理；堵劑擠注壓力完全控制在安全范圍內(nèi)并可順利頂替到位， 直接關(guān)井候凝， 大大降低了施工風(fēng)險(xiǎn)， 技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯， 取得了較好的礦場(chǎng)應(yīng)用效果。
正文:
堵水技術(shù)中大部分都涉及封近井炮眼問題， 這是決定措施成敗的關(guān)鍵。技術(shù)難點(diǎn)在于：一是堵劑性能難以適應(yīng)不確定的儲(chǔ)層孔、 滲狀況及差異， 堵得住一般進(jìn)不深， 進(jìn)入深就堵不住口；二是堵劑用量不易控制， 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施一般以擠注壓力決定施工進(jìn)程，封堵成功一般都是中途起壓， 堵劑過量， 往往是非少就多；三是施工風(fēng)險(xiǎn)大， 擠注不到位就必須立即放壓洗井， 以保證管柱安全， 放壓會(huì)對(duì)封堵效果產(chǎn)生致命的影響， 這是一對(duì)難以調(diào)和的矛盾。
礦場(chǎng)實(shí)施中以確保炮眼封堵為重點(diǎn)， 基本上都采取在層段表面形成一定厚度的高強(qiáng)度且滲透性極低的濾餅實(shí)現(xiàn)封堵的方式， 如油井水泥類堵劑， 其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、 快速， 缺點(diǎn)是易失效、 不耐酸堿、 施工風(fēng)險(xiǎn)大、 套損機(jī)率大。真正實(shí)現(xiàn)中深部封堵和表面淺堵一體化的堵水技術(shù)應(yīng)用成功例子較少， 是堵水技術(shù)一直以來研究的方向。
脲醛樹脂堵水劑未固化前為黏度較低的均質(zhì)溶液。油井堵水時(shí)， 把配制好的樹脂堵水劑泵入目的井段， 在地層溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)固化， 實(shí)現(xiàn)封堵目的。儲(chǔ)層孔隙在平面及縱向滲流能力都存在較大的差異， 表現(xiàn)為具有不同的過流能力， 而均質(zhì)溶液總是沿最小流動(dòng)阻力方向推進(jìn)， 結(jié)果必然是局部指進(jìn)， 不能較均勻地進(jìn)入要封堵部位的所有孔隙， 無法實(shí)現(xiàn)整體封堵。這是制約脲醛樹脂類流體堵劑在油井堵水方面應(yīng)用的瓶頸， 是多年來一直未能在油田開發(fā)中得以推廣應(yīng)用的主要原因。
脲醛樹脂堵水新技術(shù)以合成脲醛樹脂中間體為基液， 加入獨(dú)特的增稠材料和可變形的固相顆粒， 對(duì)樹脂溶液進(jìn)行稠化增黏同時(shí)充填一定濃度固相， 混配成較穩(wěn)定的可流動(dòng)混合體。堵水劑擠注過程中固相顆粒在地層孔隙中不斷濾失封堵， 自動(dòng)調(diào)整進(jìn)液通道， 實(shí)現(xiàn)均勻、 整體封堵。
1　脲醛樹脂堵水劑
針對(duì)脲醛樹脂溶液在堵水技術(shù)上的缺陷， 確定了調(diào)節(jié)體系黏度、 添加合適填料兩個(gè)方向進(jìn)行研究。樹脂固化易受組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、 液體環(huán)境、 化學(xué)調(diào)節(jié)劑等的影響。因此， 適當(dāng)?shù)墓袒瘯r(shí)間控制， 增稠劑、 充填劑選擇的研究尤為重要 ［1］ ， 難度也較大。
1.1　固化時(shí)間控制
表 1 為不同固化劑加量和固化時(shí)間關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)果。50~95℃條件下， 加量 0~0.35%， 固化時(shí)間最短12 min， 最長(zhǎng)近 20 h， 不同溫度下脲醛樹脂堵劑固化時(shí)間可控性強(qiáng)， 固化后強(qiáng)度全部大于 15 MPa。堵劑固化時(shí)間隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加直線上升， 而堵劑固化后的強(qiáng)度與固化劑用量的關(guān)系不大， 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)可根據(jù)封堵深度和施工時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié) ［2］ 。
1.2　體系黏度調(diào)
增稠劑對(duì)堵劑黏度影響較大。圖 1 為增稠劑加量與體系黏度關(guān)系曲線， 加量越大， 黏度越大并有加劇上升的趨勢(shì)， 當(dāng)加量足夠大時(shí)黏度可以達(dá)到
10 000 mPa · s 以上， 處于半流動(dòng)狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)可根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)， 黏度可以控制在 30mPa · s 到 10 000 mPa · s 間任意值。高的黏稠性使體系的懸浮穩(wěn)定性、 均勻注入能力、 固結(jié)體穩(wěn)定性得到較大的提升。
1.3　固相顆粒對(duì)封堵能力的影響
脲醛樹脂基液在注入填砂管過程中基本沒有壓力顯示。圖 2 是加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、 粒徑的固相顆粒后的堵劑注入實(shí)驗(yàn)曲線。加入固相顆粒后的堵劑在注入過程中， 由于固相顆粒侵入孔隙， 增大了固相顆粒與孔壁的附著面積， 并在注入壓差作用下使得固相顆粒封堵孔隙喉道更為有效 ［3］ ， 壓力迅速上升，出口堵劑流出量不斷減少并完全斷流。圖 2 中實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果說明， 固相顆粒對(duì)堵劑封堵能力影響較大，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)比低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的封堵能力強(qiáng)；大粒徑（400 目） 比小粒徑（800 目） 的封堵能力強(qiáng)。
2　應(yīng)用實(shí)例
2.1　31-X3214 井新型脲醛樹脂先期堵底水試驗(yàn)
該井的 32# 層為底水油層， 深度 2 861.6~2 876.4m， 頂油 4.2 m， 底水 10.6 m。生產(chǎn)層段固井質(zhì)量不合格， 為防止投產(chǎn)后水竄， 對(duì)該層油水界面位置進(jìn)行“打隔板” 化堵。共擠注新型脲醛樹脂堵劑 24 m 3 ， 分3 個(gè)不同段塞， 最后封口壓力 28 MPa， 全部擠注到位， 直接關(guān)井候凝。施工曲線見圖 3。
作業(yè)鉆塞后試驗(yàn)合格， 投產(chǎn)后無水產(chǎn)油期較同類油層延長(zhǎng) 4 個(gè)多月， 有效期 1 年以上， 效果顯著。
2.2井先期封竄試驗(yàn)
該井目的層及以上井段固井質(zhì)量不合格， 試油前需對(duì)試油層段上下水層進(jìn)行打隔板封堵， 射孔井段 2 921.4~2 922.4 m， 2 898.8~2 899.8 m， 采用新型脲醛樹脂堵劑進(jìn)行打隔板封竄施工。共注入堵劑 12m3 ， 最高壓力 18 MPa。作業(yè)鉆塞合格， 投產(chǎn)后生產(chǎn)效果較好， 封竄有效。施工曲線見圖 4。
3　應(yīng)用效果分析
3.1　低壓擠注
脲醛樹脂堵水劑增稠后具有較強(qiáng)的攜帶固相顆
粒作用， 而固相顆粒在一定的擠注壓力下容易破碎變形。 依靠固相顆粒在油藏巖石孔隙和喉道中運(yùn)移、封堵、 彈性變形（或破碎） 、 再運(yùn)移、 再封堵來不斷地調(diào)整堵劑注入通道， 實(shí)現(xiàn)了在較低的擠注壓力下， 達(dá)到較高的封堵成功率 ［4］ 。
礦場(chǎng)試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)來看（表 2） ， 不管是在高滲或中低滲地層中， 擠注堵劑過程中爬坡壓力一般在 3~6 MPa， 最后都能按設(shè)計(jì)順利頂替到位， 未出現(xiàn)過中途超壓情況。一方面說明了堵劑優(yōu)越的擠注性能，大大降低了施工風(fēng)險(xiǎn)， 另一方面體現(xiàn)了對(duì)不同物性儲(chǔ)層的良好的適應(yīng)能力。堵劑的這種特性可以實(shí)現(xiàn)有把握地“注得進(jìn)、 堵得住” ， 避免了堵水措施中普遍存在的堵劑量非“少” 就“多” ， 施工壓力非“低”就“超” 的難以掌控的技術(shù)難題。
3.2　直接關(guān)井候凝
如何實(shí)現(xiàn)有效封堵和井筒管柱安全是一直以來難以兩全的技術(shù)難題。封堵近井及炮眼最常采用水泥類堵劑， 配制高固相含量（大于 70%） 的漿液擠注，在井口或井筒所能承受的最高壓力下在井壁形成濾餅封堵。漿液的殘余量難以預(yù)測(cè)， 高壓擠注后需要立即放壓洗井， 實(shí)施成功率相對(duì)較低， 施工管柱易卡， 風(fēng)險(xiǎn)較大。
新型脲醛樹脂堵劑可以實(shí)現(xiàn)按設(shè)計(jì)量完成擠注， 頂替到位， 不洗井直接關(guān)井侯凝， 確保封堵效果。表 3 為脲醛樹堵水新技術(shù)應(yīng)用情況， 不同物性和不同措施目的的井實(shí)際用量和設(shè)計(jì)用量基本一致（實(shí)際用量是指實(shí)際擠注入井的堵劑量） ， 而壓力不超， 說明全部井都實(shí)現(xiàn)了堵劑的順利擠注， 并成功頂替到位。
3.3　不同處理半徑及炮眼封堵一體化
封竄或打底水隔板需要對(duì)目的段進(jìn)行深部處理， 油井水泥類堵劑因進(jìn)入能力差， 無法滿足要求。選擇純流體性的化學(xué)堵劑（如凍膠、 沉淀類堵劑等）雖然易于進(jìn)入地層， 但基本上是一種不均勻推進(jìn)， 無法對(duì)近井及炮眼實(shí)現(xiàn)整體封堵。兩者結(jié)合使用， 在近井又存在一個(gè)接觸界面， 因兩種體系相互影響， 在界面必定存在一個(gè)竄流通道， 導(dǎo)致堵水無效。
脲醛樹脂堵水新技術(shù)采用不同黏度、 不同固相顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的堵劑段塞組合連續(xù)注入， 前期注入不加固相顆?；蝾w粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的段塞， 對(duì)地層較深部位固化封堵；后續(xù)較高顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)段塞在近井自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)向， 整體推進(jìn)封堵。所有段塞基液都為脲醛樹脂溶液， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)地層深、 淺部位封堵一體
化， 并能按不同技術(shù)要求進(jìn)行任意調(diào)節(jié)。
3.4　易于鉆塞， 施工有效率高
水泥類堵劑固結(jié)后硬度大、 脆性小， 鉆塞慢。尤其是大套管或斜井在水泥擠封后因環(huán)空間隙大、 管柱不居中， 鉆屑上返慢易卡鉆；管柱彎曲嚴(yán)重， 無法有效提高鉆壓， 鉆塞難度較大。礦場(chǎng)實(shí)施過程中經(jīng)常出現(xiàn)多次返工或擠封后鉆塞無進(jìn)尺的問題， 影響油井生產(chǎn)。
表 4 統(tǒng)計(jì)了幾口井應(yīng)用脲醛樹脂堵水新技術(shù)后鉆塞情況。封堵后無論大小套管， 不同井深， 鉆塞時(shí)間都在 5 h 以內(nèi)， 最短 2 h， 一般 3~4 h， 差異不大， 整體鉆塞耗時(shí)短， 作業(yè)效率高；鉆速較快， 一般在 30~50 m/h， 是鉆水泥塞的 7 倍以上。原因有二：一是因脲醛樹脂相對(duì)密度較低， 鉆屑攜帶性好， 易于上返；二是脲醛樹脂固化體脆性大， 可鉆性強(qiáng)。脲醛樹脂堵水新技術(shù)的良好可鉆性不僅縮短了作業(yè)周期， 而且解決了一些特殊井型（如大套管、 大斜度、水平井等） 堵水有效率低、 鉆塞困難的技術(shù)難題。
4　結(jié)論
（1） 脲醛樹脂堵水新技術(shù)解決了液體堵劑炮眼封堵難題， 具有流體化學(xué)堵劑及強(qiáng)封口堵劑的雙重優(yōu)勢(shì)， 可以滿足打隔板、 封竄等措施中對(duì)中深部封堵和近井、 炮眼封堵一體化無縫連接的技術(shù)要求。
（2） 對(duì)不同物性的地層有較強(qiáng)的適應(yīng)性， 能實(shí)現(xiàn)較高壓力下穩(wěn)定注入， 整體推進(jìn)， 高效封堵。
（3） 該堵劑施工安全系數(shù)高， 擠注后可以不洗井、 不動(dòng)管柱直接關(guān)井反應(yīng)。
（4） 可以廣泛用于封層（實(shí)施不保護(hù)酸化、 大套管） 、 循環(huán)二固、 中深部堵水（堵底水、 層內(nèi)堵水） 、 封竄、 套變井堵水等措施。

咨詢熱線：17320188259