硫化橡胶粉调剖工艺技术.docx
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硫化橡胶粉调剖工艺技术
橡胶粉充填调剖技术
编写：
曾玲
初审：
赵普春
审核：
杨顺贵
采油三厂工程技术大队
二00二年十二月
一、项目背景
二、调剖机理
三、粒直径与堵剂用量计算
四、橡胶粉调剖室内评价试验
（一）橡胶粉的主要成分及膨胀性能
（二）橡胶粉颗粒在显微镜下的特征
（三）性能评价试验
五、堵剂配方
（一）高渗透油藏配方体系
（二）中高等渗透性藏配方体系
六、施工工艺
（一）选井选层原则
（二）施工参数
七、现场应用及效果分析
（一）实施情况
（二）实施效果
八、经济效益分析
九、认识与结论
一、项目背景
文卫马油田由于水井长期注水，加之注水强度大，导致疏松砂岩油层出砂以及胶结物、堵塞物、杂质等分解后随注水流走，造成地层孔隙增大从而形成漏失孔道，致使水井调剖剂量逐年加大，单井调剖次数增加，但调剖效果却越来越差。
随着调剖剂量和调剖井次的增加，调剖费用也逐年上升，与2000年相比，2001年的井次费用增加了2.6万元，因此选择合理的调剖剂配方，提高调剖效果，降低调剖费用，具有十分重要的意义。
二、调剖机理
实践证明，长期注水井高渗透层的孔隙半径比原始孔隙半径增大5-10倍，由于孔隙半径增大，为物理堵塞提供了条件。
橡胶粉充填调剖技术是将一定比例不同粒径的橡胶颗粒通过携带液泵入地层大孔道或裂缝中，通过其物理堵塞作用以及携带液交联体系中的“骨架”作用，达到调整吸水剖面的目的。
该堵剂具有随孔隙大小变化而变化的特点，它可以自身颗粒直接堵塞，也可以颗粒集团堵塞，或以颗粒与携带液形成高粘度稠状物增加动阻力等方式堵塞。
三、直径与堵剂用量计算
a）颗粒直径计算
根据不同地层孔隙半径选用不同的颗粒直径，公式为：
Ф=NR
Ф————颗粒直径
N————调剖层孔隙半径
R————综合系数
b）堵剂用量
Q=βπR2hф
Q————堵剂用量
β————附加系数
R————处理半径
H————调剖层有效厚度
ф————孔隙度
四、胶粉调剖室内评价试验
（一）橡胶粉的主要成分及膨胀性能
橡胶粉的主要组份为微细橡胶粉末状颗粒，呈黑色、质轻、密度为0.5—0.7×103kg/m3，由于颗粒中未含有吸水性基团，因而在水中无膨胀性能。
不同粒径橡胶粉的容重表一
规格
5目以下
5目
10目
15目
20目
30目
40目
容重kg/m3（±5kg）
330
340
350
355
360
370
380
（二）橡胶粉颗粒在显微镜下的特征
将粒径分别为30—40目，40-50目，50—60目三种规格橡胶粉，分别在显微镜下放大66—78倍观察，其结果为：
30—40目组粒径大，颗粒间界面清晰，颗粒无孔洞，约10%的颗粒有凹痕，这增大了颗粒的比面积。
40—50目组中，近10%的细粒存于颗粒凹痕中。
50—60目组中颗粒光线暗淡，颗粒圆度较好，周边略有毛絮细末。
橡胶粉的主要成分及物理机械性能指标表二
项目
指标
橡胶含量%>
40
灰分%<
38
水分%<
80
丙酮抽出物%<
20
筛于物%<
3
相对密度
0.98-1.20
软化温度0C>
130
拉伸强度Mpa>
5
硬度邵A
65±5
（三）性能评价试验
1、试验条件：
取马寨、文明寨注入水
试验温度：
180C—1100C，试验压力为：
15—18Mpa
测橡胶粉调剖剂热稳定性时间为一年。
2、对比试验
（1）母液对膨胀率的影响
在马寨、文明寨的注入水中，橡胶几乎无膨胀性
在马寨油田的原油中，500C温度下其膨胀率约为5%--8%
在马寨油田的地层水中，500C温度下其膨胀率为3%。
（2）悬浮性
500C温度下，在加有1000ppm的马寨注入水中，主要悬于溶液上半部，悬浮时间为3小时；在0.4%甲叉基聚丙烯酰胺干粉溶液中，能均匀悬浮，悬浮时间大于6小时。
（3）热稳定性
此项试验中，主要进行了加热加压条件下的稳定性试验。
在加热条件下，温度由180C--1100C，经过连续一年时间的观察，橡胶粉无明显的溶解现象，加有橡胶粉的溶液视粘度变化很小。
在加压条件下的现象与加热条件下的现象几乎相同，由此可见，该橡胶粉的热稳定性好。
（4）岩心封堵试验
在600C条件下，选用渗透率K=116×10-3um2，孔隙度ф=16.8%的天然岩心先用马寨注入水饱和一倍孔隙体积，再取出岩心造缝，装填橡胶粉于岩心裂缝端面，并用8.5ml/min的排量用水驱替，30min中内出口水量共6.8ml，注入压力由0.32Mpa升至13.5Mpa，水驱后将岩心置于显微镜下观察，发现岩心裂缝中有大量橡胶粉末存在，且排列顺序遵循尺寸，岩心裂缝端面几乎全被橡胶粉堵塞，可见，致使水压力升高是由橡胶粉的堵塞造成的。
在选用人造填砂造缝岩心中，现象与上相同。
通过三组渗透率不等的裂缝岩心试验，橡胶粉在这些岩心中的封堵率平均达95%以上，封堵效果良好。
3、认识与建议
通过以上试验结果，做出以下建议
（1）针对橡胶粉的室内评价试验，建议现场使用时，必须通过一定交联度的携带液的携带作用，搅拌均匀后注入地层。
（2）橡胶粉尤其适用于封堵大孔道和裂缝地层，能达到理想的调剖效果，具有较长的调剖有效期。
（3）建议现场用于水井封堵大孔道及裂缝、油井封堵水层的调剖堵水作业。
五、堵剂配方
为满足不同油藏注水井调剖需要和扩大橡胶粉的推广应用范围，需要与不同的调剖剂配合使用。
（一）高渗透油藏配方体系
配方体系为：
封堵段塞+悬浮体系（HT-02）+1%橡胶粉。
封堵段塞可用10％-20%的BL-D、XDJ－2高强度堵剂+1％-3％的钠膨润土，剂量为强吸水层厚度每米10-20m3。
该配方体系中，高强度或高固化段塞封堵强吸水层，悬浮体系+橡胶粉调剖剂体系对次级强吸水层进一步调整。
主要应用于文明寨低压大孔道油藏。
（一）中高等渗透性藏配方体系
配方体系为：
絮凝体系（5%钠土+0.15%聚丙烯酰胺）+（1%-2%）橡胶粉。
该配方体系利用橡胶粉颗粒堵塞作用来封堵高渗透层，絮凝体调剖剂携带橡胶粉进入地层，对强吸水层进行调整。
主要应用于马寨油田及卫城油田浅层油藏。
由于橡胶粉为颗粒调剖剂，适用于堵塞大孔道和渗透性好的地层，对于中低渗透油藏，如卫城深层油藏孔隙度小、渗透率低，易被颗粒堵死，因此橡胶粉调剖剂不适合中低渗透油藏。
六、施工工艺
橡胶粉调剖必须通过一定交联度的携带液的携带作用，搅拌均匀后注入地层。
因此，在现场应用不仅要认真选井，而且还要控制合理的施工参数。
（一）选井选层原则
（1）、日注水量大、注水压力低，视吸水指数大于6m3/MPa.d；
（2）、层间或层内吸水差异大，非均质性较强；
（3）、存在单层相对吸水大于30%的井；
（4）、油水井连通性好，油井受注水井影响明显的井。
（二）施工参数
橡胶粉均匀的搅拌在具有一定携带能力的调剖液中，因此调剖液粘度较高，因此要选用压力高，排量大的设备，其注入排量为10m3/h——12m3/h，施工压力根据水井注水压力而定，合理的施工参数是保证顺利完成调剖工作和达到理想的调剖效果的必然条件。
1、注入剂量和注入压力确定
依据积累膜理论，单井注入量的确定仍遵循容积法公式计算，与常规调剖不同之处是增大了处理半径，半径由4m—5m增大到7m以上；注入压力一般不超过地层破裂压力的70%。
2、注入排量和顶替量确定
取芯井资料表明，地层中高渗透层段的原油绝大部分已被注入水驱替，为了有效地封堵高渗透层段而不污染低渗透层段，施工排量的确定是不容忽视问题之一。
因为只有在合理的注入排量下，注入的流体在地层中渗流时，才能首先沿着高渗透层段流动。
本文在室内和现场试验的基础上，主要依据视吸水指数确定；当视吸水指数小于8m3/MPa.d时，注入排量应控制在0.15m3/min以下；当视吸水指数大于8m3/MPa.d时，注入排量可控制在0.15m3/min—0.20m3/min之间。
顶替液的作用是将井筒内的调剖剂替入地层，以保证施工后注水井的正常注水。
由于橡胶粉是颗粒悬浮于调剖剂中，所以不仅要将井筒内的调剖剂替入地层，而且还要将近井地带的调剖剂替入地层较深部位，以防止或减少施工后关井过程中调剖剂的返吐现象。
一般情况下，顶替液的用量应为施工管柱容积与管柱以下套管容积之和的2倍~2.5倍。
七、现场应用及效果分析
（一）实施情况
2002年1-11月份文明寨、卫城、马寨油田共采用橡胶粉调剖注水井20井次，其中文明寨9井次，卫城3井次、马寨8井次，累计注入橡胶粉为添加剂的调剖剂11020m3，平均井次剂量551m3，平均处理半径7.1m，单井使用橡胶粉2.8t，施工过程中平均施工压力上升幅度达5.8Mpa，共投入费用165.13万元，平均单井费用8.26万元。
橡胶粉调剖施工情况表表三
单位
施工
井数
施工
调剖
平均
平均
启泵
最高
投入
总费用
平均
井次
剂量
剂量
半径
压力
压力
费用
文明寨
9
9
5159
573
7.3
8.6
15.8
76.05
8.45
卫城
3
3
1553
518
6.7
17.8
26.8
24.12
8.04
马寨
8
8
4308
539
7.1
12.5
18.5
64.96
8.12
全厂
20
20
11020
551
7.1
14.5
19.8
165.13
8.26
（二）实施效果
1、水井效果
措施后平均启动压力上升了4.3Mpa，PI值上升了4.4Mpa，注水压力提高了3.8Mpa（详见表四）。
水井见效情况表表四
单位
PI值（MPa）
启动压力（Mpa）
注水压力（MPa）
日注水量（m3/d）
有效
期
调前
调后
变化
调前
调后
变化
调前
调后
变化
调前
调后
变化
文明寨
5.6
9
3.4
6.6
9.8
3.2
5.7
9.7
4
63
55
-8
127
卫城
8.2
11.6
3.4
6.7
12.3
5.6
12.8
17.4
4.6
72
68
-4
191
马寨
9.1
14.9
5.9
10.3
15
4.7
13.5
16.8
3.3
58
56
-2
167
全厂
7.5
11.8
4.4
8.1
12.4
4.3
9.9
13.7
3.8
62
57
-5
153
使用橡胶粉充填调剖剂进行水井调剖，与没有添加橡胶粉的调剖剂相比具有更好的调剖效果。
2、油井效果
20口注水井共对应正常生产油井46口井（重复对应油井除外），有39口见到了增油、降水效果，对应油井见效率84.8%。
11月份月增油408t，日增油水平13.6t，截止11月底年累计增油5112t，井次增油256t，累计降水23171m3（详见表五）。
对应油井见效情况表表五
单位
施工
井数
施工
井次
对应
油井
见效
油井
见效
率
当月
增油
年累
增油
年累
降水
有效
期
文明寨
9
9
18
16
88.8
159
2250
11113
114
卫城
3
3
8
6
75
69
784
2894
188
马寨
8
8
20
17
85
180
2078
4164
147
全厂
20
20
46
39
84.8
408
5112
23171
140
八、经济效益分析
2002年，文、卫、马油田共实施橡胶粉充填调剖20口井。
（一）投入
20口井投入费用165.13万元，平均井次费用8.26万元。
（二）产出
截止2002年11月底，累计增油5112吨，降水23171m3，增油按每吨1046元计算，降水每方按20元计算，计算结果如下：
增油：
5112×1046元/吨=534.71万元
降水：
23171×20元/方=46.34万元
合计：
581.05万元
（三）投入产出比
投入产出比为：
581.05:
165.13=1:
3.52
九、认识与结论
（一）通过20口井的推广应用，橡胶粉充填调剖水井工艺成功率为100%，对应油井见效率为84.8%，投入产出比为1：
3.52。
水井有效期153天，油井有效期140天，与其它调剖方式相比具有较长的调剖有效期。
（二）场使用时，与具有一定交联度的携带液如聚丙烯酰胺或钙-水泥等，搅拌均匀后注入地层，对封堵大孔道和裂缝地层比单纯的聚丙烯酰胺或钙-水泥更有效。
因此采用橡胶粉充填调剖有一定的推广价值。
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