目前的油气井堵水工艺可分为两大类:如地层的含水区、油气区可以分开时,可将水泥、树脂或硅胶等永久性封堵物质,选择性地注入含水区,形成可阻挡任何液流的不渗透挡板进行堵水。当油层的含油气区和含水区不能截然分开时,就只能将水溶性聚合物注入含油水区,以形成选择性挡板,保证既可封堵水流又能保持油气渗滤,进行选择性堵水。
常规的聚丙烯酰胺堵水工艺,其分子被地层孔隙壁吸附后,形成一个几乎不可穿透的薄层,以阻止作为润湿相的水流,而使非润湿相的烃类仍可从孔隙通道中心通过。但在高渗透或裂缝性油层中,孔隙通道比高分子的分子直径还大,会使这类处理无效。则必须再用多价金属离子作交联剂进行特殊处理,以便在孔隙喉道中形成聚合物网络。但这时孔隙喉道中心也可能被聚合物网络占据,同时也阻挡油气的流动,从而失去选择性封堵的目的。
现介绍的两种新型聚丙烯酰胺堵水工艺,不需用交联剂进行特殊处理。因此,它既可改善常规聚丙烯酰胺处理的效果,又可消除交联系统造成的地层损害。这两种新工艺均是利用聚丙烯酰胺的就地膨胀。
1、工艺一
是利用丙烯酰胺/丙烯酸盐共聚物(HPAM)的蜷屈分子具有的在盐水中收缩,在软水中膨胀的性能。在无盐类存在时,同一分子上的丙烯酸官能团所带的负电荷互相排斥,会使蜷屈分子膨胀。在有盐类存在时,其分子上的微小阳离子也可遮蔽大分子上的负电荷,使其收缩。这种水动力体积的变化,可使HPAM聚合物在盐水中具有较高的稠化力,而在硬盐水中的稠化力较小。然后收缩状态的HPAM分子的吸附力比其膨胀时大,因此可在孔隙壁上形成密集的吸附层。而在油气井生产时,地层中的软盐水将配制和注入HPAM的硬盐水驱替出去后,就会使吸附层增厚,从而可有效地限制地层水产出,而只允许烃类从孔隙通道中心排出。
2、工艺二
工艺二的原理比工艺一简单得多,它只是用未水解的聚丙烯酰胺(PAM)取代了HPAM,再用膨胀剂来使吸附的聚合物层膨胀,而不是靠矿化梯度。在该工艺中,是用10%的碳酸钾溶液作膨胀剂,使PAM分子降解而膨胀。这时,可用任一矿化度的盐水来溶解和注入聚合物,因为PAM分子的特性使其对盐水几乎不敏感。另外,PAM溶液还比HPAM的粘度低、在地层孔隙中的吸附趋势大,因此工艺二比工艺一的适用范围广泛得多。
对上面两种改进后的新工艺进行的室内试验表明,在所有情况下吸附的聚合物层均可膨胀,因而可明显地降低地层的盐水渗透率。它们均可提高堵水效果,而对油气流没不良影响。
为了证实室内试验效果,1986年6月对Cerville-Velaine储气工厂的VA-48井,用工艺一进行了堵水矿场试验。该井油层的平均深度为500m,平均产层厚度为60m。其渗透率由顶部的0.0987μm2,增大到55m处的0.987μm2。其余的5m是由渗透率大于4.935μm2的粗粒矿岩构成。其高渗透薄夹层和含水层的存在,使其在产气时大量产水。另外由于产出水为低矿化度盐水,并且地层温度较低,因此就选用工艺一对该井进行处理。处理时注入700m3浓度为3000ppm含有500ppm商品甲醛的HPAM溶液,以处理该井60m厚的地层,处理半径为5m。注入速度慢至10m3/h,以便在井眼区域保持足够的剪切速率,防止聚合物降解。注聚合物时,井口压力保持在0.5MPa以下。注完聚合物后,再注入气体进行反冲洗。
该井从1986年6月用工艺一处理后,在夏季作注气井,冬季作产气井均有良好的效果。注气量保持在处理前的水平,产气量有很大增加,还较大地降低了含水。下表给出了VA-48井(1986年6月用工艺一进行过堵水)和VA-49(未进行过堵水作业)1985年-1989年冬季生产期的气、水产量对比。
VA-48井和VA-49井生产对比表
项目/生产期(年) | 1985-1986 | 1986-1987 | 1987-1988 | 1988-1989 | ||||
VA-48井 | VA-49井 | VA-48井 | VA-49井 | VA-48井 | VA-49井 | VA-48井 | VA-49井 | |
产气量(103英尺3) | 540 | 516 | 207 | 118 | 658 | 348 | 266 | 299 |
产水量(桶) | 257 | 178 | 67 | 580 | 704 | 663 | 98 | 387 |
水/气(桶/英尺3) | 0.476 | 0.343 | 0.324 | 4.97 | 1.07 | 1.91 | 0.368 | 1.29 |
由上表可以看出,VA-48井堵水后,1987年-1988年冬季产气量是VA-49井的两倍,含水也大幅度下降,即使在下两个生产周期中,含水也保持在较低水平上。由此可见,工艺一对降低气井含水长期有效,从目前情况看,有效期较少在三年以上。