化学堵水在海上油田的应用与发展_麻路.pdf

2023 年 第 1 期 化学工程与装备 2023 年 1 月 Chemical Engineering&Equipment 119 化学堵水在海上油田的应用与发展化学堵水在海上油田的应用与发展 麻 路1，张 译2，任 杨2，孙 林1，李志臻1，朱立国1（1中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；2中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东 深圳 518064）摘摘 要要：结合化学堵水发展现状和海上油田开发生产特点，基于海上油田稳油控水的需求与实践，剖析海上油田化学控堵水技术发展缓慢的原因及其对油田高效开发的重要意义，并提出技术发展建议。关键词：关键词：化学堵水；海上油田；高含水期；稳油控水；化学堵剂 以油井出水为典型代表的海上油田高含水问题，既消耗能量、降低原油采收率，又加重产出液处理负荷，衍生出腐蚀、结垢、环境污染等次生问题。因此，高含水油田有效开发既是海上油田开发生产面临的重要挑战，又是增储上产的基础保障。针对油井出水问题，海上油田结合自身特点，从油藏分析、生产动态出发实验研究了多种治理策略和应对技术，其中以自动流入控水工艺组合连续封隔体控水工艺为代表的机械式组合堵水技术取得了显著成果并广泛推广1。相对而言，化学控堵水技术虽在陆地油田得到深入研究和广泛应用2，但在海上油田的高含水油井治理方面尚未取得重大突破，还需结合海上油田的生产实践和化学控堵水技术的发展动态持续攻关研究。1 1 化学堵水技术的发展现状化学堵水技术的发展现状 化学堵水技术，通常指借助化学手段实现油井高含水治理的堵水措施；根据堵剂是否具备油水选择性封堵作用，分为选择性堵水和非选择性堵水。选择性堵水，即通过堵剂的作用，实现储层水相渗透率的显著降低而对油相渗透率影响较小；非选择性堵水，即针对高含水层实现高强度封堵，从而减少水层对油层段的层间干扰。与机械堵水相比，陆上油田化学堵水应用井次多、适用范围广，在多年的实践研究中堵剂种类繁多、性质各异，可满足不同油田的客观需要。我国化学堵水技术从 1957 年至今已经发展了 60 多年，先后经历了探索与试验，蓬勃发展，平稳发展和多元发展四个阶段3。在不同的发展阶段，化学堵水技术从单纯的堵剂开发应用到堵剂结合工艺的应用研究；从单井治理到结合油田开发特点整体治水再到先进堵水内涵和认识的提出4；从简单井况、常规砂岩油藏控堵水到水平井、超深井（5000m以上）等复杂井况、缝洞型碳酸盐岩油田高含水问题治理；现已取得了多学科交叉融合、技术跨越式发展的阶段成果，并针对油田生产高含水的具体问题不断创新升级5。化学堵水经过多年实践已形成统一认识，厘清油藏水体的流动规律是化学堵水的先决条件6，既要从单井角度开展 堵水作业，重视堵剂分布状态的控制、选择性堵水技术的应用；也要从油田整体出发，结合开发生产动态判断出水特征，灵活选择对应堵剂并制定工艺方案。同时，高含水期砂岩油藏、裂缝性油藏大孔道封堵等堵水难题将伴随着深井、高温（120以上）、直井多层、水平井长水平段等更加复杂苛刻的工程条件涌现出来，化学堵水技术一定要随着石油工业的迅猛发展不断更新、升级。2 2 海上油田的开发特点及稳油控水应对策略海上油田的开发特点及稳油控水应对策略 2.1 海上油田的生产特征 海上油田开发是一个“高风险”、“高技术”、“高投入”的产业，与陆上油田相比具有一定的特殊性：投产前开发方案的制定难度大（探井、评价井数量有限，试生产时间短，基础资料有限、不确定性多），投产后调整余地小（平台位置确定、井槽数稀缺）7。开发生产投资高8（海洋石油工程设施的要求严格、成本高，开发整体投资为陆地油田的610 倍）、平台寿命短（受限于恶劣的海洋环境及高昂的维护操作成本，一般为 1530 年）。平台空间小、技术集成度高，生产难题始终倒逼应对措施迭代优化。我国海上油田的开发生产始终围绕着开采速度与稳产年限、地层能量的利用和补充、开发层系及井网布置、提高采收率这四个关键问题7，创新性地提出了高效开发新模式（如图 1 所示），包括三个特点：将油田提高采收率工作提升到与勘探同等重要的位置，在平台有限的生命周期内，不断提升原油采收率。根据油田生产特点和开发难点，加速技术创新和工艺迭代，以油井高产稳产为目标合理缩短一次采油时间。打破“三次采油”的认识局限，抓住增储上产和降本增效，通过系列化技术的集成、综合应用，提高社会效益和经济效益。海上油田通过创新模式的生产实践，取得了产量的显著增加和可观的开发效果（如图 2 所示），并且实现了 40 年的稳产、高产，2021 年渤海油田稳产 4000万吨，南海东部、西部油田各突破 2000 万方。DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.01.002120 麻 路：化学堵水在海上油田的应用与发展 图图 1 1 海上油田高效开发新模式示意图海上油田高效开发新模式示意图 图图 2 2 海上油田高效开发创新模式示意图海上油田高效开发创新模式示意图 2.2 海上油田面临的高含水问题 海上主力油田加速开发的过程中高含水问题日益严峻，大泵提液、注水开发等传统的油井产能强化措施的广泛应用又加速了油井见水和含水率上升11。目前各主力油田均已进入中高含水期，南海油田海相砂岩（特）高含水油田深度挖潜，渤海稠油油田稳油控水是目前海上油田高含水问题的典型代表，这对控堵水技术提出了迫切要求。同时，裂缝型油藏综合含水高、采出程度低，水窜问题严重，油田控水难度大，常规化学堵水存在储层伤害风险高、有效期短，工程效果不理想。传统机械控堵水效果通常依赖于封隔器分段封隔作用，但因储层中错综复杂的缝网使被封隔器坐封后的独立生产段又被重新穿透，堵水效果不佳。近年来以连续封隔体、ICD 筛管完井已取得重大突破，但为进一步提升油田的储量动用程度，还需结合化学堵水扩充思路实现针对裂缝油田的多重控水。2.3 海上油田稳油控水的应对措施 应对海上油田高含水问题的应对策略包括两个方面。第一方面，随着对地质油藏认识的加深，针对性地进行开发调整，通常从油田投产初期经历“局部加密调整整体加密调整大规模整体加密调整区域化开发调整”等阶段。开发调整的过程，既重视提高储量动用程度、改善油田开发效果、增加开发年限内的可采储量；又不断协调新老井网的关系，针对性地从纵向、平面和层内进行注采井网调整，以实现油田开发效果和经济效益的最大化。另一方面是立足于单井工况的堵水措施应用，目前以机械堵水占主导，化学堵水技术开展了相关研究和矿场实验，但尚未实现规模化应用。3 3 化学堵水技术在海上油田的应用思考化学堵水技术在海上油田的应用思考 从应用现状和技术需求来看，海上油田化学堵水技术发展相对缓慢，但重要性不断凸显。一方面，从控堵水的措施和实际效果，海上油田化学堵水还未取得重大突破，其发展速度、应用规模远不及机械堵水及陆地油田应用情况。另一方面，开发调整从整个油田的生产动态出发，缓解了开发矛盾、增加了可采储量；机械堵水从井筒或近井段流场控制实现了采出端的控水稳油，提升了高含水油田开发的经济性；但是储层深部的主动控水或井控区域内剩余储量的深度挖潜，势必要通过将化学药剂注入目标层位才能实现。从海上油田生产特点和化学堵水技术本质来看，化学堵水技术在海上油田的推广应用存在着客观矛盾，技术准入门槛高。这是因为海上油井责任巨大，地质油藏资料珍贵且稀缺，不允许随便在油井上做试验，杜绝因失误、事故导致油井报废18。而化学堵水则是通过堵剂在地层的反应实现对水流通道的封堵，反应的剧烈程度、封堵性能的强弱与堵水效果呈正相关。两者间的矛盾主要体现在三个方面：高强度堵剂伴随着高风险，可能增加施工风险，也可能误堵油层，恢复生产的难度和成本远高于陆地油田。堵剂进得去、走得远是技术的难点，所以化学堵水远不及开发调整的相关手段对控水增油的实际效果显著，而在近井地带的作用效果又远未达到技术研究应用的要求，导致了化学堵水的实际效果存在很大的不确定性。海上油田作业成本高，措施的“辅助费用”往往比“技术本身的实施费用”还要高，因此海上油田对技术的投入产出比要求更高，部分在陆地油田可广泛应用的化学堵水技术不满足海上油田对措施技术的经济性要求。因此，综合化学堵水的发展动态和海上油田的自身特点，我们应从以下几点推动化学堵水技术在海上油田的研究与应用：麻 路：化学堵水在海上油田的应用与发展 121 （1）从油田高效开发的要求出发，牢固树立海上油田化学堵水的红线意识，不能因为化学堵水导致重大失误，甚至堵死油井，要从化学堵剂、工艺设计、现场施工多角度做好风险管控。（2）重视堵剂技术的研究和发展；一方面，以堵剂对储层低伤害为原则重视选择性堵剂材料的开发，降低堵水风险；同时针对堵剂进得去、走得远的技术难点和高温、深井的应用需求，要加强纳米技术的应用结合，重视堵剂在储层孔隙条件下运移、滞留规律的研究和封堵机理的分析，增强技术应用的可靠性和安全性；另一方面，要重视海上油田的开发特点，针对低渗、高温、深井、水平井长水平段、裂缝型油藏，要重视堵剂产品的研发。（3）要坚持油藏和工艺的深度结合，从油田稳油控水全局做好油藏分析，科学决策选好目标单井、动态分析确定作业窗口；结合油井工况和堵剂特点，优化工艺方案，打破化学堵水的传统思路，强化堵水与增产措施的联系与结合，通过工艺的组合应用提升化学堵水的实际效果。（4）从长远角度加强化学堵水的体系化建设；一方面，把化学堵剂开发、配套工艺设计、油藏动态决策有机结合起来，形成针对不同来水方式的化学堵水技术；另一方面，结合行业内部已有技术成果，建立堵水优化设计的专业软件，提升化学堵水的科学性。4 4 总总 结结 在追求高速高效开发的同时，海上各主力油田均已进入高含水期。油田高含水问题既影响基础产量、又影响措施产量；既是老油田稳产的关键，又是从注水井到油藏、油藏到采油井的一项系统工程，稳油控水是海上油田开发生产的“吃饭”工程，更是增储上产的重要突破。化学堵水技术能够实现储层稳油控水的深度改造，应站在海上油田开发生产的整个生命周期，加强针对性研究，做好与机械堵水、成熟增产措施结合的应用研究，调和生产矛盾、实现控水增油，提升海上油田高含水期开发效果。参考文献参考文献 1 阎洪涛,徐文江,姜维东,等.海上底水油藏水平井自适应控水技术 J.大庆石油地质与开发,2021,40(03):71-6.2 俞启泰.论提高油田采收率的战略与方法J.石油学报,1996(02):53-61.3 李宜坤,李宇乡,彭杨,等.中国堵水调剖 60 年J.石油钻采工艺,2019,41(06):773-87.4 赵福麟,戴彩丽,王业飞,等.油井堵水概念的内涵及其技术关键J.石油学报,2006(05):71-4+8.5 赵修太,陈泽华,陈文雪,等.颗粒类调剖堵水剂的研究现状与发展趋势J.石油钻采工艺,2015,37(04):105-12.6 贾虎,蒲万芬,赵金洲,等.裂缝性油藏控水堵水方法研究与应用J.地质科技情报,2010,29(05):62-70.7 辛世刚.海上油田开发(二)J.中国海上油气(工程),1991,3(01):13-4.8 徐文江,赵金洲,陈掌星,等.海上多元热流体热力开采技术研究与实践J.石油科技论坛,2013,32(04):9-13+69.