吳 均路海偉楊 昊彭 通馮建松趙 穎

（1.冀東油田公司鉆采工藝研究院，河北唐山 063000；2.冀東油田公司陸上作業(yè)區(qū)，河北唐山 063000）

脲醛樹(shù)脂堵水新技術(shù)

吳 均1路海偉1楊 昊1彭 通1馮建松2趙 穎2

（1.冀東油田公司鉆采工藝研究院，河北唐山 063000；2.冀東油田公司陸上作業(yè)區(qū)，河北唐山 063000）

針對(duì)油水井實(shí)施堵水過(guò)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(wèn)題，開(kāi)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(guò)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(guò)對(duì)脲醛樹(shù)脂在稠化、固相填料兩方面的系統(tǒng)研究，形成了脲醛樹(shù)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(wú)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。

脲醛樹(shù)脂；堵水；增稠；固相顆粒

堵水技術(shù)中大部分都涉及封近井炮眼問(wèn)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(guò)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(lái)研究的方向。

脲醛樹(shù)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(shù)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(guò)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(wú)法實(shí)現(xiàn)整體封堵。這是制約脲醛樹(shù)脂類流體堵劑在油井堵水方面應(yīng)用的瓶頸，是多年來(lái)一直未能在油田開(kāi)發(fā)中得以推廣應(yīng)用的主要原因。

脲醛樹(shù)脂堵水新技術(shù)以合成脲醛樹(shù)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(shù)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(guò)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(shù)脂堵水劑

針對(duì)脲醛樹(shù)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(shù)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(shù)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］。

表1 堵劑固化劑加量和固化時(shí)間的關(guān)系

1.2 體系黏度調(diào)節(jié)

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30 mPa·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。

圖1 增稠劑加量對(duì)體系黏度影響

1.3 固相顆粒對(duì)封堵能力的影響

脲醛樹(shù)脂基液在注入填砂管過(guò)程中基本沒(méi)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(guò)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(shuō)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)。

圖2 固相顆粒對(duì)封堵能力的影響

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 31-X3214井新型脲醛樹(shù)脂先期堵底水試驗(yàn)

該井的32#層為底水油層，深度2 861.6～2 876.4 m，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(shù)脂堵劑24 m3，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(jiàn)圖3。

圖3 NP31-X3214樹(shù)脂堵水施工曲線

作業(yè)鉆塞后試驗(yàn)合格，投產(chǎn)后無(wú)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 101X28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(shù)脂堵劑進(jìn)行打隔板封竄施工。共注入堵劑12 m3，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(jiàn)圖4。

圖4 NP101X28樹(shù)脂堵水施工曲線

3 應(yīng)用效果分析

3.1 低壓擠注

脲醛樹(shù)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(lái)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(lái)看（表2），不管是在高滲或中低滲地層中，擠注堵劑過(guò)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(guò)中途超壓情況。一方面說(shuō)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。

表2 幾口實(shí)施脲醛樹(shù)脂堵水井基本數(shù)據(jù)

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(lái)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(shù)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(shù)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(shuō)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(wú)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(wú)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(wú)效。

脲醛樹(shù)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(shù)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)。

表3 脲醛樹(shù)脂封堵井現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)對(duì)比

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(wú)法有效提高鉆壓，鉆塞難度較大。礦場(chǎng)實(shí)施過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)多次返工或擠封后鉆塞無(wú)進(jìn)尺的問(wèn)題，影響油井生產(chǎn)。

表4統(tǒng)計(jì)了幾口井應(yīng)用脲醛樹(shù)脂堵水新技術(shù)后鉆塞情況。封堵后無(wú)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(shù)脂相對(duì)密度較低，鉆屑攜帶性好，易于上返；二是脲醛樹(shù)脂固化體脆性大，可鉆性強(qiáng)。脲醛樹(shù)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。

表4 井筒內(nèi)堵劑塞鉆沖情況

4 結(jié)論

（1）脲醛樹(shù)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(wú)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。

［1］張文玉.改性脲醛樹(shù)脂堵水技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2006，28（6）：133-135.

［2］王雷，趙立強(qiáng)，劉平禮，等.耐酸高強(qiáng)度改性樹(shù)脂堵劑的室內(nèi)評(píng)價(jià)［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，2005，24（2）：109-112.

［3］賈曉飛，雷光倫，李會(huì)榮，等.孔喉尺度彈性微球運(yùn)移封堵特性研究［J］.斷塊油氣田，2010，17（2）：219-221.

［4］黃立新，張光明.固相顆粒封堵孔隙喉道的機(jī)理研究［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，21（2）：41-42.

（修改稿收到日期 2014-05-08）

〔編輯 景 暖〕

New technology for water plugging with urea-formaldehyde resin

WU Jun1,LU Haiwei1,YANG Hao1,PENG Tong1,FENG Jiansong2,ZHAO Ying2
（1.Drlling and Production Techology Research Institute,Jidong Oilfield Company,Tangshan063000,China;2.Jidong Oilfield Company Onshore Operation Area,Tangshan063000,China）

In view of such problems as difficulty in controlling the amount of plugging agents,large waste of the agents and high risks in the process of water plugging in oil/water wells,was research was carried out on composite water plugging system composed of solution-type plugging agents and solid particles;when injecting the water plugging agents,the solid particles in its constantly filtrated out and pluged the water,automatically adjusted its inlet pathways and finally realized even and overall plugging.After systematic study on urea-formaldehyde resin in terms of thickening and solid packing,we developed a new water plugging with urea-formaldehyde resin as the major component.For different plugging requirements,we can adjust the different thickening and packing concentration and realized the seamless plugging integrating deep treatment and perforation plugging.The injection pressure for plugging agent is completely controlled within a safe range and can successfully displace to the desired location,then we can directly shut in the well and wait for setting,which can greatly reduce the operation risks.This technology has many merits and works effectively in the fields.

urea formaldehyde resin;water plugging;thickening;solid particles

吳均，路海偉，楊昊，等 .脲醛樹(shù)脂堵水新技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：105-108.

TE39；TE358.3

：B

1000–7393（2014）04–0105–04

10.13639/j.odpt.2014.04.026

吳均，1972生。1991年畢業(yè)于重慶石油學(xué)校油田化學(xué)專業(yè)，一直從事采油化學(xué)技術(shù)研究與應(yīng)用工作。電話：0315-8768036，E-mail：wujun188@petrochina.com.cn。