付亚荣，李小永，付丽霞，王鹏举，曹　瑾，张秀玲

(中国石油 华北油田分公司，河北 辛集 052360)①



遇水膨胀封隔器在卡上采下油井的应用

付亚荣，李小永，付丽霞，王鹏举，曹瑾，张秀玲

(中国石油 华北油田分公司，河北 辛集 052360)①

摘要：对于上层产水、下层产油的油井，为实现油、气、水不同层段的分隔及储层保护，达到控水增油的目的，采用了卡上采下技术。借鉴遇水遇油膨胀封隔器解决固井环空带压、水平井水平段分隔问题及钻完井中油管堵漏的成功经验，针对不同油藏采出液矿化度对遇水膨胀封隔器橡胶的影响和井身结构，提出了选井的条件。有20余口卡上采下油井成功应用遇水膨胀封隔器进行卡水，单井平均增油3.1 t，吨油能耗由530 kW·h降至170 kW·h，为油井卡堵水提供了新的技术途径。

关键词：油井；膨胀；封隔器；卡上采下

在注水开发区块，由于油藏的非均质性导致水总是沿高渗透层侵入油井[1]。为达到控水稳油的目的，常会军等人[2]应用水力压缩式封隔器卡水管柱解决了套变井卡水、长井段卡水难题；曾凡智等人[3]采用新型双封器卡水工具实现了出水井段的一次性封堵；秦世群[4]的两层找堵水工艺管柱在双河油田取得了成功；曲占庆[5]近年从渗流力学基础理论出发，提出的基于压力恢复曲线的油井堵水决策技术，得到了现场的验证；孙京一[6]在秦家屯油田应用找卡水一体化机械堵水技术；仲福惟[7]研究的伺服可调找堵水一体化工艺管柱，实现任意层段动态找堵水；但是对卡上(上层卡水)采下(下层采油)油井上存在局限性。借鉴遇水遇油膨胀封隔器解决固井环空带压、水平井水平段分隔问题[8]及钻完井中油管堵漏的成功经验[9]，对于上层产水、下层产油的油井，为实现油、气、水不同层段的分隔及储层保护，在20余口卡上采下油井成功应用遇水膨胀封隔器卡水，达到了控水增油的目的。

1遇水膨胀封隔器工作原理

遇水膨胀封隔器在国外从概念到应用仅有10 a时间，关键技术掌握在斯伦贝谢、威德福等几家公司手中[10]，已有超过20 000多套应用于海洋和陆地油田；国内应用较少，且以国外产品为主导[11]；遇水膨胀封隔器是一种以遇水膨胀的橡胶为密封材料，选用常规套管或油管作为基管，将橡胶与基管缠绕硫化为一体而制成的封隔器，如图1所示。

图1　遇水膨胀封隔器

利用暴露在水分子中橡胶聚合物吸水，吸水颗粒膨胀，诱导橡胶基质伸张达到膨胀的目的，从而实现压力密封和水力封隔[12]。遇水膨胀封隔器随完井管柱下入井内，当到达需要卡水的层段时，遇水膨胀橡胶接触井眼内液体开始持续膨胀，当胶筒膨胀至接触井壁时，封隔器的膨胀空间受到限制，继续膨胀挤压井壁产生接触应力，从而具备了密封环空的能力，吸水膨胀率越高，产生的接触应力越大，封隔能力越强，最高达70 MPa[12]。膨胀后效果如图2。

图2　遇水膨胀封隔器膨胀前后效果对比

2油井矿化度对遇水膨胀封隔器橡胶的影响

遇水膨胀封隔器橡胶的膨胀速度与温度成正相关，膨胀后橡胶外径与橡胶体厚度成正比；不同油藏产出水矿化度差别很大，对封隔器橡胶产生溶胀作用，在120 ℃、100 d的试验条件下，对已膨胀橡胶在不同矿化度溶液中的溶胀率进行测试，结果符合GB/T 18173.3—2002的要求，溶胀率变化幅度未超过10%[12-13]。已膨胀橡胶在不同矿化度溶液中浸泡前后效果对比如表1。

表1　已膨胀橡胶在不同矿化度溶液中浸泡前后效果对比

3选井条件

国内研究的遇水膨胀封隔器已经突破了橡胶种类单一、胀封时间长等技术问题[14](例如：华北油田采油工程院橡胶研究所研制的)，且封隔器无机械运动部件，简化了整体结构，减小了外形尺寸，便于入井，更加适用于超深井、大位移井、大斜度井等复杂油气井；能够提供比传统裸眼封隔器更长的胶筒密封长度，无需单独下入坐封工具，简化了施工工艺[15]。选井时需要考虑以下条件：

1)卡点温度低于120 ℃。

2)井液矿化度应低于30 000 mg/L。

3)卡点井段无套管变形。

4)卡点井段全角变化率小于10%。

4现场应用

近几年，遇水膨胀封隔器在20余口卡上采下油井上应用，成功率100%，单井平均增油3.1 t，吨油能耗平均从530.3 kW·h降至170.8 kW·h。部分油井应用效果如表2。

典型井例：晋XX-7井，是某油田的一口抽油机井，生产层为13#、14#、15#、18#、19#和20#层，生产井段为2 652.0～2 781.0 m，厚度39.5 m/6层。2010年1月因高含水停产，停产前日产液28 m3，油0.2 t，含水99.2%，动液面484 m。经找水和生产动态分析，主产层为14#、15#层，施工时需要卡住13#～15#层，采18#～22#层。下入卡上采下工艺管柱，卡点在15#和18#层之间。具体施工过程为：

表2　部分卡上采下油井应用遇水膨胀封隔器前后效果对比

①起出井内杆柱、管柱，冲刺干净。

②下通井管柱，用ø118 mm通井规通井至人工井底。

③下刮削管柱，刮削至2 785 m，在坐封井段(卡点2 692 m)上下30 m反复刮削3次，彻底洗井至进出口水质相同。

④起刮削管柱，下卡采管柱。管柱从下而上为丝堵+ø73 mm平式油管1根+ø73 mm筛管1 m+ø73 mm平式油管+Y211-114型封隔器+变扣+ø73 mm加厚油管+变扣+ø38 mm悬挂泵(位置1 600 m)+变扣+ø73 mm加厚油管+油管挂。

⑤下管柱至设计位置后记录管柱悬重，调整封隔器卡点2 685 m±0.5 m(施工时注意套管接箍位置为2 679.6m；2 690.4 m；2 701.4 m)。

⑥坐封。坐封前反洗井，油套用洗井满，记下悬重，上提管柱1.7 m，缓慢下放管柱，管柱加压60 kN左右[15]，封隔器坐封，坐好油管挂，顶好顶丝，安装井口。

⑦验封。套管加压5～6 MPa，稳压5 min，观察油管溢流情况；再提高压力至10 MPa，稳压5 min，观察油管溢流情况，若油管无溢流或溢流情况没有变化，说明封隔器密封完好；反之，封隔器需重新坐封或更换封隔器。验封合格后，下抽油杆，试抽合格后，交采油作业区正常生产。

晋XX-7井2014-04应用遇水膨胀封隔器卡水施工后油井日产液15 m3，日产油3.4 t，吨油能耗从2 450 kW·h降至144 kW·h左右。

4结论

1)遇水膨胀封隔器可实现卡上采下油井的控水稳油的作用，并可降低油井吨油能耗。

2)进行遇水膨胀封隔器卡上采下施工时，现场技术人员应严格按工艺设计组配管柱，并将工具的下井顺序、组配工序进行认真核对，才能确保施工一次成功。

3)在油井含水变化大的油井使用该工具时，需要进行测试，找准出水层，为卡采施工提供资料支持。

参考文献：

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[2]常会军，谢圣龙，李明琴，等.水力压缩式封隔器卡水管柱在抽油井上的应用[J].石油钻探技术，2002，30(5)：58-59.

[3]曾凡智，杨振威，孙海林.新型双封隔器卡水工具[J].油气井测试，2005，14(3)：64-65.

[4]秦世群.一种管控两层机械找堵水技术[J]，钻采工艺，2012，35(3)：55-56.

[5]曲占庆，张杰，齐宁，等.基于压力恢复曲线的油井堵水决策技术[J].中国石油大学学报( 自然科学版)，2013，37(3)：115-118.

[6]孙京一，苑艳普.找卡水一体化技术在秦家屯油田的应用[J].油气井测试，2013，22(5)：54-55.

[7]仲福惟.伺服可调找堵水一体化工艺管柱结构与应用[J].石油矿场机械，2014，43(4)：82-84.

[8]曲从峰，张永强，王兆会.自膨胀封隔器在澳大利亚煤层气井中的应用[J].石油钻采工艺，2014，36(2)：119-121.

[9]郑金中，杨万有，程心平，等.管内自膨胀封隔器的研制与应用[J].石油矿场机械，2014，4(8)：82-84.

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[11]刘阳，马兰荣，郭朝辉，等.自膨胀封隔器技术在完井作业中的应用[J].石油矿场机械，2012，41(3)：76-81.

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[13]GB/Tn1817.3—2002，高分子防水材料(第3部分)遇水膨胀橡胶[S].

[14]张宝岭，王西录，徐兴平．高压封隔器密封胶筒的改进[J].石油矿场机械，2009，38(1)：85-87.

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Application of Water Expansion Packer in the Oil Production of Oil Well

FU Yarong，LI Xiaoyong，FU Lixia，WANG Pengju，CAO Jin，ZHANG Xiuling

(HuabeiOilfieldCompany，CNPC，Xinji052360，China)

Abstract：In order to realize the separation of oil，gas and water in upper water and lower oil producing wells，and realize the reservoir protection，the purpose of controlling water and increasing oil is achieved，lessons were draw from experience of the solution to the problem of cementing annulus pressure，horizontal segment，and tubing plugging in drilling and completion by using water swelling packers.And it was successfully applied to the water swelling packer in water plugging.The working principle of water swelling packer was analyzed.Well selecting conditions were determined considering the influence of produced fluid salinity of rubber and well structure，and the successful application of the selected 20 wells is put forward.Single well gained an average of 3.1 tons of oil.Energy consumption reduced from 530 to 170 kW·h per ton.

Keywords：wells；swelling；packer；upper plugging and lower producing

中图分类号：TE931.2

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.03.021

作者简介：付亚荣(1965-)，男，四川平昌人，高级工程师，从事油气田开发技术研究与应用工作，E-mail：cy5_fyr@petrochina.com.cn。

收稿日期：①2015-09-03 中国石油华北油田科技重大专项“华北油田采油采气工艺技术研究”(2013-HB-Z0807)

文章编号：1001-3482(2016)03-0086-03