崔永亮、钱志鸿
中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏扬州 225009
摘要：投球调剖是将由特殊工艺制成的硬质聚合物小球随注入水一起注入井筒，当注入水携带着调堵球到达炮眼附近，由于高渗透层流动阻力小，吸水强度相对较大，所以调堵球在高渗层这个地方受到的径向推力较大，因此小球会优先贴在高渗透层处的炮眼上，将炮眼堵住，达到调整吸水剖面的目的。此工艺适合用于笼统注水井或者套管变形、变径等特殊结构的注水井的调剖。
关键字：投球调剖、油田、调堵球、密度
1、小球的设计与加工
基于文献[1-2]和现场案例调研分析，认为要提高投球调剖的成功率，主要需要在调堵球密度精度、调剖球的直径设计、投球工艺上进一步优化研究。本文主要开展了低密度、高强度的刚性调堵球的设计和制造。
2、调堵球直径的设计
目前油田常用射孔枪有73枪、102枪、127枪，相应配套的子弹为89弹、127弹、1米弹，一般情况下这三类枪弹射孔孔密分别是10孔/m、16孔/m、16孔/m。此三种类型的射孔枪弹模拟在井下条件下射孔，钢管上的孔眼大小分别约为直径9mm、11mm、11.7mm的相对规则的圆孔。
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图1 射孔枪弹在钢管上的孔眼情况
调堵球在水平方向主要受注入水外推力，迫使调堵球吸附在炮眼上，注入水在炮眼处的流速越快，或者炮眼处的压差越大，那么球所受的外推力就越大。
实际应用中，如果调堵球嵌入深度太深，会导致无法脱离炮眼而形成永久堵塞，因此综合刚性球嵌入稳定性和调堵球后期脱附的需求，最终确定调堵球的直径为12mm、14mm。
3、调堵球密度范围的确定
根据调堵球的炮眼吸附稳定性原理，球与水的密度越接近，球越稳定。油田实际注入水的密度，在常温下通常为0.990g/cm3~1.019g/cm3。为满足不同水质情况下的调堵球需要，设计了3个密度范围的调堵球，分别为0.990~0.999 g/cm3、1.000~1.009 g/cm3和1.010~1.019 g/cm3。
4、低密度高强度材料的研制
根据投球调剖的原理，调堵球的生产材料必须密度较轻，与水密度接近，但同时也要满足具备一定的承压强度。通过研究与分析，确定采用高聚合分子材料作为基料，通过添加碳纤维、玻璃纤维、纳米材料等进行物理调控，形成一套可以合成指定密度0.990g/cm3~1.080g/cm3、强度（耐压≥40MPa）范围的超高交联聚合物材料的系列配方。
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图2 高聚物的化学反应过程
4.1 实验部分
主要试剂及药品：
二聚脂肪酸、油酸、二乙烯三胺、顺丁烯二酸酐、5-降冰片烯-2，3-二羧酸、对苯二甲酰氯、玻璃微珠、D-苧烯、3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇、二甲基甲酰胺、丙烯酸钠、过氧化月桂酰、三聚甘油单硬脂酸酯、二月桂酸二丁基锡、过硫酸钠、苯乙烯、过氧化二异丙苯、二乙烯基苯、丁醇、乙酸乙烯酯、氢氧化钠等均为分析纯，使用前未经提纯处理。实验用水为二次石英亚沸去离子水。
4.2 低密度、高强度材料的制备
在装有搅拌器、冷凝器、分水装置的反应釜中依次加入定量的二聚脂肪酸、油酸、二乙烯三胺、D-苧烯和二甲基甲酰胺，开动搅拌，加热至90℃，用分水器分水，继续加热至135℃，保持加热反应6小时，加入一定质量比的顺丁烯二酸酐、5-降冰片烯-2，3-二羧酸、对苯二甲酰氯、玻璃微珠和3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇，继续搅拌反应7小时，最终得到目标密度的原材料。
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图3 各系列密度的材料实验室小样
5、低密度高强度调堵球的生产
依据井下射孔情况，确定调堵球的目标直径为12mm、14mm，首先设计制作一定规格的球形模具（1出50球）。将预先准备好的一定密度的高聚物材料经过注塑定型后，进行锻切形成特定规格形状的颗粒。将上述颗粒经过磨盘粗打磨后，形成球形颗粒，接着通过滚磨装置进行细磨，得到表面光滑的调堵小球。
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结束语
经过综合测试证明，此投球调剖工艺适合用于笼统注水井或者套管变形、变径等特殊结构的注水井的调剖。
参考文献
[1]赵磊,付强,张丁涌,等.侧钻井投球调剖技术室内模拟及方案设计[J].油气地质与采收率,2008,75(06):107-110+118.
[2]李会雄,栾合飞,陈听宽,等.投球调剖堵水技术模拟试验[J].石油钻采工艺,2002,(05):40-43+84.