堵水调剖技术及发展现状

堵水调剖技术及发展现状目录一、概况二、堵水调剖基本概念三、堵水调剖剂的分类介绍四、堵水调剖技术在油田的应用五、堵水调剖剂研发展方向六、设计和施工技术七、效果评估八、结束语一、概况我国的大部分油田是以陆相沉积为主，油藏具有非均质严重的特点，注水开发过程中无论平面上还是纵向上水驱推进都不均匀。随着开发年限的延长，水驱会导致非均质性进一步恶化，经长期水流冲刷，加之粘土膨胀、微粒运移和出砂，有的油层部位逐渐形成大孔道甚至特大孔道，油层的原生裂缝也会在注水压力和溶蚀的双重作用下形成水驱“短路”。使得油田在开发中后期含水上升速度加快，形成高含水开采或水淹状况。目前我国油田油井生产平均含水已达80%以上，一些老油田含水已达90%以上（有的甚至出现暴性水淹）。因此，堵水调剖技术越来越成为高含水期开发中的重要手段，堵水调剖的工作量逐年增大，工作难度在增大，而增油潜力却在降低。一、概况我国从20世纪50年代起开始在现场应用堵水调剖技术，至今已有近60年历史。产品从最初的单一性无机类水泥浆堵水，发展到了现在的颗粒类、树脂类、沉淀类、凝胶类、复合类等数大类几十种产品。产品也从单一功能向多功能发展，正在逐步形成系列化。二、堵水调剖基本概念堵水一般是指针对油井施工而言，就是控制水油比或控制产水，其实质是改变水在地层中的流动特性，即改变水在地层中的渗透规律。其目的是补救油井的固井质量差的状况和降低水淹层的渗透率，提高油层的采收率。（造成油井含水高的原因：1、油层性质：边水、底水、注入水；2、固井质量差：窜层。）二、堵水调剖基本概念油田中采用的堵水方法通常分为机械堵水和化学堵水两大类。机械法堵水是用封隔器在井筒内卡封出水层位，化学法堵水是用堵剂的化学作用对出水层进行堵塞。（应用区别：出水层位明确，单一层；管柱无变形、没有腐蚀、温度不高---机械法）二、堵水调剖基本概念调剖一般是指针对水井施工而言，就是调整注水井的吸水剖面，改变水驱的纵向和平面的流动特性，其实质是改变水在地层中的波及面积，即提高注入水在地层中的驱油面积。从而提高受效油层的采收率。（但，最近也有人提出油井调剖的概念：堵剂大剂量、深部）二、堵水调剖基本概念堵水剂一般是指用于油井堵水的处理剂;调剖剂则是用于注水井调整吸水剖面的处理剂。（同一种产品既可作为堵剂也可作为调剖剂。由于被封堵的受力方向不同，要求的质量区别主要是强度）二、堵水调剖基本概念目前应用和发展的趋势主要是化学堵水。根据堵水剂对油层和水层的堵塞作用，化学堵水（从性质上分）可分为非选择性堵水和选摔性堵水。非选择性堵水是指堵剂在油层中能同时封堵油层和水层的化学剂；选择性堵水是指堵剂可只选择性封堵水层，而对油层影响甚微。根据施工要求（从时效上分）可分为永久性堵剂和暂堵性堵剂。二、堵水调剖基本概念实施堵水调剖技术，欲取得良好效果，除有好的堵剂产品外，还必须对措施油藏进行详细了解、研究，制定详细的施工工艺，三者缺一不可。三、堵水调剖剂的分类介绍堵水调剖剂的分类非选择性堵剂选择性堵剂树脂类堵剂复合类堵剂颗粒类堵剂沉淀类堵剂凝胶类堵剂冻胶堵剂水泥堵剂粉煤灰堵剂膨润土堵剂脲醛树脂堵剂环氧树脂堵剂碳酸钠+三氯化铁硅酸钠+硫酸亚铁硅酸钠+氯化钙糖醇树脂堵剂氰凝堵剂丙凝堵剂硅酸凝胶堵剂木质素锆冻胶铬冻胶醛冻胶油基类堵剂水基类堵剂醇基类堵剂复合类堵剂ABS类堵剂PAM类堵剂SN类堵剂聚氨酯类堵剂有机硅类堵剂二聚松香类稠油粉类堵剂烃基硅烷类水膨体类堵剂弹性树脂类预交联类堵剂泡沫磺酸盐松香酸钠油基水泥，沥青类㈠、非选择性堵剂⑴、颗粒类堵剂⑵、树脂型堵剂⑶、无机盐沉淀型调剖堵水剂⑷、凝胶型堵剂⑸、冻胶型堵剂⑴、颗粒类堵剂一般颗粒类堵剂如土类、粉煤灰等的特点是注得进就流得走，难以有较长的有效期。最早使用的颗粒类堵剂是水泥，利用它凝固后的不透水性进行封堵，通常用于打水泥塞封下层水；挤入窜槽井段封堵窜槽水，或挤入水层堵水。由于价格便宜，强度大，可以用于各种温度，至今仍在研究和使用。主要产品有水基水泥（水泥在水中的悬浮体）、油基水泥（水泥在油中的悬浮体）、活化水泥及微粒水泥。由于水泥颗粒大，不易进入中低渗透性地层，因而用挤入水层的方法堵水时，封堵强度不高，成功率低，有效期短。长时间以来这类堵剂的应用范围受到限制。最近研制成功的超细水泥和新型水泥添加剂给水泥类堵剂带来了新的活力。⑴、颗粒类堵剂近年来石油大学赵福林教授在该领域提出的指导调剖的新理论PI决策中使用的堵剂体系—高固化体系、低固化体系等就是该类堵剂的改性化产品。它是以水泥为基础，以粉煤灰或膨润土为添加剂的新一类颗粒类堵剂。⑵、树脂型堵剂一般树脂类堵剂成本昂高，堵剂用量不能太大，封堵有效半径较小，有效期不长，且容易造成事故，影响效果。树脂型堵剂是指由低分子物质通过缩聚反应产生的高分子物质，树脂按受热后性质的变化可分为热固性树脂和热塑性树脂两种。非选择性堵剂常采用热固性树脂，如酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、糖醇树脂、三聚氰胺-甲醛树脂等。⑵、树脂型堵剂①脲醛树脂脲（农用尿素）与甲醛在NH4OH等碱性催化剂作用下缩聚成体型高分子化合物，称为脲醛树脂。⑵、树脂型堵剂②环氧树脂常用的环氧树脂有环氧树脂、环氧苯酚树脂和二烯烃环氧树脂。施工时，在泵注前可向液态环氧树脂中添加几种硬化剂，硬化剂和环氧树脂反应后使其聚合成坚硬惰性的固体。⑵、树脂型堵剂③糖醇树脂糖醇在酸存在时本身会进行聚合反应，生成坚固的热固性树脂。糖醇树脂堵水是先将酸液（80%的磷酸）打入欲封堵的水层，后泵入糖醇溶液，中间加隔离液（柴油）以防止酸与糖醇在井筒内接触。当酸在地层与糖醇接触混合后，便产生剧烈的放热反应，生成坚硬的热固性树脂，堵塞岩石孔隙。⑵、树脂型堵剂综上所述，树脂类堵剂具有如下优点：可以注入地层孔隙并且具有足够高的强度，可以封堵孔隙、裂缝、孔洞、窜槽和炮眼；树脂固化后呈中性，与井下液体不反应。其缺点是：成本较高，无选择性，使用时通常仅限于静底周围径向30cm以内，使用前必须捡测处理层位并加以隔离，同时必须捡测树脂固化前对水、表面活性剂、碱和酸的污染敏感。⑶、无机盐沉淀型调剖堵水剂这种封堵剂来源广，成本低，施工安全简便，封堵效果好，解堵容易（高压酸化、碱液压裂），但在施工时必须采取有效保护措施，否则会堵塞油层、污染地层。该堵剂主要是硅酸钙堵剂（还有：碳酸钠+氯化铁；硅酸钠+硫酸亚铁等）。利用相对密度1.50-1.61的水玻璃和相对密度1.3-1.5的氯化钙溶液，中间以柴油隔离，依次挤入地层，使水玻璃与氯化钙在地层内相遇，则生成白色硅酸钙沉淀，堵塞地层孔隙。水玻璃与氯化钙的比例约为1：1，总用量可根据水层厚度、孔隙度及挤入半径确定。⑷、凝胶型堵剂一般凝胶类堵剂在大孔道内堆不起来，注入水容易突破，并且成胶可靠性不宜控制、成本较高。凝胶是固态或半固态的胶体体系，由胶体颗粒、高分子或表面活性剂分子互相连接形成的空间网状结构，结构空隙中充满了液体，液体被包在其中固定不动，使体系失去流动性，其性质介于固体和液体之间。凝胶分为刚性凝胶和弹性凝胶两类。⑷、凝胶型堵剂①硅酸凝胶（弹性凝胶）硅酸凝胶是常用的凝胶之一。在稀的硅酸溶液中加电解质或适当含量的硅酸盐溶液加酸，则生成硅酸凝胶，该凝胶软而透明，有弹性，其强度足以阻止通过地层的水流。其堵水机理如下：Na2SiO3溶液遇酸后，先形成单硅胶，后缩合成多硅胶。它是由长链结构形成的一种空间网状结构，在其网络结构的空隙中充满了液体，故成凝胶状，主要靠这种凝胶物封堵油层出水部位或出水层。硅酸凝胶的优点在于价廉且能处理井径周围半径1.5-3.0m的地层，能进入地层小空隙，在高温下稳定。其缺点是Na2SiO3完全反应后微溶于流动的水中，强度较低，需要加固体增强或用水泥封口。此外，Na2SiO3能和很多普通离子反应，处理层必须验证清楚.并在其上下隔开。⑷、凝胶型堵剂②氰凝堵剂（刚性凝胶）氰凝堵剂由主剂（聚氨酯）、溶剂（丙酮）和增塑剂（邻苯二甲酸二丁酯）组成，当氰凝材料挤入地层后，聚氨酯分子两端所含的异氰酸根与水反应生成坚硬的固体，将地层孔隙堵死。该堵剂作业时要求绝对无水，又要使用大量有机溶剂，因此尚需进一步研究。⑷、凝胶型堵剂③丙凝堵剂（弹性凝胶）丙凝堵剂是丙烯酰胺（AM）和N,N-甲撑双丙烯酰胺（MBAM）的混合物，在过硫酸铵的引发和铁氰化钾的缓凝作用下，聚合生成不溶于水的凝胶而堵塞地层孔隙，该剂可用于油、水井的堵水。⑸、冻胶型凝胶冻胶型凝胶是由高分子溶液在交联剂作用下形成的具有网状结构的物质，因其含液量很高（通常大于98%），胶凝后类似于冻胶而得名。该类堵剂很多，如铝冻胶、锆冻胶、钛冻胶、醛冻胶、铬木质素冻胶、硅木冻胶、酚醛树脂冻胶等都属此类。㈠、非选择性堵剂综上所述，在油水井非选择性堵剂中，颗粒堵剂、树脂堵剂强度最好，冻胶、沉淀型堵剂次之，凝胶最差；而成本则是颗粒、凝胶、沉淀型堵剂最低，冻胶次之，树脂型最高。由此可见，颗粒、沉淀型堵剂是一种强度较好而价廉的堵剂，加之它耐温、耐盐、耐剪切，是早期较理想的一类非选择性堵剂。在油水井非选择性堵剂中，颗粒、凝胶、冻胶和沉淀型堵剂都是水基堵剂，都有优先进入出水层的特点，因此在渗透率差异较大的地层，选择性堵水中同样也可使用。㈡、选择性堵剂选择性堵水适用于不易用封隔器将油层与待封堵水层分开的施工作业。尽管选择性堵剂的作用机理有很大不同，但它们都是利用油和水、出油层和出水层之间的性质差异进行选择性堵水的。这类堵剂按分散介质的不同可分为3类：水基堵剂、油基堵剂和醇基堵剂，它们分别以水、油和脂及醇作溶剂配制而成。⑴、水基堵剂水基堵剂是选择性堵剂中应用最广、品种最多、成本较低的一种堵剂，它包括各类水溶性聚合物、泡沫、水包:油型乳状液及某些皂类等。其中最常用的是水溶性聚合物。⑴、水基堵剂①聚丙烯酰胺（PAM）以聚丙烯酰胺为代表的水溶性聚合物是目前国外使用最广泛和最有效的堵水材料。这种堵剂溶于水而不溶于油，注入地层后可以限制井内出水而不影响油气的产量。处理时不需要测定水源或封隔层段，处理费用低。聚丙烯酰胺是一种高分子聚合物，分子结构属线型高分子化合物，交联后其结构属体型高分子，形成网状的三维空间结构。其堵水机理是部分水解的聚丙烯酰胺分子上的酰胺基和羧基影响着分子链的展开程度和吸附能力，其选堵能力表现在流体阻力上，用来解释残余阻力的机理是：吸附、捕集和物理堵塞。（强度低、成本还是较高）⑴、水基堵剂②部分水解聚丙烯腈（HPAN）水解聚丙烯腈作为一种选择性堵水剂主要用于地层水中多价金属离子含量高的地层。其特点是与地层水中的电解质作用形成不溶的聚丙烯酸盐，但沉淀物的化学强度低，形成的聚丙烯酸钙是溶解可逆的。水解聚丙烯酸盐沉淀物存在淡化问题，即在淡水中由于析出离子开始变软，最后溶解。⑵、油基堵剂油基堵剂相对而言是选择性堵剂中应用不多、成本较高的一种堵剂，它包括各类有机硅类堵剂、聚氨酯、稠油类等。其中最常用的是油基水泥。⑵、油基堵剂①油基水泥水泥在油中的悬浮体，当油基水泥进入地层中时，水可以置换其表面的油而与水泥作用，使之固化，封堵水层；进入油层的水泥不会固化，对油层不造成堵塞。⑵、油基堵剂②有机硅类堵剂有机硅类化合物包括SiCl4、氯甲硅烷和低分子氯硅氧烷等。它们对地层温度适应性好，可用于一般地层温度，也可用于高温（200℃）地层。羟基卤代甲硅烷是有机硅化合物中使用最广泛且易水解、低粘度的液体，其通式是RnSiX4-n，其中，R为羟基，X为卤素（F、Cl、Br、I），n为1-3的整数。⑵、油基堵剂③聚氨酯这类堵剂是由多羟基化合物和多异氰酸酯聚合而成，聚合对保持异氰酸基（--NCO）的数量超达羟基（--OH）的数量，即可制得有选择性堵水作用的聚氨酯⑵、油基堵剂④稠油类堵剂稠油类堵剂包括活性稠油、偶合稠油和稠油固体粉末等。（石油沥青和石灰石粉为原料，使石灰石粉充分被沥青包住，形成油包石灰石粉状态）⑶、醇基堵剂醇基堵剂包括:松香二聚物、醇基复合堵剂等，应用较少。㈡、选择性堵剂综上所述，在选择性堵剂中，聚合物堵剂、