第5章 油水井化学堵水与及调剖技术

第5章油水井化学堵水与调剖技术5.1油井出水原因及堵水方法 (2)5.1.1油井产水的原因 (2)5.1.2堵水方法和堵水剂分类 (3)5.2油井非选择性化学堵水剂 (5)5.2.1树脂型堵剂 (6)5.2.2沉淀型堵剂 (8)5.2.3凝胶型堵剂 (10)5.2.4冻胶堵剂 (13)5.3油井选择性堵水剂 (13)5.3.1水基堵剂 (14)5.3.2油基堵剂 (23)5.3.3醇基堵剂 (24)5.4油井堵水工艺和堵水成效评定 (25)5.4.1油井堵水选井原则 (25)5.4.2油井堵水工艺条件 (25)5.4.3油井堵水成效评定 (27)5.5注水井化学调剖技术 (28)5.5.1调剖剂 (28)5.5.2注水井调剖工艺条件和效果评定 (40)5.6用于蒸汽采油的高温堵剂 (42)5.6.1用于蒸汽采油的高温堵剂 (43)5.6.2高温注蒸汽调剖剂 (44)参考文献 (47)油气井出水是油田开发过程中普遍存在的问题，特别是采用注水开发方式，随着水边缘的推进，由于地层非均质性严重，油水流度比的不同及开发方案和措施不当等原因，均能导致油田含水上升速度加快，致使油层过早水淹，油田采收率降低。

目前，世界上许多油田都相继进入中高含水期,而地下可采储量依然较大，我国主要油田也已进入中高含水期，现仅采出注水开采储量的62%。

原注水条件下广泛应用的增产增注措施效率越来越低，技术难度越来越大，产量递减，产水量大幅度增加，经济效益差。

所以，急需寻找有效的新方法，改善高含水产油效果。

当前运用较广泛的措施就是调剖堵水技术，它是在原开采井网不变的情况下通过调整产层结构来实现的。

注水井调剖和生产井堵水技术在现场进行了广泛的应用，有效地改善了注入水波及体积，调整了油藏开采结构，提高了产量，因而它是注水开发过程中一种关键技术。

堵水作业是“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，即改变水在地层的渗流规律。

堵水作业可以在油井(生产井)上进行，也可以在注水井上进行，通常前者称为油井堵水，后者称为注水井调剖。

油气井产水，严重影响油田的经济效益。

对于出水井，如不及时采取措施，会使某些高产井转变为无工业价值的井，从而降低油气井采收率。

并且还可能使储层结构破坏，造成油井出砂，同时使液体密度和体积增大，井底油压增大，使自喷井转为抽油井，增加了地面作业费用。

找水，堵水，对油田出水进行综合治理是油田开发中必须及时解决的问题，也是油田化学工作者研究的重要课题。

5.1油井出水原因及堵水方法5.1.1油井产水的原因油气井出水按水的来源，可分为注入水、边水、底水及上层水、下层水和夹层水。

注入水、边水及底水，在油藏中与油在同一层位，统称为“同层水”。

上层水，下层水及夹层水是从油层上部或下部的含水层及夹于油层之间的含水层中窜入油气井的水，来源于油层以外，故统称为“外来水”。

5.1.1.1注入水及边水由于油层的非均质性及开采方式不当，使注入水及边水沿高渗透层及高渗透区不均匀推进，在纵向上形成单层突进，在横向上形成舌进，使油井过早水淹，如图5-1，图5-2及图5-3所示。

图5-1注入水单层突进示意图图5-2边水示意图5.1.1.2底水当油田有底水时，由于油气井在生产时在地层中造成的压力差，破坏了由于重力作用建立起来的油水平衡关系，使原来的油水界面在靠近井底时，呈锥形升高，这种现象叫“底水锥进”(见图5-4)。

其结果使油气井在井底附近造成水淹，含水上升，产油量下降。

图5-3“水舌”示意图图5-4 底水“锥进”示意图5.1.1.3外来水外来水是由于固井质量不合格，或套管因地层水腐蚀或盐岩流动挤压被破坏而使水窜入油井，或者是由于射孔时误射水层使油井出水。

如图5-5，图5-6所示。

总之，边水内侵、底水锥进，注采失调是油井见水早，含水上升速度加快，原油产量大幅度下降的根源。

对于“同层水”必须采取控制和必要的封堵措施，使其缓出水。

而对于“外来水”在可能的条件下尽量采取将水层封死的措施。

图5-5上层水及下层水窜入示意图图5-6夹层水窜入示意图5.1.2堵水方法和堵水剂分类堵水技术分为机械堵水、化学堵水，化学堵水又包括选择性堵水和非选择性堵水。

此外还有磁性堵水等技术。

机械堵水技术，即采用封隔器将出水层在井筒内卡开，以阻止水流入井内，卡堵油井中出水层段的技术。

其堵水方式分为封上堵下，封下堵上，封中间采两头，封两头采中间。

选择性堵水的井是多层位合采的油井，要求封隔器座封严密、准确，这是机械堵水成功的保证。

机械堵水方法简单易行，成本低，收效大，便于推广。

化学堵水法：利用化学方法和化学堵剂通过化学作用对水层或油层造成堵塞。

在化学堵水中将化学剂经油井注入到高渗透出水层段，降低近井地带的水相渗透率，减少油井出水，增加原油产量的一整套技术称为油井化学堵水技术，所用化学剂叫堵水剂。

根据堵水剂对油层和水层的堵塞作用，又可分为选择性堵水法和非选择性堵水法。

前者所用的堵水剂只与水起作用而不与油起作用，故只在水层造成堵塞而对油层影响甚微，或者可改变油、水、岩石之间的界面特性，降低水相渗透率，从而降低油井出水量。

将化学剂注入注水井的高渗透层段，用以降低高吸水层段的吸水量，提高注入压力，达到提高中、低渗透层吸水量，改善注水井吸水剖面，提高注入水的体积波及系数，改善水驱状况的方法称为注水井化学调剖技术，所用化学剂叫调剖剂。

采用非选择性堵水方法时必须分隔水层，再对水层进行封堵，否则堵剂可能对产层起副作用。

这种方法在工艺上较复杂，封堵后还需要做再次打开生产夹层的善后工作。

相比之下，选择性堵水具有较好的发展前途。

这种方法的特点在于堵剂通过与地层水的反应来阻止出水层段水的产出，但并不阻碍产层的开采。

但是选择性堵水存在着堵剂用量大、成本高的缺点。

根据堵水剂注入工艺不同，又分为单液法和双液法两种。

所采用的堵剂可以使用选择性堵剂也可以使用非选择性堵剂，它们既可以用于油气井堵水也可用于注水井调剖。

单液法是指向地层中注入一种或由各种化学剂混合配制的液体，在指定位置，经过物理或化学作用，使液体变为凝胶、冻胶、沉淀或高粘流体的方法。

能够用于这种施工工艺的堵剂叫单液法堵剂。

单液法堵剂的优点是能充分利用药剂，缺点是因它产生堵塞的时间短只能封堵近井地带，且受处理地层温度的限制。

双液法是向地层先后注入由隔离液隔开的两种可反应(或作用)的液体，随着液体向外推移，隔离液越来越薄，当外堆至一定程度，隔离液将失去隔离作用，两种液体相遇并发生反应，产生封堵地层的物质。

隔离液前的液体叫第一反应液，后面的液体叫第二反应液。

例如：常用于油田的水玻璃氯化钙堵水技术既可以采用双液法堵水技术又可采用单液法。

双液法堵水技术，即用清水或油做隔离液将水玻璃，隔离液和氯化钙依次注入地层。

随着注入液向前推移，隔离液所形成的隔离环厚度越来越小，直至失去隔离作用而使两种液体相遇产生沉淀物，达到堵水的目的。

主要反应如下：+(m-1)+SiO 2)(H 2O 2OH CaCl 2+Na 2O nSiO 2+mH 2O 2NaCl+Ca(水玻璃）CaCl 2+Na 2O nSiO 2+mH 2O NaCl+CaSiO 3+mSiO 2 +(n-1)H 2O基本配方：A 液：20%水玻璃+0.3%HPAMB 液：10%~15%氯化钙 A:B 液=1:1(体积比)水玻璃的模数2.3 m双液法堵剂的优点是可封堵近井地带和远井地带。

缺点是药剂利用不充分，因为只有部分药剂相遇反应，产生封堵物质。

单液法水玻璃氯化钙堵水技术：在地面将两种注入液体即水玻璃和氯化钙配成一种液体向油层注入，但为了减缓反应速度实现单液法注入，先使氯化钙与碱反应变为氢氧化钙，然后再与水玻璃缓慢作用，形成沉淀，其凝胶时间可达4.5h ，便于施工注入。

主要反应如下：CaCl 2+NaOH Ca(OH)2+2NaClNa 2O nSiO 2+Ca(OH)2+mH 2O CaSiO 3+(n-1)Si(OH)4+(m-2n)H 2O+NaOH生成物为凝胶状弹性固体，能有效封堵出水层。

典型配方：水玻璃：模数 m = 2~3，有效含量5%~20%。

氯化钙：(工业品) 氢氧化钠：(工业品)水：用量比为：水玻璃:氯化钙:氢氧化钠:水= 1:0.06:0.04:0.5双液法堵剂分为沉淀型堵剂、冻胶型堵剂、凝胶型堵剂和树脂型堵剂。

油气井出水原因不同，采取的封堵方法也不同。

一般对于外来水或者水淹后不再准备生产的水淹油层，在确定出水层位并有可能与油层分隔开时，采用非选择性堵水剂或水泥堵死出水层位；不具备与油层封隔开的条件时，对于同层水(边水和注入水)普遍采用选择性堵水；对于底水，则采用在井底附近油水界面建立人工隔板，以阻止锥进。

图5-7防止底水锥进的隔板1—底水；2—油层；3—射孔段；4—油管；5—封隔器；6—密集射孔段；7—隔板5.2油井非选择性化学堵水剂油气井出水是油田开发过程中不可避免的主要问题之一。

要控制油井出水，一方面是对注水井进行调剖，另一方面是封堵油井出水层，即有效地选择堵水剂来封堵油井出水层。

下面重点介绍油井非选择性堵剂。

非选择性堵剂用于封堵油气井中单一含水层和高含水层，分为树脂型堵剂、沉淀型堵剂、凝胶型堵剂和冻胶型堵剂。

5.2.1树脂型堵剂树脂型堵剂是指由低分子物质通过缩聚反应生成的具有体型结构，不溶不熔的高分子物质。

树脂按受热后物质的变化又分为热固型树脂和热塑型树脂两种。

热固型树脂指成型后加热不软化，不能反复使用的体型结构的物质；热塑型树脂则指受热时软化或变形，冷却时凝固，能反复使用的具有线型或支链型结构的大分子。

非选择性堵剂常采用热固型树脂，如：酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂等；热塑型树脂有乙烯-醋酸乙稀共聚物。

树脂经稀释后进入地层，在固化剂的作用下，固化成为具有一定强度的固态树脂而堵塞孔隙，达到封堵水层的目的。

适用于封窜堵漏和高温地层。

5.2.1.1酚醛树脂将市售酚醛树脂(20℃时粘度为150~200mPa·s)按一定比例加入固化剂(草酸或SnCl 2+HCl)混合均匀，加热到预定温度至草酸完全溶解树脂呈淡黄色为止，然后挤入水层便可形成坚固的不透水屏障。

树脂与固化剂比例及加热温度需要通过实验加以确定。

酚醛树脂的结构为：C H 2 C H 2 C H 2C H 2 C H 2 C H 2O H O H O HO H C H 2C H 2C H 2 C H 2C H 2C H 2若需提高强度，除在泵前向树脂中加石英砂或硅粉外，还应加入γ-氨丙基三乙基硅氧烷使树脂和石英砂(或硅粉)之间很好粘结。

常用配方为：树脂：草酸=1:0.06(质量比)树脂：(质量比)酚醛树脂固化后热稳定温度为204~232℃，可用于热采井堵水作业。