油田堵水调剖剂综述

油田堵水调剖剂综述

王　超

（辽河石油职业技术学院，辽宁盘锦　１２４１０３）

摘　要：综述了油田应用的堵水调剖剂的种类及作用机理，重点介绍了化学堵水调剖剂的作用机理，最后对堵水调剖剂的研究及发展提出了建议。

关键词：堵水剂；调剖剂；应用；综述

中图分类号：ＴＥ３５８＋．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９８１（２０１５）０１—００６７—０２

国外堵水技术的研究和应用有近五十年的历史，注水井调剖技术是在油井堵水技术的基础上发展起来。５０年代在应用原油、粘性油、憎水的油水乳化液，固态烃溶液和油基水泥等作堵水剂；６０年代开始使用聚丙烯酰胺类高分子聚合物凝胶技术；７０年代以来，Ｎｅｅｄｈａｍ等人指出，利用聚丙烯酰胺在多孔介质中的吸附和机械捕集效应可有效地封堵高含水层，从而使化学堵水调剖技术的发展上了一个台阶；８０年代末，美国和前苏联都推出一批新型化学剂，归纳起来，大致可分为水溶性聚合物凝胶类调剖技术，水玻璃类调剖技术和颗粒调剖剂等。目前，在国外，据统计有应用前景的调剖剂有长延缓交联型凝胶和弱凝胶体等。

我国自２０世纪５０年代开始进行堵水技术的探索与研究，２０世纪７０年代以来，大庆油田在机械堵水，胜利油田在化学堵水方面发展较快，其他油田也有相应得发展。２０世纪８０年代提出了注水井调整吸水剖面来改善一个井组或一个区块整体的注入水波及系数。２０世纪９０年代，随着油田含水不断升高，提出了在油藏深部调整吸水剖面，迫使液流转向，改善注水开发采收率的要求，从而形成了深部调剖研究的新热点，相应地研制可动性凝胶，弱凝胶，颗粒凝胶等新型化学剂［１］。

１　调剖堵水剂的种类

１．１　吸附型

这种调剖剂作用在孔隙或其它表面上，利用离子交换吸附，化学吸附或物理吸附及在表面薄层产生化学反应而改变表面的性质。属于这一类型的有亲水性物质，如水溶性聚合物的稀溶液；阴离子型或阳离子型电解质，如盐；憎水性物质，如低分子有机硅等［２］。

１．２　填充型

在水或烃类液体中具有不同分散性和悬浮性的有机和无机粉末，这类物质进入孔隙内或从液相中滤出后其物理状态不发生变化。填充剂对容纳介质的作用是以调剖剂颗粒与孔隙空间尺寸相匹配作为先决条件。这些物质可以在聚合物和树脂的胶体中，在无机黏合物分散体系中形成空间结构，有时伴随着表面化学反应。如粉状天然或人造铝代硅酸盐，石棉，石墨，石灰石，石英砂，硬质塑料的粉状非加工残渣等。

１．３　膨胀凝胶型

高分散度的有机或无机固相与水或非水分散介质组成的体系。他们的特征是具有空间结构。由于凝胶与流体，岩石，化学试剂的彼此相互作用，高温转化作用，以及引入化学活性填充剂等原因，可以得到部分固化产物。在这些固化产物中，由于部分取代凝聚黏合，可能形成互相渗透的并且具有广泛束缚能的凝聚－结晶结构［３］。

１．４　固化型

水分散或非水分散介质中有机和无机物质，在固化后形成整体的坚硬的结晶空间结构。属于这一体系的有：各种有机树脂和有机硅树脂中添加化学固化剂的分散体系，其固化物的封堵性能取决于化学键的强度，固体物质的微观结构，有无填充剂等；水合固化的无机分散体系，这种体系固化是形成新的水合物和它们的共生物，固化物封堵性能决定于调剖剂的化学组成，固化物内固相填充度和填充剂的增强性等［４］。

２　调剖堵水剂的作用机理

调剖堵水剂的种类很多，其封堵原理也不一样，但都是利用其一种或多种特点进行堵塞目的层。下面以几种常用堵剂为例，介绍其调剖堵水机理。２．１　颗粒类堵剂封堵机理

在固体颗粒型调剖剂注人地层的过程中，由于其流动遵循最小流动阻力原则，所以调剖剂绝大部

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　２０１５年第１期 内蒙古石油化工＊收稿日期：２０１４－１１－２０

分进入阻力小的地层，并在其中沉降，从而大幅度降低所波及范围内岩石的绝对渗透率，使其吸水能力降低，达到堵封高渗透强吸水层的目的［５］。但应注意颗粒的大小与空隙喉道的匹配关系。

２．２　体膨类堵剂封堵机理［６］

体膨类堵剂是以交联聚合物为主体，聚合物分子通过交联剂作用结合在一起，形成空间网状结构，使其在分子量足够大、交联密度足够高的情况下既不溶于水也不溶于有机溶剂。

体膨类堵剂的作用是几种机理的综合表现：①在高渗透层具有物理堵塞机理。体膨类堵剂颗粒进入地层深部以后与水作用，形成大小不等的凝胶膨胀体。在高渗透区，大的凝胶膨胀体能对大通道实行封堵，迫使水流转向，波及中低渗透区，扩大驱油面积，提高波及系数，进而提高采收率；②在中、低渗透层具有吸附堵塞喉道的作用。在地层孔隙中，较小的凝胶膨胀体，仍能随着水流运移，直至遇到与之匹配的孔隙喉道；③被剪切破碎的凝胶体可阻塞更小的喉道。交联程度比较低时，在水驱压力和剪切力的双重作用下，凝胶颗粒被剪切破碎，向更小的喉道运移、聚集、堵塞，导致注水压力的上升。

２．３　聚合物冻胶类堵剂封堵机理

高分子聚合物与合适的交联剂反应生成的失去流动性的冻胶体系称为冻胶型调剖堵水剂。它主要依靠其物理堵塞、捕集作用以及堵剂在地层中的吸附提高水相流动阻力，改善水油流度比，从而提高水驱波及系数。

吸附作用是由于分子链上的极性基团与岩石表面相吸附，提高了调剖剂和堵水剂对岩石的残余阻力，增强了堵水效果。

物理堵塞是由于聚合物链上有许多反应基团与交联剂发生交联作用，形成网状结构，而这种结构把水包含在晶格结构中形成具有粘弹性的冻胶，这种冻胶体在孔隙介质中间形成物理堵塞，阻止水流通过或改变水流方向。

捕集作用是由于聚合物的相对分子质量为几百万至几千万。分子链具有柔顺性，松弛时一般蜷曲呈螺旋状，而在泵送通过孔隙介质时受剪切和拉伸作用而发生形变，沿流动方向取向，能够容易地注水地层，且外力消除后，分子又松弛成螺旋状。当油气井投产时，蜷曲的聚合物分子便桥堵孔隙喉道阻止水流。但油气能使大分子线团体积收缩，故能减少出水量而油气产量不受影响。这种堵塞是可以恢复的，只要流速超过临界值，这种捕集作用便消失了。２．４　分散体型调剖堵水剂

分散固化型堵剂该体系进入地层后，可在孔喉处形成泥饼，利用水泥的固化反应使泥饼固化，封堵特高渗透层。

分散膨胀型堵剂该体系利用堵剂结构中的亲水基团与水分子发生水合作用，在网状结构内外产生渗透压，使水分子向网状结构内部扩散，进而堵剂溶胀，堵塞高渗透层。是一种比较好的选择性堵水剂，可用于油井的选择性堵水。

２．５　微生物类堵剂封堵机理

微生物对地层的作用具有多面性，主要通过以下两个方面达到调剖的目的：①微生物主要进入流动阻力小高渗透地层的水流大孔道，在多孔介质中生长繁殖，形成菌丝团菌落降低的原始渗透率；②微生物在生长繁殖过程中会产生大量的气体，改变溶液介质的环境，一方面形成气锁，另一方面造成盐等矿物质的结晶和沉淀，堵塞出水层位，使后注驱替剂被迫绕过堵塞区，进入中低渗透层，波及到水驱未波及的区域，提高波及系数，进而提高采出程度。

３　对堵剂和调剖剂研究的建议［７，８］

多种化学调剖堵水剂在矿场的试验成功证明了在未来的几年内化学堵剂仍然是堵水调剖研究的重点。经过多年的研究，堵水调剖剂的种类越来越多，基本上能满足国内各类油藏条件下堵水调剖剂的需要，但能满足某些特殊要求的品种较少。许多堵水剂的性能需要完善，品种需要实现系列化。油田堵水剂今后的发展方向主要有：①由于采油条件越来越苛刻，急需发展性能更强的堵剂，使堵剂能耐高温、高矿化度、耐硬水；②推广廉价原料及化工废弃物堵剂新产品，降低生产成本；③堵水剂用量极大，发展低污染甚至无污染的堵水剂；④加快研究微生物调剖技术。

［参考文献］

［１］　田士章，等．堵水调剖剂堵水机理与性能评价［Ｊ］．辽宁化工，２００７，３６（１）：４５～４７．

［２］　范振中，等．油水井化学增产技术［Ｍ］．哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，２００５：１～５９．［３］　马宝岐，吴安明．油田化学原理与技术［Ｍ］．北京：石油工业出版社，１９９５：２５～３８．

［４］　刘翔鹗．采油技术手册（堵水技术）［Ｍ］．北京：石油工业出版社，１９９１：５～２５．

［５］　孙卫等．聚丙烯酸胺类堵剂的堵水机理实验［Ｊ］．石油与天然气地质，２００２，１２（４）：３０～３５．［６］　魏娟明，马涛，汤达祯．体膨类堵水调剖剂研究现状［Ｊ］．应用化工，２００９，（１０）：１５１７～１５２０．［７］　高国生，等．堵水剂的研究现状及发展趋势［Ｊ］．化工进展，２００４，２３（１２）：１３２０～１３２３．［８］　肖传敏，等．油田化学堵水调剖综述［Ｊ］．精细石油化工进展，２００３，（３）：４３～４６．

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