选择性堵水剂的实验研究

第1章概述

1.1 我国堵水技术的发展历史和堵水剂的研究现状

我国自20世纪50年代开始进行堵水技术的探索和研究，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，其他油田也有相应的发展。20世纪80年代初提出了调整注水井吸水剖面来改善一个井组或一个区块整体的注水波及效率。20世纪90年代，随着油田含水不断升高，油田进入高含水期，调剖堵水技术也进入发展的鼎盛期，由单井处理发展到以调剖堵水措施为主的区块综合治理。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，相应地研制了可动性凝胶、弱凝胶、颗粒凝胶等新型化学剂。进入21世纪后，油田普遍高含水，油藏原生非均质及长期水驱使非均质性进一步加剧，油层中逐渐形成高渗通道或大孔道，使地层压力场、流线场形成定势，油水井间形成水流优势通道，造成水驱“短路”，严重影响油藏水驱开发效果。

近年来，油田堵水调剖技术出现了一些新动向，主要有：弱凝胶调驱技术，稠油热采井高温调剖技术，深井超深井堵水调剖技术，注聚合物油藏的调剖堵水技术，以及水平井堵水治水技术等。经过多年发展，已形成机械和化学两大类堵水调剖技术，相应地研制成功八大类近百种堵水调剖化学剂。研制了直井、斜井和机械采油井多种机械堵水调剖管柱，配套和完善了数值模拟技术，堵水调剖目标筛选技术等7套技术，达到年施工2000井次，增产原油60×104t的工业规模，为我国高含水油田挖潜，提高注水开发油田的开采效率做出了重要贡献。同时，开展了机理研究，进行了微观、核磁成像物模的试验研究，使堵水、调剖机理的认识更深一步。

分析我国堵水调剖技术的研究内容和应用规模，其发展大体经历了4个阶段。

（1）50至70年代：油井堵水为主，堵剂材料主要是水泥、树脂、活性稠油、水玻璃/氯化钙等。

（2）70至80年代：随着聚合物及其交联凝胶的出现，堵水调剖剂研制得以迅速发展，以强凝胶堵剂为主，作用机理多为物理屏障式堵塞，以调整近井地层吸水剖面及产液剖面为目的。

（3）90年代：油田进入高含水期，调剖技术进入鼎盛期，因处理目的不同，油田应用的堵剂体系有近100种，其中深部调剖（调驱）及相关技术得到快速发展，以区块综合治理为目标。

（4）2000年以后：基于油藏工程的深部调剖改善水驱配套技术的提出，使深部调剖技术上了一个新台阶，将油藏工程技术和分析方法应用到改变水驱的深部液流转向技术中。处理目标是整个油藏，作业规模大、时间长。

1.2 油田生产中面临的出水问题

我国油田普遍采用注水开发方式，目前生产井平均含水已达80％以上，东部地区的一些老油田含水已达90％以上。因此，堵水调剖的工作量逐年增大，工作难度增加，而增油潜力降低。例如1981年堵水处理1310井次，增油54.3万吨。注水开发的油田，开采一个阶段之后，由于地层是多层且为非均质的，随着注入油层水量的增加，使得注入剖面很不均匀，势必造成注入水在平面上向油井方向的舌进和在纵向上向高渗层的突进现象。特别是在开发后期，由于注入水的长期冲刷，油藏孔隙结构和物理参数将发生变化，使油层的不均质性加剧，大大降低水驱油效率。同时，油井出水会造成很多危害：消耗地层能量，减少油层最终采收率；降低抽油井的泵率；使管线和设备的腐蚀与结垢严重；增加脱水站的负荷；若不将脱出的水回注，还会增加环境污染[1]。有的区块含水量很高，而有的区块则注水效果不明显，甚至有的区块注入水很快沿高渗透层突破，水对高渗透层的冲刷提高了它的渗透率，使地层的非均质性进一步扩大，致使油井大量出水，水的组分在所开采的石油中所占的比重越来越大，油井出水，将直接造成产量的下降，地层能量的损失和注水的强度加大，以及设备管网的腐蚀加剧等危害，造成巨大的经济损失，使开发效益受到严重的影响。

油井出水是油田开发过程中不可避免要遇到的问题[2]。注水开发的陆相油田，特别是复杂断块油田，由于储层存在非均质性，不可避免地出现油井单层突进，综合含水上升快，生产成本逐渐增加的问题。为了减少这种不必要的浪费，油田堵水在油田开采过程中显得非常重要。为了使注入水均匀推进，减少油井出水，可以从注入井封堵高渗透层，调整注入地层的吸水剖面，即所谓注入井调剖；或是封堵出水层，降低油井出水量，称为油井堵水。油田堵水工作是保持油田稳产的有效措施之一。要减少油井出水，一方面是从油井封堵高渗透层，减少注入水沿高渗透层突入油井，从而减少油井出水；另一方面是从水井封堵水层。油井采出液所含的水来自注入的驱替水、储油区的边水、储油圈闭中油层以下的底水。驱替水和边水的窜流最好用深部调剖技术，但该技术还不够成熟，因此从生产井封堵高渗透层的堵水技术仍是不可缺少的方法。对于底水推进的问题，最好用推进处建立水油隔板的方法解决[3]。无论是调剖还是堵水，目前行之有效的方法都是使用化学试剂[4]。

国内外都十分重视油田堵水工作。国外将堵水作为三次采油前地层的预处理措施，中国则将堵水作为控水稳油的重要手段。

1.3 目前对于油井出水问题的解决方案

目前油水井堵水作业的方法主要有三种：挤水泥、化学凝胶（硅酸盐）和树脂封堵。挤水泥，可有效地封堵炮眼的通道、窜槽和水泥环中的裂缝，使套管与地层之间密封，是最常用的控制出水的方法，但成功率在50％以下；硅酸盐体系（化学凝胶），可经济地处理井周1.5～3m的半径，分散颗粒粒径为1～5×10-3μm，可进入地层孔隙，高温下稳定，但其使用条件苛刻，现场施工不易控制。热固性树脂体系可用于封堵地层空隙，使用正确时其强度足以封堵裂缝、孔洞、窜槽和炮眼，还可用于防砂（浓度较低），堵水时将树脂泵入井内使其完全充满地层的孔隙。常用的有酚醛树脂、脲醛树脂。

优点：

（1）可以注入地层孔隙并具有足够的强度，封住空隙、裂缝、孔洞、窜槽、炮眼中的流动流体；

（2）树脂为中性，遇各种井下设备和液体不起反应，若泵注得好可长期堵住各种通道。

缺点：

（1）相对较贵，使用时通常限于井周径向30cm以内；验明处理层段并加以隔离，要求准确无误。

（2）随着我国注水开发油田综合含水量不断升高，堵水调剖难度越来越大，原有的堵水调剖剂用量逐渐增大或效果不断变差。在老油田特高含水开发阶段适时地研究和开发新型调剖堵水剂是油田开发中一项重要课题。

目前，国内研制应用的堵水调剖剂种类很多，但大多仅适用于中低含水期，对于特高含水油田的适应性较化学堵水是降低油井含水、提高油井产量的重要措施。随着油田注水开发的不断深入，井下技术状况逐年变差，许多油井无法实现正常的卡封作业。同时，由于部分井夹层水泥环的破裂，层间串槽现象较为严重，常常使封隔器失去作用。另外，由于夹层水的存在和出水层位不明确等也均在一定程度上限制了非选择性堵水技术的应用。为此研究了选择性堵水剂。

据统计，世界上每天每采出1200×104m3原油要采出约3300×104m3的水。采液量中含水过高会使水处理费用增加、成本增加而产量减少。因此，人们研制和开发了多种化学调剖堵水剂，用以控制无效水循环，改善油田水驱效果。

1.3.1选择性堵水原理

堵水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。堵水作业根据施工对象的不同，分为油井（生产井）堵水和水井（注入井）调剖二类。其目的是补救油井的固井技术状况和降低水淹