HPAM酚醛树脂堵水剂性能评价

1、HPAM酚醛树脂堵水剂性能评价 AbstractAt present, our country majority oil fields entered the water-injection development the mid and late part, as a result of the stratum anisotropic existence, moisture content year by year to rise, the productive rate reduces year by year, the oil field water shutoff appears es

2、pecially important, therefore research blocking agent water shutoff performance especially important. This article has made the simple introduction in view of the present blocking agent particularly HPAM phenolics blocking agents development and the application; And has mainly studied the HPAM pheno

3、lics blocking agent influencing factor, and obtains the massive data as well as the analysis result. This article knew through the experiment that in the HPAM phenolics blocking agent best formula as well as the formula the crosslinking agent, the temperature, the PH value and the inorganic salt hav

4、e what influence to the blocking agent, namely becomes the rubber performance to the blocking agent (to become rubber time, to become rubber intensity). Moreover, also knows the HAPM phenolics blocking agent in actual oil deposit trap effect through the core experiment. The experiment proved the gel

5、atin performance of this blocking agent is good, formation condition gelatins quick, the stability is good, has certain viscoelasticity, under the low temperature condition the intensity is good. But receives the inorganic salt influence to be big, therefore is not suitable for the high hardness ind

6、ex stratum. The core experiment also proved that this blocking agent has the good trap effect, the trap rate is high, is obvious to the penetration coefficient low stratum effect. Key words: plugging agent；polyacrylamide；phenolic resin；inorganic salt；jam rat目 录第1章 概述11.1 油田生产中面临的出水问题11.2 目前对于油田出水问题的

7、解决方案21.3 国内外堵水技术的发展及研究现状4第2章 油田化学堵水剂72.1 堵水类型划分及选井选层72.2 堵水剂的分类82.3 堵水机理研究132.4 评价堵水指标18第3章 HPAM酚醛树脂堵水剂203.1 聚合物性能特征203.2 聚丙烯酰胺的主要性质223.3 HPAM酚醛树脂堵水剂性质233.4 HPAM酚醛树脂堵水剂交联的反应原理243.5 HPAM酚醛树脂堵水剂成胶性能的影响因素243.6 HPAM酚醛树脂堵水剂性能评价25第4章 对HPAM酚醛树脂堵水剂的实验研究274.1 配制聚丙烯酰胺溶液274.2 配制HPAM酚醛树脂堵水剂并优选配方274.3 不同温度的影响334

8、.4 无机盐对HPAM酚醛树脂堵水剂成胶性能的影响研究354.5 岩心实验测堵剂堵塞率37结 论39参考文献40致 谢42第1章 概述1.1 油田生产中面临的出水问题1.1.1 油井出水原因注水开发的油田,特别是复杂断块油田，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。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, 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，水对高渗透层的冲刷，油藏孔隙结构和物理参数将发生变化，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

9、大量出水,产能降低。油井出水是油田开发过程中不可避免要遇到的问题。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。因此减少油井出水在油田开采过程中显得非常重要1。1.1.2 油井出水情况分类根据水的来源可将油井出水分为同层水和异层水(外来水)。注入水、边水和底水属同层水。由于油层的非均质性和油水的流度比不同，随着油水界面的前进，注入水及边水可能沿高渗透层不均匀前进，纵向上可能单层突进，横向可能形成指进。油层出现底水时，原油的产出可能破坏油水平衡关系，使游说界面在井底附近呈锥形升高，形成底水锥进。异层水又叫外来水，可分为上层水、下层水和夹层岁。油井固井质量差、套管损坏

10、引起流体窜槽或误射水层是异层水引起油井出水的主要原因。对付异层水，在可能的情况下，应该采取将水层封死的方法。同层水进入油井是不可避免的。边水内渗、底水锥进、注采失调是注入水效率低、油井含水率上升、原油产量大幅度下降的根源。所以，对油井出水应及时采取措施，以达到少出水和降低含水率上升速度的目的。11.1.3 油井产水的危害我国油田普遍采用注水开发方式，油井出水是注水开发油田面临的一个严重问题，目前我国油田综合含水率随着注水开发的深入都有不同程度的升高。据统计，全国主要油田的综合含水率高达83%，而东部主要油田的综合含水率超过90%。对于一个长期注水开发的油田来说，由于油藏平面和纵向的非均质性、油

11、水粘度上的差异以及油水井组内的不平衡，势必造成注入水沿高渗透带向生产井突进、窜流，从而造成了后续的一系列危害。油井产水，对经济效益影响很大，消耗地层能量，减少油层最终采收率。某些高产井可能变为无工业价值的井。对于出水井，如不及时采取措施，地层中可能会出现水圈闭的死油区，注入水绕道而过，从而降低采收率，造成极大的浪费。同时，由于产水增加，必然会使地面的脱水费用增加。因此，对于油井出水采取增大排液量，以水带油的方法是不合算的。油井出水还会造成很多其他危害：降低抽油井的泵率；使管线和设备的腐蚀与结垢严重；油井产水，使非胶结性油层结构破坏，造成油井出砂；增加了液体的密度，井底油压增大，使自喷井停止自喷

12、，转人机械抽油；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。因而降低采出液的出水率有其重要的意义。找水、堵水时油田开发中必须及时解决的问题，也使油田化学研究的重要课题。为此，人们寻求采用各种技术来降低油井含水，其中调整吸水剖面作为一种有效技术方法在70年代后期得到了广泛的应用1。1.2 目前对于油田出水问题的解决方案随着油田的日益开采,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。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。堵

13、水就是控制水油比或控制产水，其实只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(注入并)调剖二类。其目的是补救油井的固井技术不好的状况和降低水淹层的渗透率(调整流动剖面)，提高油层的采收率。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。堵水剂一般是指用于生产进堵水的处理剂，调剖剂则是用于注水井调整吸水剖面的处理剂。两种剂有共性，也有特性。但以共性为主，多数情况两剂可以互相通用。为方便起见，有时把两种剂统称为堵剂。可以通用的堵剂，在使用时性能上需作适当调整。一般情况下，用于堵水时用量较少，相应的可泵时间较短，要求强度较

14、高。用于调副时用量较大，可泵时间则要求较长。有些试剂需用延迟凝胶技术或双液法注入工艺才能满足大剂量注入的要求。1.2.1 油井堵水技术油田常以注水井调剖为主，油井堵水为辅助性施工。在地壳中,地质的不均匀性使注入水沿高渗透孔道突入油井,为了减少渗透,必须封堵这些高渗透层。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，这种方法称为油井堵水。油井堵水是从油井控制水的产出，那么从油井注入地层能减少油井产水的物质叫油井堵水剂。堵水剂可对地层的高渗透大孔道产生封堵作用，均衡其吸水剖面，使驱油剂更有效地驱油。这种方法优点在于施工方便，投入成本低，见效快。在油井内采用的堵水方法分为机械和

15、化学堵水两大类。机械堵水法是用分隔器将出水层在井筒内卡开，以阻止水流入井内。目前，采用较多的是化学堵水，它利用化学作用对水层造成堵塞，这类化学剂品种多，发展快，效果显著。根据堵水剂对油层和水层的堵塞作用，化学堵水又分为非选择性和选择性堵水，根据施工要求还有永久堵和暂堵。随着生产和环保方面要求的进一步提高，选择性堵水越来越受到油田的青睐，现已开发出许多选择性堵水剂并投入应用。非选择性堵水的方式适用于封堵单一层位，因其选用的堵水剂对水或油无选择性，它即可以封堵水层，又可以封堵油层。非选择堵水施工复杂且要找准水层段，这就限制了它的使用。在油井堵水作业过程中，往往会遇到以下情况，油井出水层位不明确、固

16、井质量不合格、套管变形、隔层薄和特殊的完井方式(如砾石充填完井、割缝管完井等)，在上述情况下无法放置机械封隔器，因此，只有采用笼统注入方式进行选择性堵水作业。选择性堵水是利用油和水的差别或油层和水层的差别，达到选择性堵水的目的。选择性堵水一般包含两方面的含义，一是能选择性进入高渗透出水大孔道，即低渗透油层进入少或不进入;二是选择性堵水而对油流阻力小，堵水不堵油。选择性堵水剂的种类较多，根据配制堵水剂时所用的溶剂或分散介质，可分为水基堵水剂、油基堵水剂和醇基堵水剂。当然，堵水的划分还有很多种，在这里只是做简单介绍，具体内容在后面做详细介绍。1.2.2 注水井调剖技术为了使注入水均匀推进，减少油井

17、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。调剖技术就是将调驱剂通过注水井注入地层。其中，调剖的驱油剂与原油产生混相作用，能有效地驱出剩余油，在地层中形成向油井运移的类似于活动“油墙”的原油富集带，具有较长期的远井地带调剖作用。调剖剂可不断地调整地层的吸水剖面，更有效地提高驱油效率，它对低渗透地层的渗透率无伤害，用它对注水井进行处理后，在同样的注水量时，注水压力下降或上升的幅度不大。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

18、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。注水井调剖后改善了注入水的吸水剖面，纵向上控制了高渗透层过高的吸水能力，使低渗透层的吸水能力相应提高，某些不吸水层开始吸水，从而增加了注入水的波及体积，扩大了油井的见效层位和方向，改善了井组的注水开发效果。该技术的适用性广，针对地层渗透率大于0.1m2的砂岩和灰岩地层，适用于注水层厚度大于5m（其中对应油井原油粘度大于1mPas，含水大于70%）的注水井，也应用于无边、底水或边、底水影响不大的油藏油水井对应率较高的注水井。1.2.3 调剖堵水在油田开发中的作用和效果油井堵水、注水井调剖处理效果的评价，。不应仅从单井注采状况考虑，最终应

19、归结到产油井的利用程度、注水井的波及体积、注水开发油藏的阶段采出程度、注水开发效果和注水采收率等几个方面。各油田的实践表明，从油藏整体上看，堵水调剖处理的效果主要表现为以下几个方面。（1）降低油水的含水比，提高产油量封堵或卡堵高含水层，减少了油井的层间干扰，发挥了原不能正常工作的低渗透层的作用，改变了水驱油的流线方向，提高了注入水的波及体积。因此堵水可有效地采油井的生产水平。化学堵剂的作用较大幅度地降低了堵水半径内的井底水相渗透率，减少了产水量和油井含水比。（2）增加产油层段厚度，减少高含水层厚度，改善油井的产液剖面（3）提高注入水的利用效率，改善注水驱替效率。（4）改善注水井的吸水剖面。注水

20、井调剖后改善了注入水的吸水剖面，纵向上控制了高渗透层过高的吸水能力，使低渗透层的吸水能力相应提高，某些不吸水层开始吸水，从而增加了注入水的波及体积，扩大了油井的见效层位和方向，改善了井组的注水开发效果。（5）从整体上改善注水开发效果。油田区块的整体处理效果表现为整个区块开发效果得到改善，区块含水上升速度减缓，产量递减速度降低，区块水驱特征曲线斜率变缓1。1.3 国内外堵水技术的发展及研究现状1.3.1 国外调剖堵水技术的发展及研究现状国外对堵水技术的研究己有几十年了。早期以水基水泥封堵水层为主，以后发展成为用油基水泥进行封堵。对同一层水一般使用原油、粘性油、憎水性油水乳化液和表面活性剂等进行选

21、择性封堵。近十几年来，国外在堵水工艺发展上更进了一步。开始对油井采用多种化学堵剂和相应的施工工艺进行选择性的堵水，也就是说这类化学堵水剂通过油井进入地层后，只堵水不堵油，而且有效期也较长。因此国内外普遍认为采用化学方法选择堵水，可以降低油水比，提高产油量，从而达到油田高产稳产。这是目前国外最有发展前途的堵水措施之一。国外调剖堵水技术发展主要经历了以下几个过程。（1）在堵水技术早期曾应用水泥和封隔器卡隔出水层。（2）五十年代油田应用原油、粘性油、憎水的油水乳化液，固态烃溶液和油基本水泥等作堵水剂。前苏联还试验了叔丁基酚、甲醛合成树脂、尿素甲醛树指等化学剂。（3）六十年代聚丙烯酞胺类高分子聚合物化

22、学调堵水技术开辟了新局面，在各地区得到了较广泛的推广应用。（4）七十年代以来，基于堵水化学剂的发展，油井堵水技术由封堵出水层发展成为油水比控制技术。进一步发展成为注水井调整吸水剖面和油井控制油水比的配套技术。（5）20世纪80年代，法国石油研究院（IFP）开始研究相对渗透率改善剂堵水技术，进行了化学剂研究、物理模拟、数值模拟、处理设计及现场试验，研究出适用于三种特殊地层条件的IFP选择性堵水处理方法，先后进行了100多口井的现场施工。八十年代末，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技术等。美国比较常用的水解聚丙烯酰胺类型有

23、阳离子粉状聚合物、阳离子乳化聚合物、非离子粉状聚合物、非离子型乳状液聚合物、阴离子粉状聚合物等。前苏联运用聚丙烯氰一甲醛较多，效果好。（6）目前国外对调剖剂的研究重点在高温堵剂方面，主要有微生物类、沉淀类、冻胶类和胶态分散凝胶类等。聚合物冻胶类堵剂是目前国外使用最多、应用最广的一类堵剂3。1.3.2 国内调剖堵水技术的发展现状我国油田早期普遍采用注水开发方式，地层非均质性严重，油藏地质复杂，在开发中后期含水上升速度加快，目前油井生产平均含水已达80%以上，东部地区的一些老油田含水已达90%以上，甚至到95%。因此，堵水调剖工作量逐年增大，工作难度增加，而增油潜力降低。我国油田化学堵水技术从20

24、世纪50年代起在现场应用，至今已有60年的历史。最初是用水泥浆堵水，后发展了油基水泥、石灰乳、树脂、活性稠油等，60年代以树脂为主，70年代水溶性聚合物及其凝胶开始在油田应用，从此，油田堵水技术进入一个新的发展阶段，堵剂品种迅速增加，处理井次增多，经济效益也明显提高。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

25、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

26、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60104t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。目前调剖堵水剂的使用，已从单一性的调剖堵水剂发展成为由几种类型组成的复合调剖堵水剂，并加各种添加剂，以改善调堵剂的性能。近年来,油田堵水剂的品种又有了新的发展。如胶体分散体冻胶(CDG)、新型沉淀型堵水剂、新型冻胶型堵水剂、复合堵水剂等。据权威人士估计,油田堵水剂今后的主要发展方向是：（1）由于采油条件越来越苛刻,急需发展高温、高矿化等条件下使用的堵水剂；（2

27、）迄今尚无较理想的可用于处理生产井油水交至大厚层的选择性堵水剂,这是今后需要努力攻克的一大课题；（3）进一步降低堵水剂成本,扩大堵水剂原料来源,如利用工业废液或者粘土等研制的新型堵水剂；（4）堵水剂的复配是堵水剂发展的方向,利用堵水剂的协同效应往往可以达到事半功倍的效果3。第2章 油田化学堵水剂2.1 堵水类型划分及选井选层2.1.1 堵水类型划分根据不同的地质条件和油井出水原因，选择相对应的堵水类型，是提高油井堵水成功率和有效率的关键所在，堵水类型大体可以分为以下几种：（1）封隔上或下含水层的水环形空间窜入射孔井段。在地层剖面含水层与油层由厚度大于1.52.0m的低渗透隔层隔开。（2）封隔下

28、部以水淹的射孔层段。含水层由未射孔的套管和厚度达1.52.0m以上的低渗透隔层与已水淹的射孔层段隔开。封堵水淹层回采上部生产。（3）封堵上部或层间水淹层。这些水淹层由未射孔套管和厚度达达1.52.0m以上的低渗透隔层与与已射开的生产层隔开。封堵水淹层时应保护下部生产。（4）在射开的整体底层范围内封堵水淹层段。在水淹层段与含油层段之间没有岩性隔层或者由厚度小于1.52.0m的低渗透层隔分隔。（5）封堵油水同层中来自未射孔底层窜到射孔井段的水，油水层之间没有厚度大于1.52.0m岩性隔层。水通过不密封的水泥环进入油井，个别情况下是近井地带的底水锥进。由于油水界面升高从射孔井段出水也属于这种类型。除

29、上述对堵水类型进行分类外，还对封堵作业进行分类：（1）封堵套管的不密封连接件，其中包括连接丝扣和对接部件，水的渗透流量小于1L/s。（2）封堵套管潜漏洞（裂缝、空洞、所射孔眼等）（3）加大套管外水泥环上返高度1。2.1.2 堵水选井选层调剖堵水施工能否成功，很大程度上取决于施工井的地质条件，因此选井选层非常重要，具体来言，根据部分油田的经验，总结出选井的原则。以储量为基础，选择由于水窜导致含水上升过快，使油井失去生产能力，但剩余储量有较高的油井，一般原则是：初期产能高，目前供液能力强，累计产油量低，动用程度低；累计水油比不大于1，一般不超过2；水驱控制高，波及体积大的区域内高含水井；综合含水高

30、（不小于80%），以注入水型为主，注采关系清楚；油井单层厚度较大，具有丰厚的剩余可采储量，一般要求单层厚度在5m以上；油井固井质量好，无层间窜槽。见水特征为底水锥进，由高渗透层造成水淹，而不是水泥环破坏窜槽引起；具有明显的油水界面，油井出水层位清楚；地层非均质，出水层渗透率大于出油层渗透率，垂直渗透率接近水平渗透率；油井动液面高，因高液面表明产水量超过了泵抽能力，通过降低产水量，液面下降，可提高产油量所需要的压差。2.2 堵水剂的分类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,而中国则将堵水作为控水稳油的重要手段。堵水需要使用堵水剂(包括注水井的调剖剂和油井的堵水剂

31、)。不同堵水类型选择不同的堵水方法和堵水剂。经过30多年的发展,堵水剂已成系列。堵水剂一般是指用于生产井堵水的处理剂，油田中采用的堵水方法分为机械堵水和化学堵水两类，化学法堵水是化学堵水剂的化学作用对出水层造成诸塞，机械法堵水是用分隔器将出水层位在井筒内卡开，以阻止水流入井内。就目前应用和发展情况看，主要是化学堵水。根据堵水剂对油层和水层的堵塞作用,化学堵水可分为非选择性堵水和选择性堵水。非选择性堵水是指堵剂在油井层中能同时封堵油层和水层;选择性堵水是指堵剂只与水起作用,而不与油起作用,故只在水层造成堵塞而对油层影响甚微。而若按工艺可分为单液法堵水剂和双液法堵水剂;按形式可分为冻胶型、凝胶型、

32、沉淀型和胶体分散体型;按苛刻条件可分为高温、大孔道、低渗地层、高矿化度地层等型。本节就常用的油田堵水剂的类型、品种及其发展进行综述。2.2.1 非选择性堵水剂非选择性堵水法适用于封堵单一水层或高含水层，因为所用的堵剂对水和油都没有选择性，它既可堵水，也可以堵油。（1）树脂型堵剂这是一类由低分子物质通过缩聚反应产生不溶不熔高分子物质的堵剂。如酚醛、脲醛、环氧、糠醛、三聚氰胺甲醛树脂等。它是将液体树脂挤入水层，在固化剂的作用下，成为具有一定强度的固态树脂而堵塞孔隙，以达到封堵的目的。最常见的树脂型堵剂是酚醛树脂。当用酚醛树脂堵水时，可将热固性酚醛树脂与固化剂混合后挤入地层。在水层温度下以及固化剂作

33、用下，热固性酚醛树脂可在一定时间内交联成不熔不溶的酚醛树脂，将水层堵住。（2）冻胶型堵剂冻胶是指由聚合物水溶液用交联剂交联转变而来的失去流动的体系。溶液之所以失去流动性是由于其中的高分子为交联剂所交联。可被交联的聚合物主要有PAM，HPAM，CMC（羧甲基纤维素）、HEC（羟乙基纤维素）、CMGM（甲基半乳甘露聚糖）、HEGM（羟乙基半乳甘露聚糖）、Na-LS（木质素磺酸钠）、Ca-LS（木质素磺酸钙）等。交联剂多为由高价金属离子所形成的多核羟桥络离子，此外还有醛或醛与其它低分子缩聚的低聚合度的树脂。该类堵剂种类很多，如铝冻胶、铬冻胶、锆冻胶、钛冻胶、醛冻胶、铬木素冻胶、硅木素冻胶、酚醛树脂冻

34、胶、脲醛树脂冻胶、三聚氰胺-甲醛树脂冻胶等。当用冻胶型堵剂封堵时，可将聚合物溶液和交联剂溶液混合后注入水层;也可将他们分成几个段塞，中间以隔离液隔开，交替地注入水层，让他们进入水层一定距离才混合。前者适用于封堵近井地带，后者适用于封堵远井地带。（3）凝胶型堵剂这是一类由溶胶凝胶产生的堵剂。最常用的凝胶型堵剂是硅酸凝胶。当用硅酸凝胶封堵时，可不见硅酸钠溶液和活化剂溶液混合后注入地层;也可将他们分成几个段塞，中间以隔离液隔开，交替地注入水层，让他们今年入水层不一定距离后才不混合。硅酸钠与活化剂混合后，首先生成硅酸溶胶，随后转变为硅酸凝胶。（4）沉淀型堵剂这类堵剂由两种能反应生成沉淀的物质组成，如N

35、a2OSiO2+FeSO4、Na2OmSiO2+CaCl2、Na2OmSiO2+FeCl3和Na2OmSiO2+MgCl2等。若将分别含这两种物质的溶液分成几个段塞，中间以隔离液隔开，交替注入水层，则它们进入地层一定距离后就可相遇，生成沉淀，堵塞高渗透层。由于反应生成的沉淀有很强的封堵能力，所以它是最常用的沉淀型堵剂。当用做油井堵水的非选择性堵剂时，W (Na2OmSiO2)在0.20-0.40范围，W(CaC12)在0.15-0.42范围。（5）水泥类堵剂这是使用最早的堵水剂，由于价格便宜、强度大，可以适用于各种温度。用于非选择性的水泥类主要有水基普通水泥浆、超细水泥等水基泥浆。主要用于封堵

36、油井已射开的下层水、窜槽井段的窜槽水和油井的出水层。一般使用水泥浆密度在1.6-1.9之间，为了改善水泥浆性能，可加入各种外加剂，如加入1%-1.5%的木质素磺酸盐缓凝剂，可使初凝时间延长1倍左右，加入1%-2%的氯化钙或0.5%的三乙醇胺可使凝固时间缩短1/3-1/2。如果防止水泥收缩，可加入一定量铝粉与Al(OH)3的混合物使其产生微胀，可有效的封堵油水层。2.2.2 选择性堵剂选择性堵剂适用于封堵不易用封堵器将它与油层分隔的水层。选择性堵水法用选择性堵剂。这些堵剂都是利用油与水的差别或油层与水层的差别，达到选择性堵水的目的。选择性堵水可分为三类，即水基堵剂、油基堵剂和醇基堵剂，它们分别是

37、以水、油或醇作分散介质配制而成。（1）水基堵剂部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）HPAM对油和水有明显的选择性，它降低油的渗透性最高不超过10%，而降低水的渗透性可超过90%，相对分子量在3.0106-1.2107护范围，水解度在10%-35%范围的HRAM均可用于油井堵水。由于出水层的含水饱和度较高，所以HPAM较易进入出水层。在出水层中，HPAM中的酰胺基-CONH2和羧基-COOH可通过氢键吸附在砂岩的羧基表面，而未吸附部分由于链节带负电而向水中伸展,对水有较大的流动阻力,起到堵水作用。进入油层的HPAM，由于砂岩表面为油所覆盖，所以在油层不发生吸附，因此不堵塞油层。由此可见,水解聚丙烯酰胺

38、这种堵水剂可按含水饱和度的大小进入地层,并按含水饱和度的大小调整地层对水的渗透性。特别是后一个特点是其他选择性堵水剂所没有的。为了提高堵水效果并延长有效期,可以将水解聚丙烯酰胺交联使用。高价金属离子(如Al3+、Cr3+、Zr4+)和醛类(如甲醛、乙醛、乙二醛)等都可以在一定条件下将水解聚丙烯酰胺交联起来。随着交联程度的增加,可使吸附在地层表面的水解聚丙烯酰胺更向外伸展,封堵更大的孔道。同时,还可以使吸附在地层表面的水解聚丙烯酰胺产生横向结合,形成体形结构,提高吸附层的强度,因而有更好的堵水效果并延长堵水的有效期部分水解聚丙烯腈（HPAN）类似于水解聚丙烯酰胺,与其具有相同的基本结构(如酰胺基

39、和羟基),因此它们的堵水作用原理相同。水解聚丙烯腈也可以交联使用,交联剂与水解聚丙烯酰胺完全相同。HPAN结构中的羧基能与地层中的多价阳离子钙、镁、铁生成丙烯酸盐沉淀，堵塞地层孔道，控制了水的流动。而油层中不含有多价金离子，故不能生成多价金属盐沉淀，在油井生产时随油流带回地面，因而具有选择性封堵作用。HPAN用于高矿化度的地层堵水时，在注入HPAN溶液的前置液和后置液中交替补注一些多价金属盐溶液，例如氯化钙、氯化亚铁、硝酸铅等溶液，以增加沉淀量，提高选堵效果。阴阳非离子三元共聚物部分水解的AM/AMCTAC共聚物。这种共聚物是通过丙烯酰胺（AM）与3-酰胺基-3-甲基氯化胺（AMCTAC）共聚

40、、水解得到，相对分子质量大于1105，水解度0-50%之间。堵水使用浓度为100-5000mg/L。这种堵剂的分子中有阴离子、阳离子和非离子链节。它的阳离子链节可与带负电的砂岩表面产生牢固的化学吸附，它的阴离子、非离子链除有一定数量吸附外，主要是伸展到水中增加水的流动阻力。其选择性堵水作用，这种共聚物比HPAM有更好的封堵能力。部分水解AM/DMDAC共聚物。这种共聚物是通过丙烯酰胺与二甲基二烯丙基氯化胺共聚、水解得到的，这种共聚物一般与粘土防膨剂、互溶剂和表面活性剂一起使用。泡沫以水作分散介质的泡沫可优先进入出水层，并在出水层稳定存在，泡沫粘附在岩石表面上，可阻止水在多孔介质中的自由运动，封

41、堵来水。由于气泡通过多孔介质的细小孔隙时需要变形，由此而产生的贾敏（Jamin）效应和岩石孔隙中泡沫的膨胀，可使水在岩石孔隙介质中的流动阻力大大增加。岩石表面原有的水膜能阻碍气泡的粘附，加入一定量的表面活性剂（起泡剂）可减弱这种水膜。在油层，油可乳化在泡沫的分散介质中，由于油水界面张力远小于水气界面张力，按界面能减小的规律，稳定泡沫表面活性剂将大量移至油水界面而形成三相泡沫。分散介质中的一些油珠，引起泡沫的破坏，所以进入油层的泡沫不堵塞油层。因此泡沫也是一种选择性堵水剂。泡沫的起泡剂主要用磺酸盐型表面活性剂。为了提高泡沫稳定，可在起泡剂中加入稠化剂如钠甲基纤维素、聚乙烯醇等。制备泡沫所用的气体

42、可以是氮气或二氧化碳，它们可液态转变而来。氮气也可通过反应产生。例如相地层注NH4NO2或能产生此物质的其他物质如NH4CI+NaNO2或NH2NO3+KNO2，用PH值控制系统使体系先碱后酸。即开始时体系为碱性，抑制氮气的产生;但体系进入底层，PH值转变为酸性，即可通过下面反应产生氮气，在起泡剂溶液中产生泡沫: NH4NO2N2+2H2O除了上述水基选择性堵水剂还有松香酸钠(即松香酸钠皂或松香钠皂)、烷基苯酚乙醛树脂、山嵛酸钾、水包稠油堵水剂等（2）油基堵剂有机硅适用于选择性堵水的有机硅化合物较多，现以烃基氯代甲硅烷为例，如甲基三氯甲硅烷、乙基三氯甲硅烷、丙基三氯甲硅烷、戊基三氯甲硅烷、十二

43、烷基三氯甲硅烷、十烷基三氯甲硅烷、苯基三氯甲硅烷、乙烯基二氯甲硅烷、二甲基二氯甲硅烷、二乙基二氯甲硅烷、二丙基二氯甲硅烷、二苯基二氯甲硅烷或它们的混合物等，都可用于选择性堵水。由于烃基卤代甲硅烷是油溶性的，所以必须将其配成油溶液使用。聚氨基甲酸酯堵水用的线型聚氨基甲酸酯(简称聚氨酯)是由多轻基化合物与多异氰酸酯聚合而成，但在聚合时，必须保持异氰酸基（-NCO）的数量超过羟基（-OH）的数量，即刻制得有选择性堵水作用的聚氨基甲酸酯。这样得到的聚氨基甲酸酯之所以有选择性堵水作用是因为过剩的异氰酸基遇水可发生一系列反应，即异氰酸基与水作用，生成氨基并放出二氧化碳，所产生的氨基可继续与异氰酸基作用，生

44、成脲键，脲键上还有活泼氢，它们还可以与其它未反应的异氰酸基反应，使原来可流动的线型聚氨基甲酸酯最后变化成不能流动的体型聚氨基甲酸醋，将出水层堵住；而在油层，由于没有上面的反应，所以不产生堵塞。可见，聚氨基甲酸酯是一种选择性很好、封堵能力很强的堵剂。稠油常用的稠油如下两种：活性稠油：活性稠油是指溶有表面活性剂的稠油，是一种不溶有乳化剂的稠油。如果溶在稠油中表面活性剂HLB值与和稠油乳化成油包水型乳状液所需的HLB值一致，则稠油遇水后即可产生粘度比稠油高得多的油包水型乳状液。而在油层，由于没有水，或即使有水但数量很少，也不能形成高粘的油包水型乳状液，因此油受到的阻力就很小。可见，活性稠油对油井的出

45、水层有选择性封堵作用。此外，活性稠油还可以通过增加出水层的含油饱和度来降低水的相对渗透率，使水产量减少。偶合稠油：这种堵剂是降低聚合度的苯酚甲醛树脂、苯酚糠醛树脂或他们的混合物作偶合剂溶于稠油中配成。由于这些树脂可与地层表面反应，产生化学吸附，加强了地层表面与稠油的结合，使它不易排出，延长有效期。稠油-固体粉末：在乳化剂的作用下，稠油、固体粉末混合泵入地层后与地层水形成油包水型乳状液，可改善地层表面性质，使地层水的流动受阻并因此降低水相渗透率。油基水泥油基水泥是水泥在油中的悬浮体。当将油基水泥注入出水层时，由于水泥表面亲水，所以当他进入出水层时，可置换水泥表面的油而与水泥作用，使它固化封堵出水

46、层。进入油层的油基水泥，因为不含水或含水很少，所以不会或很少会引起油层的堵塞。可见油基水泥也是一种选择性堵剂。该堵剂主要用于堵油井底水、地层大孔道和高渗透层。所用的水泥为适用于相应井深的油井水泥。所用的油为汽油、煤油、柴油或低粘度原油。此外还加表面活性剂(如梭酸盐型表面活性剂、磺酸盐型表面活性剂)，以改变悬浮体的流动度。例如在lm3油中加入300一800kg油井水泥和0.1-1.0kg表面活性剂，配得密度为1.05-1.65g/cm3的油基水泥，可用于油井堵水。羟基卤代甲硅烷羟基卤代甲硅烷可用通式RnSiX4-n表示，式中R表示羟基，X表示卤素，n表示1-3的整数。羟基卤代甲硅烷可与水反应，生

47、成相应的硅醇。硅醇中的多元醇很容易缩聚，生成聚硅醇沉淀，封堵出水层。由于羟基卤代甲硅烷是油溶性的,所以它们必须配成油溶液使用。煤油和柴油是常用的溶剂,其他如乳化稠油、聚烯烃等均可用于堵水。（3）醇基堵剂松香二聚物的醇溶液松香可在硫酸作用下进行聚合，生成松香二聚物。这种松香二聚物平均的相对分子量至少为450，软化点至少为100。由于松香二聚物易溶于低分子醇（如甲醇、正丙醇、异丙醇）而难溶于水。所以当松香二聚物的醇溶液与水相遇，水即溶于醇中，减少了它对松香二聚物的溶解度，使松香二聚物饱和析出。由于松香二聚物软化点较高（100），所以松香二聚物析出以后是以固体状态存在，对于水层有较高的封堵能力。松香

48、二聚物的醇溶液中，松香二聚物的质量分数最好在0.40-0.60范围。质量分数太大，其粘度太高;质量分数太低，其堵水效果不好。每米厚度的地层用lm3左右的松香二聚物醇溶液。醇-盐水沉淀堵剂该方法是向注水井地层先注入浓盐水(油田盐水、饱和油田盐水或NaCl盐水)，然后再注入一个或几个水溶性醇类(如乙醇)段塞。醇与盐水在地层混合会产生盐沉淀（盐析），封堵高渗透层，可使其渗透率降低50%，使原油采收率提高15%。由于醇和盐水的流动性好，有利于选择性封堵高渗透含水层。该法对深、浅油层均适用，并能用低浓度盐水或水进行解堵。苯甲酸的醇溶液将苯甲酸溶于醇后注入油井地层，当与地层水或盐水混合后，即可产生(析出)

49、沉淀，封堵高渗透层。为了使固体沉淀物在封堵时具有良好的分散性，可向配制液中添加一定量的非离子型表面活性剂。2.3 堵水机理研究2.3.1 堵水剂的渗流机理堵水剂从工艺角度来分大体为两种;一种是以在地层中反应产生沉淀型的无机盐类化学剂，它的封堵原理是，向单层注入有隔离液隔开的两种无机化学剂溶液，在地层形成沉淀堵塞封堵地层孔道;另一种是以聚合物冻胶的物理堵塞为主并兼有吸附和动力捕集作用的化学剂，而这种结构把水包含在晶格结构中形成具有勃弹性的冻胶题，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。其具体作用表现在4个方面:（1）渗透率下降:化学剂交联反应，使地层渗透率下降，高渗透区

50、下降得更明显，其下降幅度与交联剂浓度大小及两者的配比有关。（2）油层非均质程度降低:调剖堵水可调整注水井的吸水剖面，水、油井周围的高渗区带得到降低，失躯体剂接触较大的配比有关。（3）滞留于捕集:部分交联体系分子几分之上的极性基团蜷缩在孔道中即为捕集，阻碍水的流动。（4）吸附:分子链上的极性基团语岩石表面相吸附，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。岩芯试验结果表明，化学剂从注入口流入岩芯发生交联反应，使渗透率下降，下降幅度与交联剂配方和浓度有关。而高渗透岩芯渗透率下降幅度大于地渗透率岩芯下降的幅度。堵剂在孔隙介质中反映首先在大孔道中进行，所产生的产物可以起到封堵到孔道的作用，调

51、整多孔介质中的液流方向，使随后的驱替液被迫进入第渗透区2。2.3.2 堵水剂作用机理（1）冻胶型、凝胶型堵剂的作用机理由于冻胶型、凝胶型堵剂的作用机理有许多相似之处，所以归纳在一起进行讨论。堵塞机理即在一定条件下，在地层孔隙中分别形成冻胶、凝胶，填充封堵孔喉。Seright等人发现，冻胶、凝胶具有选择性封堵裂缝和大孔道的作用。冻胶型、凝胶型堵剂即可以采用单液法注入。也可以采用双液法注入。对冻胶，以某一种工作液为聚合物溶液，另一种工作液为交联剂溶液；对凝胶，以某一种工作液为水玻璃溶液，另一种工作液为活化剂溶液。它们在地层相遇后可分别产生冻胶、凝胶，以封堵高渗透地层。积累膜堵水机理赵福麟等人研究了

52、冻胶双液法堵水剂的积累膜堵水机理。采用的事氢氧化错(ZrOC128H2O)和聚丙烯酰胺(PAM)。结果表明，在玻璃(一种硅酸盐)表面用ZrOC12溶液和PAM溶液交替处理时，每次交替处理后积累膜重量都有增加，这意味着有相应的配合层生成。这种积累膜对地层产生一定的封堵作用。由于积累膜的厚度随ZrOC12溶液与PAM溶液交替处理次数的增加而增加。因此在封堵高渗透地层时，只要增加处理次数，就可以产生单一PAM溶液处理数不能得到的结果。对油水选择性一些研究工作证实，冻胶降低水相渗透率的能力远远高于降低油相渗透率的能力，而凝胶则无此选择性。冻胶降低水相渗透率显著高于降低油相渗透率。1994年，Liang

53、等对可能的几种原因进行了研究，其中包括重力作用、润湿作用、冻胶的膨胀与收缩、对油水通道的限制、润湿性的影响以及油水通道的分离等。结果表明，油水相渗透率不按比例降低不是由于重力作用或润湿作用引起的，冻胶的收缩与膨胀对这一现象也没起多大作用。虽然润湿性可能对此有一定的作用，但它也不是水相渗透率降低大于油相渗透率的根本原因。基于一种油基冻胶降低油相渗透率大于降低水相渗透率的实验结果，Liang等认为油水通道通过孔隙介质的分离是导致渗透率不按比例降低的主要原因。Dawe等采用微模型可视技术，通过观察不同含油饱和度和地层润湿条件下冻胶在多孔介质中的堵塞位置以及油水穿过冻胶封堵后孔道的过程，对冻胶的封堵机

54、理以及冻胶具有选择性封堵能力的原因进行了深入地研究。其实验结果表明：冻胶堵水能力大大高于堵油能力的原因油水以不同的方式通过冻胶。油相通过冻胶主要以粘性指进的方式。通过沿途带走冻胶碎片和冻胶内的部分水分使冻胶能收缩，油相流通通道增大，流动阻力减小;水相通过冻胶时则趋于渗入冻胶结构内部使其膨胀而使流通通道逐渐减小，流动阻力增大。并且冻胶封堵打裂缝后，水相通过裂缝的能力将大大降低，但裂缝仍然可作为油相的通道。（2）胶体分散体型堵剂的作用机理胶体分散体型堵剂主要有悬浮体型堵剂和乳状液、泡沫型堵剂。1）悬浮体型堵剂的作用机理可用粘土、氧化钙以及水膨体等配制悬浮体型堵剂。粘土便宜易得，特别适合于封堵大孔道

55、，在注水井调剖中得到广泛的应用。油层物理学者对渗透率与孔隙度的关系进行了研究，其中最基础的公式是：式中：k-渗透率，;-孔隙度;d-底层平均孔径，。从上式可以看出，孔隙度、底层平均孔径的下降将导致渗透率的大大降低。如果用悬浮体型堵剂多次填充底层有效孔隙，必然会降低高渗透层的渗透率。向注水井中注入悬浮体型堵剂，将会降低高渗透层的有效孔隙和平均孔径，从而降低其渗透率，达到调整注水井吸水剖面的目的。当悬浮体进入底层后，它总是选择阻力最小的路径流动。当孔隙通道的弯曲程度、形状、大小各不相同时，就迫使悬浮体不停地、急剧地改变流速和方向。在这个过程中，悬浮体中的颗粒一直有脱离悬浮体而沉降的趋势。同时由于孔

56、壁对颗粒的阻力以及颗粒间的相互碰撞，势必运动颗粒的能量不断损失，这就加速了颗粒从悬浮体中脱离出来，并沉积堵塞在孔喉中。微观模型直观观察和宏观岩芯流动试验中得出粘土悬浮体单液法堵剂的作用机理是：a.捕集机理它包括两个方面，即粒径大于孔径的颗粒对孔隙所产生的堵塞以及粒径虽小于孔径当大于孔径的三分之一时颗粒通过架桥所产生的封堵。b.沉积机理明显比孔径小的颗粒主要是在孔壁或孔喉处沉积，导致孔喉直径的逐渐缩小。悬浮体型堵剂也可采用双液法注入，其作用机理为:c.积累膜机理积累膜是指交替用两种工作液处理表面后所产生的多层膜，可用精密扭力天平证实积累膜的形式。如恒温下用HRAM(400m留L)和潍坊钠土(5%

57、)交替处理玻璃片，就可看到玻璃片质量的递增现象，表明形成了积累膜。如用多单元的粘土双液法处理地层，两种工作液在地层的大孔道表面交替接触，就可以形成粘土的积累膜，从而降低大孔道的渗透性。d.絮凝机理絮凝是粘土悬浮体一聚合物溶液调剖的重要机理。例如HPAM可在粘土颗粒间通过氢键产生桥接，形成粘土絮凝体。絮凝体一旦形成，就被滞留(固定)在大孔道的喉部，控制水的流动，产生调剖效果。此外，还提出了粘土悬浮体一冻胶双液法堵剂的作用机理。e.偶合机理由于冻胶如铬冻胶是由铬的多核经桥配离子交联的，所以在交联点上冻胶带正电，它可与带负电的粘土颗粒通过静电偶合起来，提高冻胶的强度和调剖效果。f.毛管阻力机理冻胶与

58、水之间存在界面，这个界面通过孔道使产生毛管阻力。其大小由LaPlace公式确定：式中：P-毛管阻力； -界面张力；、-凡通过大孔道的冻胶界面的主曲率半径。由于粘土颗粒架桥使地层大孔道的半径减小，所以、随着减小，毛管阻力增加，从而提高了堵剂的封堵能力。2）乳状液、泡沫型堵剂作用机理一般认为乳状液、泡沫型堵剂的作用机理是通过叠加的Jamin效应起堵塞作用。当液珠或气泡通过狭窄孔喉使，界面变形，前后端弯液面曲率不等，阻力增加，这种阻力可由Laplace公式计算：式中：-为毛管阻力(液珠或气泡前后的压力差)；-界面张力；、-液珠或气泡前后端弯液面曲率半径。并且这种阻力可以叠加，使高渗透层产生有效封堵。乳状液、泡沫型堵剂对油、水具有较好的选择性。O/W型堵剂如水包稠油，这种堵剂是用水包油型乳化剂在水中配成。因乳状液是