第八章 油井堵水

1、在油田进入高含水后期开发阶段，由于窜槽、注入水突进或其他原因，使一些油井过早见水或遭水淹，为了消除或减少水淹造成的危害，所采取的一系列封堵出水层的井下工艺措施统称为油井堵水。油井堵水的目的是控制产水层中水的流动和改变水驱油中水的流动方向，提高水驱油效率，使油田的产水量在某一时间内下降或稳定，以保持油田增产或稳产，堵水的最终目的在于提高油田采收率。油井堵水主要有机械堵水和化学堵水两种方法。根据油井出水原因不同，采取的封堵方法也不同。一般对外来水（如上层水、下层水及夹层水）或者水淹后不再准备生产的水淹层，搞清出水层位后，多采用打水泥塞或用封隔器将油、水层分开，然后向出水层位挤入非选择性堵剂，封堵出

2、水层。不能将油、水层封隔开时，多采用具有一定选择性的堵剂进行封堵，如对于边水和注入水普遍采用选择性堵剂堵水。为控制个别水淹层的含水，消除合采时的层间干扰，多采用封隔器暂时封堵高含水层。第一节  油井出水原因及防水措施  一、油井出水原因  1、注入水及边水  边水是指处于油层边部的水。由于油层性质不均匀以及开采方式不当，使注入水及边水沿高渗透层及高渗透区不均匀突进，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。  2、底水  当油层有底水时，由于井底压力下降，破

3、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处呈锥形升高，这种现象称为“底水锥进”。底部水层的水锥入井底，随着原油一起采出，造成油井含水上升。  3、上层水、下层水及夹层水  是指从油层上部或下部的含水层及夹于油层之间的含水层。由于固井质量不高，套管外水泥环密封不严，使油层与水层连通在一起；或是由于误射水层，使油井出水。由于这些都是油层以外的水，所以统称为外来水。二、油井防水措施1、制定合理的油田开发方案，特别是要根据油层的特点，合理地划分注采系统，采取分采分注；规定合理的油水井工作制度，以控制油水边界均匀推进。2、在工程上要提高固

4、井质量和射孔质量，避免采取会造成套管损坏的井下工艺技术措施，以保证油井的密封条件，防止油层和水层窜通。3、加强油水井的管理与分析，及时调整分层注采强度，保证均衡开采。第二节  油井出水层位的确定  一、综合对比资料判断出水层位针对见水井的静态资料（井身结构、开采层位、油水井连通状况等）进行精细研究，结合开采过程中的动态资料（产量、压力、含水变化、水质分析等）以及与本井连通的注水井压力变化进行综合分析，可初步确定来水方向及层位。  为了准确确定出水层位，应结合采出油样含水化验分析水的矿化度和所含离子组成，判断油井见水是注入水还是地层水。

5、  二、根据地层物理资料判断出水层位  1、流体电阻测定法  是根据提高矿化度的水有不同的导电性，利用电阻计测量油水流入油井的电阻率变化曲线，确定出水层位。  首先向井内注入一种和井内水具有不同含盐量的水，进行循环洗井，并把井内原有的液体循环干净，进行初次控制测量，可测得一条控制测量电阻率曲线。然后将液面抽汲到一定数值后再进行一次测量，如此交错进行，直到发现外来水为止。  2、井温测量法  是利用地层水具有较高温度的特点确定出水层位的方法。  首先用均质流

6、体冲洗井筒，使整个井筒内的液体温度分布均匀之后，测量井内温度变化曲线，然后降低液面，使地层水进入井内，一直达到测出温差为止。降低液面后所测井温曲线发生突变的部位，即为外来水进入井内的位置。  3、放射性同位素法  是以人为的方法提高出水层段放射性强度为基础判断出水层位。  对比分析注入同位素液体前后测得的放射性曲线，如后测得的曲线在某处放射性强度异常剧增，说明套管在该处吸收了放射性液体。根据此异常，结合射孔资料，可确定套管破裂位置及与套管破裂位置连通的渗透地层。  三、机械法找水判断出水层位  

7、是采用封隔器将各层分开，然后分层求产，求出出水层位。其特点是工艺简单，能准确确定出水层位，但施工时间长。对窜槽井或油水层之间的夹层很薄的井无法确定油水层。另外还可以采用找水仪找水，找水仪能在油井正常生产的情况下，测得各小层的产量，从而确定主要出水层位。第三节  机械卡堵水 机械卡堵水是使用封隔器及其配套的控制工具来封堵高含水层，阻止水流入井内。适用于多油层开采时，暂时封堵高含水层，而生产低含水层的油井，并且被封堵的油层在条件许可时解封后可继续采油。机械卡堵水一般有四种方式，封上采下、封下采上、封中间采两头、封两头采中间，对一口井究竟采用哪种方式，要视每口井层位多少和出水层的

8、位置及数量而定，然后配以合适的堵水管柱，即可达到堵水的目的。下面介绍几种油田常用的堵水管柱。一、常规机械堵水管柱1、整体式堵水管柱该堵水管柱与生产管柱合为一体，其下部为堵水管柱，上部为泵抽管柱。（1）管柱结构整体式堵水管柱主要由Y111114型封隔器和管柱支撑工具支撑卡瓦或Y221114型封隔器组成，如图8-1所示。Y111114型封隔器为尾管支撑压缩式封隔器，支撑方式可用卡瓦支撑，最简单的方法是管柱直接支撑井底。Y221114型封隔器为单向卡瓦支撑压缩式封隔器， （2）工艺特点该类管柱随生产管柱一同起下，施工简便，但堵水管柱的寿命取决于生产管柱的生产周期，并且在泵抽时，管柱上下蠕动，影响封隔

9、器的密封性。目前这类管柱用量在逐渐减少。（3）适用范围该管柱适用于56mm以下无自喷能力的深井堵水，最多只能封堵两个层段。（4）应用方法Y111114与Y221114型封隔器可以单独使用，也可以组合使用，并可根据不同工艺需要与各种井下工具配套组成多种工艺管柱。2、平衡式堵水管柱该管柱主要通过各封隔器之间力的平衡，保持堵水管柱在无锚定条件下处于稳定静止状态，实现油层堵水。平衡式丢手堵水管柱是目前用于有杆泵抽油井堵水的主要形式，已形成适用于140mm套管井，168mm套管井，178mm套管井和最小通径大于100mm的140mm套管损坏井四种系列。（1）管柱结构平衡式堵水管柱主要由丢手接头和Y341

10、型封隔器及偏心配产器等组成，如图8-2所示。为适应油田不同套管井的堵水，目前堵水封隔器已形成由Y34195型、Y341114型、Y341117型、Y341146型封隔器组成的系列。（2）工艺特点该管柱无卡瓦支撑，结构简单，起下安全，封隔器密封性能好，平均使用寿命两年以上。解封可靠，能封堵多个高含水层。（3）适用范围该管柱用于机采井堵水，也可应用于定向井堵水。对于83mm以上有杆泵井的堵水，选用有活门平衡丢手堵水管柱，对于70mm以下有杆泵井的堵水选用无活门平衡丢手堵水管柱。（4）应用方法需调整堵水层位，只要下入打捞管柱将堵水管柱捞住后，直接上提封隔器即可解封。当用于定向井堵水时，在堵水封隔器两

11、端加刚性扶正器，以保证封隔器居中，提高了封隔器在定向井中的密封率。堵水层光油管通过，生产层装有爆破阀，完成封隔器坐封后，提高油管压力打开爆破阀，实现油套连通。3、卡瓦悬挂式堵水管柱该堵水管柱与生产管柱脱开，堵水管柱由双向卡瓦封隔器悬挂，进行水力坐封，封堵高含水层。（1）管柱结构该类管柱由丢手接头、Y441114或Y445114型封隔器、Y341114型封隔器、偏心配产器和丝堵组成，如图8-3所示。（2）工艺特点该堵水管柱与生产管柱脱开，可任意多级使用，封堵多个高含水层。由于封隔器处于自由悬挂状态，坐封时，封隔器居中，密封率高，泵抽生产和检泵作业对堵水管柱无影响。缺点是管柱结构复杂，施工周期长，

12、易砂卡。（3）适用范围该管柱适用于大泵井和电泵井多层堵水。（4）应用方法由于该类堵水管柱为卡瓦悬挂式，施工时可不必冲砂至人工井底，管柱下至预定位置后，通过水力实现坐封、丢手；可封堵多个高含水层段，上提管柱实现解封。对于出砂严重，易造成封隔器胶筒以上部分钢体砂埋，致使封隔器解卡难的井，可选用Y445型可取可钻封隔器。该封隔器具有可取和可钻双重性能。封隔器自身带有卡瓦用于悬挂整体堵水管柱和Y341型封隔器配套使用可封堵任意层，并实现不压井起下作业。需要起出管柱时，下入专用打捞工具，上提管柱即可将封隔器解封，如果少数井出现封隔器不解封的现象，可以下入专用钻铣工具将封隔器的锁紧机构钻铣掉，使之解封。4

13、、可钻式封隔器堵水管柱（1）管柱结构该堵水管柱主要由Y433-114型封隔器、坐封器、延伸工作筒等井下工具组成，如图8-4所示。（2）工艺特点通过调整插入密封系统，能进行分层堵水，分层改造（酸化、压裂）。由于插入系统的外径小，起下简便，只要套管内径变小到允许起下插入系统，就可对油井进行堵水或改造措施，因此该管柱具有多功能的特点。不足之处是如果更改封隔器位置，只能钻铣，工作量大。（3）适用范围该类管柱适用于封堵层系、堵底水、套变井堵水及修复加固后的套损井堵水。（4）应用方法可钻式封隔器是一种永久式封隔器，可用管柱或电缆投送，并可多级使用。这种封隔器的工作压差、工作温度是任何可取式封隔器不可比拟的

14、（工作压差达100MPa，工作温度达150）。逐级下入可钻式封隔器到生产层段与堵水层段之间的夹层，坐封丢手。封隔器可以单级使用，也可多级使用，可以代替水泥塞用于封堵下部高含水层，中心管畅通，并下端带活门单级使用，坐于油层顶界上部，可关闭油层。用于电泵及有杆泵井不压井检泵作业，在与密封段插入管柱配套使用时，封隔器内孔有光滑密封面与插入管柱上的插入密封段的密封圈配合，封隔器内孔上部有扩大的母扣用以与插入管上的弹簧爪咬紧，防止两者相对产生纵向位移。利用插入管柱的这些特点，可以封堵一个或几个射孔井段，达到堵水目的，同时也可以起油管锚作用，用于提高有杆泵泵效。二、可调层机械堵水管柱油田进入高含水期开采阶

15、段后，部分油井产液量大，多层高含水，为适应产液结构调整的需要，油井堵水的工作量逐年增加，特别是随着含水的上升，层间矛盾更加突出，地下情况更加复杂，应用动静态资料分析判断高产液高含水层的准确性降低，影响了机械堵水一次成功率，增加了施工作业成本。针对这种情况，开展了泵抽井正常生产情况下可调层堵水管柱的研究工作，通过几年来的不断攻关，先后研究成功了液压可调层和机械可调层堵水管柱，把找水测试与堵水有机的结合起来，实现了找水堵水技术一体化，提高了堵水成功率，减少了调整作业的工作量。1、液压可调层堵水管柱1）一次性调二层堵水管柱（1）管柱结构一次性调二层堵水管柱采用无卡瓦支井底平衡丢手管柱，主要由丢手接头

16、、堵水封隔器、开启状态液压开关、关闭状态液压开关、管壁单流阀、泄压器等井下工具组成，如图8-5所示。（2）工作原理：根据地质方案将油层分成若干段，用封隔器管柱将各层段分开，在认为是出水层处安装关闭状态的液压开关，在认为可能是出水层处安装开启状态的液压开关，在认为不是高含水层处安装管柱单流阀。下泵完井生产，此时对应关闭状态开关的油层被封堵，其它油层处于生产状态，地面计量观察堵水效果。如果堵水效果好则说明堵层正确。如果堵水效果不好则要进行堵层调整，首先关闭生产阀门和清蜡阀门，然后经油套管环空打压，液压作用在液压开关的滑套上，使滑套下行，改变液压开关的工作状态，达到不用作业一次性调整两个堵水层的目的

17、。（3）工艺特点：在选层正确时，可以正常封堵；在选层失误时，可不必作业返工，在地面直接调整封堵层位。堵水管柱具有无卡瓦平衡丢手管柱的优点。井口设备不增加。（4）适用范围：一次性调二层堵水管柱适用于有两个层段条件相差甚微，其中只有一个层段是高含水层，而且地面无法判断高含水层的油井堵水。（5）应用方法：管柱必须支撑人工井底；最上一级封隔器必须卡在射孔井段以上。2）一次性调多层堵水管柱（1）管柱结构一次性调多层堵水管柱主要由丢手接头、封隔器、多功能堵水器、泄压器等组成，如图8-6所示。（2）工作原理：根据地质方案将油层分成若干段，用封隔器管柱将各层段分开。射孔井段以上卡一级上覆封隔器，对应各层段安装

18、多功能堵水器（堵水器的状态可以根据油井的情况确定是开启还是关闭），释放封隔器完毕后向油管内投入43mm钢球，完井后正常启抽生产。如果堵水效果好，则说明堵层正确，如果效果不好则要进行调层。调层时，首先关闭生产闸门和清蜡闸门，然后经油套环空打压，液压首先作用在第一级多功能堵水器的滑套上，使滑套下行，改变第一级堵水器的工作状态，钢球落到第二级堵水器上，液压使第二级堵水器滑套下行，改变第二级堵水器的状态后，钢球落到第三级堵水器上，以此类推，最后钢球落在2号泄压器上，完成了多功能堵水器工作状态的一次性调整。（3）工艺特点：  堵水器可以多级使用，最小卡距3.0m，可以实现一次调多层的

19、目的，但不能反复调层。堵水器与泄压器配套使用，可以实现不压井作业，达到洗井不压油层的目的。其不足之处在于：调层顺序受到限制，不具备重复调整的功能。（4）适用范围：适用于多层见水的油井堵水。（5）应用方法：管柱支撑人工井底；堵水器只能动作一次，不能反复动作；释放时要逐级加压，不可一次将压力提到最高。3）液压滑轨可调层堵水管柱（1）管柱结构：液压滑轨可调层堵水管柱主要由丢手接头、封隔器、液压滑轨开关、球座和筛管等工具组成，如图8-7所示。（2）工作原理：下井时一次下入三级液压滑轨开关，地面预先设置好三级开关的工作状态顺序分别为开开关、开关开、关开开，只有第三级开关处于关闭状态，其余两级开关均处于打

20、开状态。当第一次调层时，在压力作用下三级开关的工作状态顺序分别为开关开、关开开、开开关，只有第二级开关处于关闭状态；当第二次调层时，三级开关的工作状态顺序分别为关开开、开开关、开关开，只有第一级开关处于关闭状态。如果在打压调层一次，三级开关的工作状态顺序均将回到下井时初始状态，以后在打压调层将进行第二次循环，依次完成三个堵层的反复调整。（3）工艺特点：最多可使用三级，最小卡距3.0m。可实现反复调层，提高了堵水成功率。（4）适用范围：适用于各种泵抽管柱，调层方便，适应性强。每次只能封堵一个层，生产两个层，不能满足多层高含水油井堵水的需要。（5）应用方法：管柱支撑人工井底；释放时要逐级加压，不可

21、一次将压力提到最高。2、机械可调式堵水管柱1）悬挂式细分堵水管柱（1）管柱组成：该堵水管柱主要有带有滑套开关的悬挂式机械堵水管柱及新型移位开关仪两部分组成，如图8-8所示。两者配合可在不动管柱的条件下，实现70mm以下泵抽管柱堵层与生产层的任意反复调整。（2）工作原理：根据地质方案将油层分成几个层段，并用Y445-114与Y341-114两种封隔器将各个层段卡开，在相应层段管柱上接有滑套开关。机械堵水管柱下至预定深度释放、丢手后，下入70mm以下泵抽管柱；利用钢丝携带新型移位开关仪经油套环空下至井内，将堵水滑套逐级打开，再由油套环空下入小直径压力计至每级滑套开关处完成分层测压及封隔器的验封工作

22、。根据堵水井的动、静态资料，结合堵后分层测压资料，确定相应的高含水和低含水层段。然后，将高含水层段的滑套开关关闭，油井正常生产，地面计量产液及含水。根据堵后的具体生产情况，对堵层与生产层任意调整，直至达到理想的生产效果。（3）工艺特点：滑套开关可多级使用，在不动管柱的条件下，可反复调层，成本低，实用性强。两级滑套开关之间的最小卡距可达3.0m。该技术可与分层测试工艺配套，对分析油水井连通情况，调整区块开发方案具有指导意义，并能够验证封隔器的密封性，使调层工作更有针对性，从而提高细分机械堵水工艺成功率。堵水管柱处于悬挂状态，密封率高。（4）适用范围：Y445型封隔器具有可取可钻“双重”解封及防砂

23、卡功能，扩大与提高了技术应用的范围及可靠性。适用于70mm以下泵抽井的多层细分机械堵水。2）滑套式找水堵水管柱（1）管柱组成：滑套式找水堵水管柱主要由带有滑套开关的平衡丢手管柱和电动开关测试仪两部分组成，如图8-9所示。堵水管柱由KHT90滑套开关、Y3411142型封隔器、KZJ114型丢手接头及KQS90型连通器等井下工具组成。电动开关测试仪主要由电动开关器、磁性定位器和压力计组成。利用电动开关测试仪与堵水管柱相配合，能完成找水、堵水及不动管柱条件下的堵层调整。（2）工作原理：滑套式找水堵水管柱的工作原理：根据地质方案将油层分成几个层段，并用封隔器管柱将各个层段卡开，在相应层段管柱上带有滑

24、套开关，下井时各级滑套开关均处于关闭状态，与管柱下部的连通器配套使用，可实现不压井作业。堵水管柱尾部支撑在人工井底，坐封封隔器，管柱丢手实现分隔油层的目的，所用Y3411142型封隔器自身带有平衡机构，与具有泄压功能的KQS90型连接器配套使用，可实现丢手堵水管柱的整体平衡。滑套开关是找水堵水管柱的关键工具，通过滑套开关弹簧爪定位体和电动开关器弹簧爪相配合，完成滑套的打开和关闭动作，进而实现相应层段的生产和封堵。电动开关测试仪的工作原理：电动开关测试仪主要包括电动开关器，磁性定位器和压力计。电动开关器是电动开关测试仪的主要部分，其工作原理是，将电机的旋转运动转变为顶杆的轴向往复运动，进而完成电

25、动开关器弹簧爪的释放和收拢动作。处于释放状态的电动开关器和滑套开关弹簧爪定位体相配合，实现滑套的打开和关闭动作，磁性定位器和压力计分别用于监测仪器下井深度和流压的变化。堵层调整工作原理：根据堵水井的动、静态资料，对全井的几个层段进行对比分析，确定出相对的的高含水层段和低含水层段。然后，经机采井油套环空下电动开关测试仪，打开相对低含水层段的滑套开关，油井正常生产，地面计量相应层段的产液量及含水率。根据堵后的具体生产情况，可对堵层进行调整。其具体方法是通过偏心井口，经环空下入电动开关测试仪。利用磁性定位器检测仪器的下入深度，以准确判断出待打开层段的滑套开关所在的位置。将电动开关测试仪置于该级滑套开

26、关以下3m处，地面接通电动开关器电源，弹簧爪完全释放后上提电缆，加仪器顺利通过滑套开关，则证明滑套已打开，油套连通。地面计量该层段的产液量及含水率，根据计量结果，如果需要对堵层进行调整，只要经过环空将仪器下至待关闭滑套开关以上3m处，地面接通电源，电动开关器弹簧爪完全释放后下放电缆，在仪器自重和加重杆的作用下将滑套关闭。仪器顺利通过滑套开关，则证明滑套已被关闭，完成了相应层段的封堵。再将仪器置于待生产层段的滑套开关以下3m，并完成对该级滑套开关的打开动作。地面计量该层段的产液量及含水率。重复上述操作，可逐层找水或堵水。同样，当油井含水变高时，可以不动管柱进行找水和调整堵水层段。（3）工艺特点：

27、用电动开关器实现滑套的打开和关闭。在不动管柱的情况下，可对任一层或几个层进行反复调整。可在地面计量产液和含水量。可实现不压井作业。（4）适用范围：该管柱适用于不出砂油井堵水。可以反复调多个堵水层，适用性比较强。第四节 化学堵水化学堵水是向高渗透出水层段注入化学药剂，药剂在地层孔隙中凝固或膨胀后降低近井地带的水相渗透率，减少油井高含水层的出水量，达到堵水的目的。根据堵剂在油层形成封堵的方式不同，分为非选择性化学堵水和选择性化学堵水。非选择性化学堵水是将堵剂注入到预堵的出水层，形成一种不透水的人工隔板，使油、水、气都不能通过的堵水方法；选择性化学堵水是将具有选择性的堵水剂笼统注入井中，或注入卡出的

28、高含水层段中，选择性堵剂有些本身对水层有自然选择，并能与水层中的水发生作用，产生一种固态或胶态阻碍物，以阻止水流入井内。这些堵剂因有对水层的选择性，很少进入油层。即使进入油层并不与油发生作用，在生产与排液过程中随油、气一起排出。化学堵水根据化学药剂在地层内发生化学反应方式的不同，分为双液法化学堵水和单液法化学堵水。一、双液法化学堵水双液法化学堵水是从地面分别向地层中注入两种化学药剂，两种化学药剂在地层中接触，发生化学反应，堵塞地层孔隙通道，降低渗透率，实现堵水。1、水玻璃加氯化钙化学堵水1）化学反应式Na2O.nSiO2+CaCl2+mH2O=2NaCl+Ca(OH)2+nSiO2+(m-1)

29、H2O2) 堵水原理将水玻璃和氯化钙溶液用隔离液隔离开，通过化学堵水管柱交替注入高产水层(或层段)内，两种溶液在化学堵水层内接触反应，产生沉淀物，堵塞孔隙，从而起到封堵作用。3) 堵剂性能水玻璃和氯化钙溶液接触立即反应，生成白色的Ca(OH)2沉淀和SiO2凝胶吸附物。采用直径为3.8cm、长度为20cm、水相渗透率为11.4m2的人造管式岩心，进行岩心模拟实验，封堵半径为13.4cm时，突破堵剂的压力为0.7MPa左右。实践证明：现场施工封堵半径为2.5m左右时，可以满足生产的需要。4）堵水工艺（1）化学堵水管柱化学堵水管柱由封隔器和喷砂器组成，如图8-10所示。（2）堵剂注入顺序水玻璃水垫

30、氯化钙水垫水玻璃水垫氯化钙顶替清水。每段水玻璃或氯化钙溶液的用量不超过3m3，水垫0.2m3，顶替清水进入地层不超过1m。2、GO1高强度化学堵水技术1）堵水原理将水玻璃和氯化钙溶液用隔离液隔离开，通过化学堵水管柱交替注入高产水层(或层段)内，两种溶液在化学堵水层内接触反应，产生沉淀物，堵塞孔隙，从而起到封堵作用。2）堵剂配比的筛选堵剂由水玻璃（甲液）和氯化钙（乙液）两种液体组成。甲液与乙液完全反应时，溶液中不应留有多余的某一组分。用滴定法测定溶液中甲或乙组分的含量，可以确定两组分合理的体积比。从堵水的效果出发，反应产生的沉淀越多，出水量越少越好。在反应后的相同时间内，测定单组分的含量及出水量

31、，从而选出甲乙两液合理的体积比，实验结果见表8-1。表8-1  堵剂体积比实验序号        甲液：乙液（体积比）        甲液 ml        乙液 ml        出液体积 ml        含乙液量 g/l1        1:1        50   

32、;     50        50        237.32        3:2        50        33.4        31.75        189.43        3:1       

33、 50        16.7        19        57.54        4:1        50        12.5        12.5        0.985        5:1   

34、     50        10        10        0.426        6:1        50        8.3        5.1        07        7:1 

35、       50        7.2        5.0        08        8:1        50        6.3        4.75        09        10

36、:1        50        5        7.4        0由表8-1可见，甲液与乙液较合适的体积比为6181，此时乙液全部参加反应，而且出液量较少。3）堵剂配比与隔垫的选择在封堵半径为13.4cm的条件下，进行了甲液与乙液不同体积比及不同隔垫与堵水强度的关系试验，实验结果见表8-2。表8-2  堵水强度与堵剂体积比和隔垫的关系序号        甲液：乙

37、液（体积比）        突破压力  MPa        突破流量 ml/s        隔  垫1        1:1        0.66        1.2/20        水2        4:1  &#

38、160;     1.1        1.1/20        水3        6:1        1.2        0.5/60        水4        8:1        1.3       

39、; 0.9/20        水5        4:1        1.8        0.9/20        煤油6        6:1        2.0        1.6/20        煤油7  &

40、#160;     4:1        2.2        0.2/20        煤油实验表明：用水做隔垫时，甲液与乙液的较好体积比为4181，其突破压力约为11的2倍；用油垫比用水垫承压高，当体积比为41时，用煤油垫的承压强度是用水垫的1.6倍，用原油垫是用水垫的2倍，故现场施工选用油垫。为了便于施工并保证所需的堵剂量，乙液需有一点余量，现场试验选用的比例为4161。4）堵水工艺（1）施工管柱如图8-11所示。（2）与水玻璃加氯化钙普通化学堵水

41、的区别堵剂配比不同：水玻璃加氯化钙普通化学堵水用11比例，氯化钙溶液过剩。而高强度化堵采用甲乙两液的体积比为4161，堵剂反应较安全，突破压力约是11配比堵剂承压的2倍。隔垫不同：岩心实验表明，采用油做隔垫，甲乙两液采用4161比例时，突破压力约是用水垫、11比例时突破压力的3倍。注入堵剂的顺序有所改变：普通化学堵水为乙液结束，高强度化学堵水确定以甲液开始和结束。因为甲液粘度大，流动速度慢，这样甲乙两液在地层中接触机会多些，反应完全些；以甲液结束，卸压后，乙液反吐，遇甲液反应产生固化物，使堵剂不易反吐到井筒中。尽力减少堵剂循环次数，设计先多后少的堵剂分层注入量，增加堵剂强度。普通化堵每段堵剂不

42、超过3m3，这样循环次数多，水多影响堵水强度。化学堵水管柱采用了防污染管柱，能有效地封堵化学堵水层，同时防止对非化学堵水层的污染。替挤量有变化，普通化堵替挤液进入地层内1m；高强度化堵替挤液不进入地层，增强井筒附近的封堵强度。普通化学堵水替完堵剂后，马上活动并上提油管，高强度化堵后候凝时不活动油管，带压关井，让堵剂充分反应，以免没反应就反吐。以上改进的综合效果，使堵剂强度大幅度提高。二、单液法化学堵水技术单液法化学堵水技术从地面向地层中注入一种化学药剂，化学药剂进入地层后，依靠自身发生化学反应，堵塞地层孔隙通道，降低渗透率，实现堵水。近年来开展了氰凝、高聚物、水玻璃等单液法化学堵水工作。这些技

43、术堵剂用量少、成本低、工艺简便，需要时可以解堵。1、氰凝化学堵水技术1）原理氰凝主体成分含有异氰酸根（NCO）基团，（NCO）具有累积的双键，非常活泼，加入催化剂的氰凝堵剂被注入地层后，在地层温度、压力条件下遇水立即发生化学反应，发生分子键的扩链、脱气、支化与交联，最终生成不溶于水的凝结物交联度大的网状结构缩二脲，堵塞出水通道。氰凝分子链上含有许多强极性基团，促使凝结物与岩层、水泥及钢管等材料产生很强的粘结力，反应过程中产生的CO2气体，一方面推动浆液向地层深处扩散，另一方面膨胀，使其凝结物与被堵物体形成强的结合，增强了封堵效果。反应过程中不需要大量的水，封堵较大的孔道时，堵剂表面接触水立即反

44、应，心部不接触水，在地层温度、压力下，一定时间后仍能发生自聚反应，生成三聚体，具有较高的强度和稳定性。氰凝和水反应生成缩二脲，放出CO2：氰凝自聚反应生成三聚体：2）堵剂性能堵剂性能见表8-3、表8-4。表8-3  TP1（A）型氰凝性能粘  度Pas        NCO含量%        密  度g/cm3        凝胶时间min        固结体积比倍

45、0; 数        固结体强度,MPa                                        粘  结        抗  压0.4-2.5        16     

46、  1.03-1.13        几秒至几分钟        26        2.5        10.0表8-4  模拟封堵实验数据表试件号        1        2        3        4   

47、     5        6渗透率,m2        0.2        2.2        5.4        5.5        7        8.0孔隙度,%        14        16

48、        20        21        20        22挤注压力,MPa        7.0        7.0        7.0        7.0        7.0   

49、60;   7.0侵入深度,mm        6070        100120        130150        130150        160180        160180反向承压,MPa        8.0        8.0 

50、      8.0        8.0        8.0        8.0注：试件6进行了射孔试验，YD89弹将试件射穿。实验表明：该堵剂用量少，承受压差大，必要时可以射孔解堵。3）堵水工艺（1）第一种工艺施工管柱该管柱由K344-114上封隔器、定压阀、胶塞及单流阀、K344-114下封隔器组成，见图8-12。工艺方法a.取消前置液、顶替液、隔离液，加大催化剂比例，堵剂中加入乳化剂、增强转向剂，延长带压候凝时间等综合措施，提高封堵效果

51、。b.针对封堵层以下为未射孔层的井，堵后上提管柱出现抽空现象，设计了连通器，连通油套压力。c.应用定位平衡压裂封隔器覆盖下窜的邻层炮眼。d.该技术与高聚物单液法堵水技术有机结合，为封堵主力油层及大孔道、裂缝型油层提供了切实可行的封堵工艺。防卡措施a、卡距间管柱外径相同，表面光滑，以防堵剂堆积形成卡环。b、设计两个相对独立的压力系统,保证封隔器坐封、解封可靠。c、暂时卡堵可能往外返堵剂的炮眼，以防堵剂返出。d、井口装单流阀，以防地面软管线爆破或注堵剂中途停泵，堵剂返出。解卡措施a、在卡距上部封隔器上加一反扣接头，必要时可将反扣接头上部油管倒出，套铣解卡。b、采用双管封堵管柱，增加了震击器，一旦遇

52、卡，可以震击解卡。（2）第二种工艺施工管柱及方法管柱下井时，选择合适长度的油管短节安装在两级封隔之间，见图8-13(a)。注完氰凝后，油套管环形空间内及油层浅部充满了氰凝，然后上提管柱使上级封隔器与油管短节脱开见图8-13(b)。管柱起完后，下入铣鞋和打捞筒进行套铣，见图8-13(c)。铣至下封隔器后，打捞筒已捞住油管短节，再将下级封隔器起出来。防卡措施a.封隔器的最大外径设计成102mm，使封隔器与油管外径构成的台阶尺寸减小，减轻起管柱的负荷。b.上级封隔器设计有出液孔，并且只有在胶筒达到设计压缩距后才能打开，避免氰凝被挤到封隔的井段处卡死管柱。c.封隔器在5MPa的压力之下能达到完全密封状

53、态，而打开出液孔的压力为1214MPa，注入氰凝时，封隔器的密封性能可靠。d.封隔器有防遇阻坐封功能。全井管柱以最快的速度下放，突然遇阻时，封隔器也不会坐封，因此不会造成因封隔器中途坐封致使氰凝漏到井筒中。e.设计了可靠的封隔器解封机构。两级封隔器都是靠上提管柱时胶筒与套管内壁产生的摩擦力解封的。采用这种机构必须考虑挤堵剂过程中封隔器提前解封的问题。上级封隔器设计解封负荷15kN，下级封隔器设计解封负荷34kN。挤堵剂时，上级封隔器的解封销钉不受力，不存在提前解封的问题。下级封隔器的坐封活塞能平衡掉73%的力，套压至少要达到28MPa，解封销钉能剪断，但挤氰凝的压力一般不超过20MPa，所以也

54、不会提前解封。f.封堵管柱装有定位连通器，因窜槽等原因造成氰凝窜到上级封隔器以上时，可采用洗井的方法将氰凝冲出井筒。g.用适量的聚丙烯酰胺把油套环形空间内的氰凝替挤到地层中，减少残留的氰凝。由于采取上述措施，使管柱防卡的问题得以解决。2、高聚物单液法化学堵水技术1）堵剂配方及原理高聚物单液法堵剂配方见表8-5。表8-5  堵剂配方主  剂%        固化剂%        添加剂1%        添加剂2%  

55、0;     添加剂3%        溶  剂%820        0.010.15        0.010.15        68        35        7580堵剂外观为平均粒径50m的固体粉末，其特点是在水中呈悬浮状态，具有一定的造壁防渗效应，有利于浅堵。其中AP4为无机盐在丙烯酰胺上接枝形成

56、的高分子衍生物；固化剂引发AP4发生聚合反应，形成高弹性橡胶状的封堵材料；添加剂起转向和增加强度的作用。对于有裂缝的高吸水层段，还可以加入SAP体膨型颗粒转向剂，其作用是封堵较大的孔道。这样，既能保证理想的封堵剖面，又能减少堵剂用量，降低成本。2）堵剂性能（1）密度：1.14g/cm3。（2）范氏粘度：3mPas。（3）凝固时间：20时10h以上；30时5h左右；45时1.5h左右。（4）封堵强度：采用4cm×30cm，水测渗透率为0.12571m2的人造岩心和0.85cm×20cm有模拟射孔炮眼模具进行了大量的模拟实验，结果见表8-6、表8-7。表8-6 

57、60;人造岩心实验岩心块数        挤入压力MPa        挤入时间min        突破压力MPa50        0.110        510        8以上表8-7  封堵炮眼承压实验第一次憋压        第二次憋压候凝时间h    

58、0;   平均突破压力MPa        候凝时间h        平均突破压力MPa824        69.5        24        8.6实验结果表明：用此堵剂封堵岩心和射孔炮眼，突破压力皆高于8MPa，一旦候凝时间不足，堵剂层被突破，继续候凝突破压力仍可超过8MPa，可以满足油井堵水的需要。（5）注堵剂深度见表8-8。表8-8  堵剂进入天然岩

59、心深度实验渗透率m2        堵剂浓度%        挤入压力MPa        挤入深度mm0.1250.2260.7010.1250.2510.276        202020253020        7777913        11.914.216.59.214.815.2实验结果表明：该堵剂浓度越大，注入深度越小，渗透率越大，注入深度

60、也越大；注入压力对堵剂注入深度影响不大。该堵剂进入岩心的深度小于16.5mm，这就意味着对于孔隙结构没有受到破坏的地层，靠其自身的转向就能起到调整封堵剖面的作用，有利于浅堵。（6）堵剂转向实验。考虑到储层受长期开采及各种增产措施的影响，近井地带原始孔隙结构已遭到破坏，使地层情况变得错综复杂，其孔隙状况在很大程度上有着不可预见性。为此，采用几组渗透率差别很大的人造岩心，利用地面高压、大排量流程，模拟井下4个不同渗透率的层段，同时注堵剂，观察堵剂量的分配情况见表8-9。表8-9  堵剂转向实验渗透率m2        压力,MPa

61、0;       5        10        15        注入时间,min        3        10        14        相对流量，%66.39431.33518.4074.623        62.81

62、6.6128.5        40161232        33.523.316.626.6实验结果表明：对于没有大孔洞的地层，即使渗透率高达66m2，采用转向剂后，转向效果也是十分明显的，开始注入时，绝大部分堵剂首先进入高渗透率岩心，随着堵剂和转向剂的进入，高渗透率岩心孔隙被堵塞、注入压力提高，后来进入高渗透率岩心的堵剂大幅度减少，而进入中、低渗透岩心的堵剂大幅度增加，从而避免了堵剂的突进，调整了封堵剖面，有利于将堵层全部封住。3）堵剂的配制先将定量的溶剂放入池子中，然后用水泥车边循环和搅拌，边加入主剂和添加

63、剂，充分搅拌均匀。注入地层前，再加入固化剂，混合均匀后，方可使用。4）改进（1）原来转向剂用SAP颗粒，后来改为橡胶等颗粒。（2）采用射流泵配制堵剂。3、水玻璃单液法化学堵水技术1）堵水机理在地面把水玻璃和固化剂溶液混合充分后泵入封堵层，在地层条件下发生化学反应，生成不溶于水的胶结物，从而达到封堵油层的目的。该胶结物具有耐水性，但可完全被氢氧化钠溶解（需要时，可解堵）。2）堵剂配方水玻璃与固化剂溶液体积比为21，TDC占固化剂溶液的1%。水玻璃性能要求：模数2.83.2，波美度不小于43；温度低于50。固化性能要求，纯度高于95%，溶液浓度24%27%。3）堵剂主要性能堵剂的凝固时间、强度和堵

64、塞是影响化堵工艺效果的关键因素。凝固时间测定方法：将水玻璃与固化剂溶液按一定比例混合后放入试管中，然后置于恒温水浴内，视不流动状态为初凝，计时测出凝固时间。强度检测方法：将水玻璃和固化剂溶液按一定比例混合放入模盒中，在密封条件下，置入烘箱内，在一定温度下固化24h后，加工成标准试样，即直径长度=11.53，用微型压力计测机械抗压强度。阳离子表面活性剂用于堵剂中，可以增强其与地层砂的胶结强度。通过反复的室内实验，认为聚合物阳离子表面活性剂TDC15与堵剂配伍性好，可以提高堵剂固砂强度，实验结果如表8-10。表8-10  堵剂强度及凝固时间水玻璃浓度%   

65、     固化剂溶液，%        固砂体强度，MPa        35凝固时间min        TDC15        固化剂        石英        油层砂        40        -     

66、   25        1.82        1.35        7540        1        25        2.43        1.81        60三、双液携带单液化学堵水技术1、堵剂配方堵剂配方见表8-11。表8-11 

67、; 堵 剂 配 方甲组分        乙组分主  剂%        稳定剂%        改良剂%        固化剂%        稳定剂%        增稠剂%        填  料%40.050       

68、20.825        29.235        2631        2631        1217.2        26312、堵剂封堵机理该堵剂的组成体系决定了它兼有聚氨脂胶和环氧树脂胶的优点。由于堵剂中含有极性活泼的氨酯基、异氰酸酯基、脂肪族羟基、醚基和环氧基，使堵剂对金属和非金属（如陶瓷、玻璃、橡胶、木材、水泥、岩石、塑料等）都具有极高的粘附性。在甲、乙组分混合过程中，体系由

69、一维线性分子很快变为二维网状结构分子（如缩二脲、树脂衍生物、氨基甲酸衍生物）和三维立体结构分子（如氨基甲酸衍生物），即迅速固化为聚合物。同时在堵剂的凝聚过程中，它们所具有极性基团和活泼基团牢牢地与基质结合在一起。在反应过程中产生的CO2气体将会推动体系浆液向外扩散、膨胀，增强了封堵效果。3、堵剂性能堵剂性能见表8-12。适应温度：-1050，胶凝时间：数秒至1min，承压：1015MPa。4、堵水工艺该化堵管柱由76mm油管、两级保护封隔器、封堵装置（内有两个装堵剂装置、混液室等）等工具组成。如图8-14所示甲、乙两种堵剂分别装入封堵装置上、下堵剂管内。由油管携带的封堵装置下入井内预定深度后，

70、地面水泥车加水压，在一定的压力下，用隔离液隔开的甲、乙堵剂双向同时喷射，在混液装置内快速均匀混合后的堵剂被挤入炮眼，进入地层并很快凝固，封堵住炮眼及附近地层，从而达到封堵高含水层及封堵窜槽的目的。表8-12  堵 剂 性 能        性 能组 分        外  观        密度g/cm3        PH       

71、 粘度mPas甲        淡黄色粘性液体，流动性好        1.101.25        6.06.5        1825乙        黑灰色粘性液体，流动性好        1.051.08        7.58.0        2024第五节  封窜封窜要求堵后井下不留有任何管柱和工具，套管内壁不遗留残渣。管外窜槽的主要类型：（1）第一界面窜（套管与水泥环）；（2）第二界面