调剖知识讲座课件

1、调剖堵水技术 1 调剖堵水技术基本原理1.1概述 海上油气田的开发建设和生产都需要大量的资金投入，尽快收回投资并取得好的开发经济效益，决定了海上油田必须维持油井较高的产量，因此强化油井产能的一些措施，如大排量电潜泵、注水等工艺技术在海上油田中应用比较广泛，使油井见水和产出液含水率上升快的风险增大；同时，由于油层的非均质性，会出现水在油层中的“突进”和“窜流”现象，油井出水问题越来越突出，严重影响了油田的开发效果。因此，为了提高注水效果和油田的最终采收率，需要及时采取调剖堵水技术措施。 在我国已开发的海上油田中，原油采收率一般不到30%，要提高原油采收率，还需要采取其它的强化采油措施（通常称三次

2、采油）来实现。然而，海上油田具有的特殊性，使得许多陆地油田行之有效的三次采油技术在海上应用受到很大限制。目前，提高海上油田原油采收率主要是通过调层补孔、开窗侧钻等措施来实现，而调剖堵水是今后海上油田提高采收率的主要发展方向。 调剖堵水的必要性1.1.1调剖堵水概念一、吸水剖面与调剖 如图1.1所示，对于注水井，由于地层的非均质性和地层吸水能力的不均匀性，地层的每一层的吸水量都是不平衡的，每一层的每一部分的吸水量都是不同的。图1.1注水井的吸水剖面 为了调整注水井的吸水剖面，提高注入水的波及系数，改善水驱效果，向地层中的高渗透层注入化学药剂，药剂凝固或膨胀后，降低油层的渗透率，迫使注入水增加对低

3、含水部位的驱油作用的工艺措施，称之为调剖。二、化学堵水方法油井化学堵水是将化学堵剂通过油管注入到高渗透出水层位，利用化学堵剂封堵出水层，以减少油井出水，增加原油产量。根据堵剂在油层形成封堵的方式不同，化学堵水可分为选择性堵水和非选择性堵水。1.非选择性化学调剖堵水非选择性化学调剖堵水是将化学堵剂注入预堵的出水层，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。非选择性堵水适用于封堵单一水层或含水层，因为所用的堵剂对水和油都没有选择性，既可堵水也可堵油。非选择性化学堵水方法的选择取决于所用的化学堵水剂。施工程序是：先找准出水层段，选用合适的工艺措施，将油层和水层分隔开，然后将化学堵剂

4、挤入水层，造成堵塞。2.选择性化学调剖堵水 选择性化学调剖堵水是将具有选择性的化学堵剂笼统注入井中，或注入卡出的高含水大层段中，选择性化学堵剂本身对水层有自然选择性，并能与出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。这些化学堵剂因有对水层的选择性，就很少进入油层，即使进入油层，也不与油发生作用，在生产与排液过程中随油、气一起排出，从而起到堵水不堵油（理想状态）或多堵水，少堵油，降低油水比的作用。选择性堵水方法使用的堵剂为选择性化学堵水剂，它是通过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。 注水井调剖就是通过向注水井注入化学调剖剂，让调剖剂在井下封堵注水井的

5、高渗透层，改变水流方向，迫使注入水进入原来的中低渗透层，从而扩大注入水的波及体积，提高注入水的利用率。注入水进入中、低渗透层后使原来未驱动到的原油被驱替了出来，提高了油井的产油量和阶段采出程度。注水井调剖有两种途径可以采用，一种是机械调剖方法，另一种是化学调剖方法。目前，海上油田基本上采用的是分层注水的机械调剖方法。然而，机械调剖方法存在一定的局限性，在同一储层非均质性很严重的情况下，用机械调剖方法很难取得好的效果。机械调剖方法也无法进行地层深部调剖，不能进一步提高水驱扫油面积。随着海上油田含水率的上升和进一步提高采收率的要求，化学调剖是实现区块调剖的重要手段。 从施工工艺来分，化学堵水可分为

6、单液法与双液法。单液法是向油层注入一种工作液，这种工作液所带的物质或随后变成的物质可封堵高渗透层。双液法是向地层注入相遇后可产生封堵物质的两种工作液(或工作流体)。注入时，这两种工作液用隔离波隔开，但随着工作液向外推移，隔离液越来越薄。当外推至一定程度，即隔离液薄至一定程度，它将不起隔离作用，两种工作液相遇，产生封堵地层的物质。由于高渗透层吸入更多的工作液，所以封堵主要发生在高渗透层，达到调剖的目的。一、单井调剖1.调剖剂的选择 调剖剂按使用条件分常规堵剂、高温堵剂、高矿化度堵剂、高渗透层堵剂、低渗透层堵剂、砂岩地层堵剂、灰岩地层堵剂。对于灰岩地层，由于油井产量一般较高，对堵剂的要求是能够可堵

7、可解。2.用量计算 最简单的计算方法为先估计每米地层的堵剂用量，然后按处理半径和地层厚度确定堵剂用量，该方法为典型的“拍脑袋”决策。对于聚合物堵剂，有人利用残余阻力系数的概念来计算用量。残余阻力系数为: 式中, 聚合物处理前地层的渗透率； 注入堵剂后地层的渗透率。 可以用“爬坡压力”进行动态决定堵剂用量。在众多的注水井的调剖过程中发现注入压力与累计注入量的关系类似于图1.6。在注入量较少时，压力随注入量的增加缓慢上升或者维持不变，但是大于某一个数值后会突然增加，此时的压力为爬坡压力，此时应停止注入堵剂。另外，按照决策也可以计算堵剂用量。利用油藏数值模拟方法计算堵剂用量周期较长，且成本较高。实际

8、应用时往往采用决策与爬坡压力相结合的方法。图1.3 注入压力与注入量关系曲线3.施工工艺的确定 对于堵水通常采用选择性堵水法，调剖通常是笼统调剖。 其中， 为注水井关井后在井口 时刻的压力。在使用时， 值需要根据地层厚度 (通常为射开厚度)和注入量 修正： (Q/h)修正值可以为0.25、0.50、0.75、1.00或者2.50、5.00、7.50、10.0等数值。如一个区块中注水井的(Q/h)平均值为8.0，根据数值接近原则，则(Q/h)修正值为7.5。后面所提到的 值皆为修正后的 值。1.必要性判断 如果一个区块注水井的 值平均值较低，如低于5，则可以认为需要进行区块整体调剖。如果一个区块

9、注水井的 极差较大，如大于10，则可以认为需要进行区块整体调剖。 极差 最大值 最小值2.选井定义相对 值：可以根据相对 值进行选择。如果一口井的 1，则该井需要调剖。6、调剖层位的筛选方法 对笼统注水井吸水剖面中显示最大和较大的吸水层进行调剖，对分注井在消除注水嘴损的条件下，对每米吸水指数最大和较大的层进行调剖。7.区块整体调剖堵水的其他综合措施 为了更好的发挥调剖的效果，有时需要实施其它措施，如重新射孔、提液、打调整井等。只要调剖工作做得充分，提液是可以进行的。在国内，除了 决策技术外，还有RE(油藏工程)决策技术、RS(油藏模拟)决策技术，这些决策技术所依据的原理不完全相同，但决策内容相

10、似1.1.4调剖堵水的潜力、限度与发展趋势 从多年来的调剖效果可以看出，调剖具有相当的潜力，但是调剖又具有一定的限度： 第一，堵水轮次和堵剂用量不能无限度的增加。实践证明，随着调剖次数的增加，调剖效果会越来越差。同时，堵剂用量增加，堵水成本也在提高。 第二，调剖只能调整波及系数，不能提高洗油效率。 调剖的发展趋势也体现如何克服上述两个限度而做出的努力： 第一，通过开发一些工业废料作为堵剂如制浆造纸工业的黑液、苛化法制碱工业的苛化泥、油田生产中含油污泥等来降低堵剂的成本。 第二，通过堵驱结合来克服其机理上的限度，即二次采油和三次采油相结合的技术。堵水与驱油交替进行是其中的一种做法。有人提出用既能

11、驱油又能调剖的双功能化学剂，进行堵驱结合，但该双功能化学到底能不能存在，在理论上还没有定论。1.专家系统推理法 利用专家系统和常用调剖剂性能的数据库确定调剖剂类型。调剖剂的选择主要考虑调剖剂与地层和地层水的配伍性(地层水矿化度、地层温度)、注水井的吸水能力和调剖类型(深调还是浅调)等。选剂流程见图1.5。图1.5中WI为强吸水层位每米油层吸水指数；KI为每米油层视吸水指数；PI为井口压降曲线平均值。2.孔喉尺寸决策法 以地层孔喉尺寸的大小为主要决策因素，参照堵剂化学性质与地层水的配伍性，堵剂的热稳定性与地层温度及堵剂的稳定性与地层流体的pH值等关系。主要选择堵剂颗粒直径为1/91/3地层孔喉直

12、径的化学堵剂。1.1.5化学堵剂筛选方法图1.5 选剂流程图开始侯选井注水动态矿化度PI值WI值KI值地层温度调剖类型适合该井调剖剂现场实际调剖剂种类1.简化的预测模型计算法 。 (1) 区块增油量计算 (1.21) 式中， 为区块增油量，t； 为调剖井数，口： 为校正系数，取决于井组单元选择，若取五点井网, 若为九点井网， ； 为平均单井增油，t。1.1.6化学调剖的效果计算方法(2) 区块降水量计算 (1.22) 式中， 为区块降水量，m3； 为调剖井数，口； 为平均单井降水量，1.2.1沉淀型无机盐类堵水、调剖化学剂 常用于油田的有双液法水玻璃氯化钙堵水剂，即用清水或油作隔离液将水玻璃、

13、隔离液和氯化钙依次注入地层。随着注入液往外推移，隔离液所形成的隔离环厚度越来越小，直至失去隔离作用，而使两种液体相遇而产生沉淀物，达到堵水的目的。主要反应如下： CaCl2Na2OnSiO2mH2O=2NaClCa(OH)2nSiO2(m1)H2OCaCl2Na2OnSiO2mH2O=2NaClCaSiO3mH2O(n1)SiO2 基本配方： A液：20%水玻璃0.3%部分水解聚丙烯酰胺； B液：10%15%氯化钙。 AB11(体积比)，水玻璃的模数，m3.2。 单液法水玻璃氯化钙堵水技术：在地面即将两种注入液体，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

14、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0.53h，便于施工注入，主要反应式如下：CaCl22NaO=Ca(OH)22NaClNa2OnSiO2Ca(OH)2mH2O.CaSiO3=(n1)Si(OH)4(m2n)H2ONaOH 生成物为凝胶状弹性固体，可有效地封堵出水层。 典型配方：水玻璃模数为23，有效含量为9%20%氯化钙(工业品)，氢氧化钠(工业品)，其余为水。各组分用量比为：水玻璃:氯化钙:氢氧化钠:水1:0.06:0.04:0.5。 除以上两种外，尚有氟硅酸水玻璃堵水剂。其主要化学反应原理为氟硅酸和水玻璃两种液体混合后经化学反应生成Na2SiF6弹性

15、凝胶体，该胶体粘度高、强度大，可有效地封堵出水孔道。 此外尚有水玻璃硫酸亚铁调剖剂。水玻璃硫酸亚铁作用机理与水玻璃氯化钙相似。其第一反应液为水玻璃，第二反应液为硫酸亚铁。它们相遇产生沉淀。属于该类的化学剂有PIA604调剖剂、BD861调剖剂、HPAM/Cr3冻胶堵水剂等多种。如最近研制成功的复合离子聚合物堵水调剖剂，其技术关键是将复合离子聚合物与新型有机交联剂制备成可延缓交联的凝胶体，即FT-213堵水调剖剂。一、FT-213堵水调剖机理 FT213堵水调剖剂为选择性堵水材料，聚合物经与交联剂作用生成的树脂聚合物凝胶的复合体可通过吸附、动力捕集、物理堵塞等作用封堵地层孔隙或裂缝。二、基本配方

16、及主要性能1.堵水调剖剂基本配方 (1) 聚合物:相对分子质量:(400500)104；阳离子度：5%10%；阴离子度：10%15%；有效含量:0.7%1.0%。 (2) BY92交联剂：有效含量：0.2%0.6%。 (3) 稳定剂：有效含量：0.1%0.3%。 (4) 促凝剂：有效含量：0.01%0.05%。2.主要性能技术指标 (1) FT213适用井温范围：60120碳酸盐岩、砂岩。 (2) 堵水调剖液地面粘度小于50mlPas，便于泵送及大剂量使用。 (3) 凝胶时间可调，一般34d，凝胶粘度不小于(510)104mPa.s。 (4) 封堵效率不小于95%。 (5) 吸附性、热稳定性、

17、抗盐性、抗剪切性能好。三、化学反应原理 FT-213堵水调剖剂的化学反应主要是在复合离子聚合物和BY交联剂之间进行。在一定的PH值和温度条件下发生化学反应后，线型结构的聚合物形成网状或体型结构凝胶，该凝胶可有效地封堵高渗透层，起到堵水或调整剖面的效果。化学反应分两步进行： (1) 交联剂的分解反应； (2) 聚合物的交联反应。四、颗粒类堵水、调剖化学剂 常用的有果壳、青石粉、石灰乳、膨润土、轻度交联的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇粉等。其中膨润土具有轻度体膨胀性，聚丙烯酰胺和聚乙烯醇在岩石孔隙中吸水膨胀性好，可增加封堵效果。 属于该类化学剂的有:D-1黄河粘土双液法堵剂，硅土胶泥单液法堵水剂等多种。1.

18、3.3泡沫类堵水、调剖化学剂 根据成分的不同可分为二相或三相泡沫。三相泡沫的主要成分为发泡剂十二烷基磺酸钠(ALS)或烷基苯磺酸钠(ABS)及稳定剂羧甲基纤维素(CMC)、膨润土、空气和水组成。利用ABS为发泡剂，CMC为稳定剂加膨润土形成三相泡沫。三相组分混合后，产生稳定的泡沫流体在注水层中叠加的气液阻效应贾敏效应，改变吸水剖面。如用于水泥则反应后生成水泥石，泡沫水泥浆在高含水饱和带硬化封堵吸水大孔道或高渗吸水层段。二相泡沫不加入固体颗粒，其稳定性较差。1.3.4树脂类堵水、调剖化学剂 油田上曾用作永久性堵水剂，主要有脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂、糠醇树脂、热缩性树脂等。 其主要作用原理是各

19、组分经化学反应形成树脂类堵塞物，在地层条件下固化不溶，造成对出水层的永久性封堵。 例如酚醛树脂，化学反应分两步进行，先将苯酚与甲醛在酸性或碱性条件下制备羧甲基酚和多羟甲基酚混合物。以该混合物为原料在酸性条件下和硬化催化剂存在的条件下进一步聚合成热固性树脂。 化学反应式如下： 典型配方:水溶性羧甲基酚含量为50%70%，硬化催化剂氯化铵(工业品)、草酸或盐酸。 配方一: 羟甲基酚草酸1:0.06(质量分数)。 配方二: 羧甲基酚氯化铵:盐酸(20%)1:0.025:0.025。 属于该类化学剂的还有:脲醛树脂堵水剂、松香皂堵水剂等。1.3.5微生物类堵水、调剖化学剂 根据目前的资料，各国用于堵水

20、、调剖的微生物的菌株接种物类型有下列几类： (1) 葡聚糖球菌； (2) 硫酸盐还原菌； (3) 需氧和厌氧的充气污泥细菌； (4) 生成生物聚合物的细菌，如肠膜明串珠菌； (5) 生成表面活性物质，助表面活性物质的菌种； (6) 生成聚合物多糖和气体的菌种。 目前用于渗透率剖面调整和选择封堵采油的微生物现场试验和应用的有以下几例： (1) 荷兰于1958年用葡聚糖球菌和形成粘泥的细菌进行现场选择性封堵提高采油量的试验。 (2) 原苏联1972年和1976年用厌氧菌和需氧菌，如硫酸盐还原菌等进行剖面调整，1989年用需氧和厌氧的充气污泥细菌进行选择封堵，提高采油量。 (3) 加拿大1988年用

21、肠膜明串珠菌，生成聚合物进行剖面调整。 (4) 美国19831984,1988,1990年先后用生成表面活性物质、知性物质、气体的培养物和生成聚合物多糖、气体的培养物进行剖面调整。 (5) 大港油田应用微生物注入注水井油层，微生物增长形成纤维状堵塞物封堵大孔道获得注水井调剖成功。目前已培育了DFG厌氧性微生物堵剂取得了注水井调剖的应用成功。主要技术指标：菌种耐温100，最佳生长温度60；菌种耐矿化度100000mg/L(NaCl浓度)；兼性厌氧与地层原生菌相容生长；对20um2以下的岩心堵塞率大于90%对20um2以上的岩心效果较差；有效期大于5个月。应用范围：井底温度小于70。注入水矿比度小

22、于100000mg/L；杀菌剂浓度400mg/L以下。1.3.6其他类堵水、调剖化学剂一、氰凝堵水技术 1.化学反应原理 氰凝的主体成分加预聚体，为低聚的聚氨基甲酸酯。由过量的多异氰酸酯与端羟基聚醚反应制取。预聚体为低粘度液体，分子链两端含有活泼的异酸基团NCO，遇水后在催化剂作用下发生如下化学反应：反应物在继续与水作用聚合，粘度逐渐增大而凝胶化，最后生成耐水的固结物，达到堵水的目的。2.典型配方氰凝聚液原料用量配比见表1.4。原料规格作用质量比预聚体MN69主体材料100硅油20150表面活性剂1邻苯二甲酸二丁酯增塑剂10吐温80工业品乳化剂1丙酮工业品稀释剂10三乙胺化学纯引发剂0.5二、

23、有机硅堵水技术 1.化学反应原理 氯硅烷釜残液中含氯量大于40%，遇水反应剧烈，不便于直接使用。采用醇解法将氯硅烷制成一种中间体RnSi(OR)4n后,即可达到缓慢水解目的，其水解已应如下： 反应最终产物为线型和体型结构物，可牢固吸附于砂岩表面并改变其表面性质，形成的憎水亲油膜，阻止水的流动起到堵水作用。2.典型配方 氯硅烷釜残液相对密度为1.11，含氯量为39%40%，醇类为乙醇或多元醇。 原料配比为:釜残:醇100:(550)(质量分数)。3.主要性能 堵剂配制液地面粘度小，凝固时间为560min，岩心抗折强度为1.84105Pa，在16000mg/L矿化度水中使用无影响，堵塞效率大于80

24、%。三、活性稠油堵水技术 1.化学反应原理 活性稠油混合液泵入地层后，可与地层水形成油、水分散体，并改变岩石界面张力。体系中油滴使水的流动受阻产生贾敏效应可降低水相渗透率。 2.典型配方 原油(胶质、沥青质量含量大于50%)粘度5001000mPas，活性剂:AS(烷基磺酸钠)或ABS(烷基苯磺酸钠)或Span80。原料配比为:原油:活性剂1:0.005(质量分数)。 3.主要性能 配制液地面粘度小于100mPas，形成水分散体后最大粘度为1300mPas，封堵效率大于60%。 1.3.7深部化学调剖化学剂 深部调剖技术就是通过使用不同的方法使注入的化学调剖剂进入油层深部后再封堵水流通道，使油

25、藏中的液流改向，提高注入水的波及系数，从而提高原油采收率。 目前比较常用的深部调剖剂主要有两大类：冻胶类和颗粒类。我公司目前在渤海油田主要采用这两大类型 1.聚合物延迟交联深部调剖 普通聚合物调剖技术由于注入的剂量比较小，调剖后存在绕流问题，使调剖有效期很短。利用聚合物延迟交联进行注水井大剂量深部处理，是目前油田进行高含水期开发的一项重要技术。 聚合物延迟交联深部调剖属于冻胶类调剖技术，它采用控制成胶时间的方法，使调剖剂有足够的时间达到足够远的地方再形成凝胶。成胶时间的控制通常采用加延缓交联的添加剂来延长聚合物的成胶时间。 聚合物延迟交联深部调剖技术采用的调剖剂体系虽然有所不同，但调剖原理上大

26、致相似，下面以两种调剖剂体系为例。 聚丙烯酰胺重铬酸盐调剖体系可用于高渗透层的调剖，其原理是：交联剂在与部分水解聚丙烯酰胺聚合物的羧基反应之前，先与体系中的还原剂发生氧化还原反应，使Cr6+还原成Cr3+,由于交联体系中加入了延缓剂，使还原反应时间增长，致使Cr3+与聚合物的羧基反应时间延长，即聚合物的变构时间延长。这一过程应用于聚合物交联调剖技术，使得在聚合物成胶前有充裕的时间注入到地层深部，然后发生交联反应形成凝胶体，堵塞高渗透层。见图1.8所示。图1.8 聚合物延缓交联深部调剖机理示意图 对低渗透裂缝性油藏进行聚合物延迟交联深部调剖，某油田采用了一种以复合离子聚合物和交联剂及助剂组成的延

27、迟交联调剖剂体系，它以低粘度形式注入井内，调剖剂沿裂缝前进，在适宜的PH值和温度条件下交联剂缓慢释放出甲醛，达到预定交联时间后，在远离井筒的油层裂缝中交联，并在油层深部形成三维网状结构，从而达到较深的调剖半径，封堵裂缝性水窜，且保持注水井较高的注水能力，见图1.9图1.9 有裂缝油水井冻胶合理充填位置2.颗粒类调剖剂深部调剖技术 颗粒类调剖剂通常采用大剂量注入的方式，使颗粒类调剖剂进入油层深部，通过颗粒的絮凝、膨胀、积累等作用使油层通道变窄直至完全堵塞来改变注入水的流向，提高水驱效率，见图1.10。图1.10 粘土双液法堵剂封堵原理 颗粒类调剖剂深部调剖技术常采用的是双液法聚丙烯酰胺-粘土颗粒调剖剂体系。近年来陆地油田采用粘土颗粒类调剖剂进行大剂量调剖，有效地解决了小剂量调剖有效期短，对应油井增油降水效果幅度不大的弊端。问题。调剖液体系及特点:调剖液为两种,一种为复合离子高聚合物树脂交联调剖液,高聚物分子量为15002000万,泵注强度为40mPa.s,入井后的成胶强度为20000mPa.s,成胶时间为72小时;温度范围为6070;另一种为高强度的颗粒堵剂,粒径为100400目.交联调剖液与颗粒调剖液交替注入，最后用高浓度交联调剖液封口注入方式：油管正挤3.我公司调剖剂的特点可动调剖凝胶的基本结构 CDG胶结构 B