注水井调剖与油井堵水课件

第五章注水井调剖与油井堵水第二篇采油化学第一节注水井调剖法注水井调剖和油井堵水是重要的提高原油采收率技术，同时也是其他提高原油采收率技术（如化学驱、混相驱、热采和微生物驱等）不可缺少的配套技术，因此应对注水井调剖和油井堵水有一个全面、深入的了解。吸水能力好吸水能力差一、什么叫注水井调剖一、什么叫注水井调剖从注水井调整注水地层的吸水剖面

“调剖”含义：

一、什么叫注水井调剖调整注水油层的吸水剖面。“调剖”的含义：

狭义：广义：从注水井进行封堵高渗透层的工作，从而迫使注入水波及到含油饱和度较高的中、低渗透层，从而起到提高注入水的波及系数和降低油井含水的目的。“调剖”的目的：改善地层非均质性，提高注入水波及系数，从而提高采收率。从19世纪70年代提出，已由单纯的“剖面调整”发展为深部封堵高渗透层。单井油井堵水调剖剂单井油井堵水调剖剂深部调剖浅层封堵一、什么叫注水井调剖三、注水井调剖剂（1）单液法调剖：一种工作液（2）双液法调剖：两种工作液按起作用的工艺分类注水井调剖剂（简称调剖剂）是指从注水井注入地层，调整地层吸水剖面的物质。1调剖剂分类单液法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。基本原理：

定义：

流

体流动性降低溶液、乳状液、溶胶、悬浮体凝胶、冻胶、沉淀、固化物注入过程中进入地层后双液法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）。定义：

注水注水第一工作液第二工作液隔离液封堵物质注入水基本原理：

调节封堵位置

隔离液作用：

1）硫酸硫酸是利用地层中的钙、镁源产生调剖物质的。硫酸先与近井地带的碳酸盐(岩体或胶结物的碳酸盐)反应，增加了注水井的吸水能力，而产生的硫酸钙、硫酸镁将随酸液进入地层，然后饱和析出并在适当位置(如孔隙结构的喉部)沉积下来，形成堵塞。由于高渗透层进入的硫酸多，产生的硫酸钙、硫酸镁也多，所以主要堵塞发生在高渗透层。

2重要的单液法调剖剂2)硫酸亚铁硫酸是增注调剖剂；氢氧化亚铁是一种沉淀，同样可起调剖作用。2重要的单液法调剖剂三氯化铁可起与硫酸亚铁类似的作用。3)硅酸凝胶又名硅酸钠，分子式为Na2O·mSiO2

m:模数(即水玻璃中SiO2的物质的量与Na2O的物质的量之比)。模数一般在1～4范围。水玻璃的性质随模数而变。模数越小，水玻璃碱性越强，越易溶解。硅酸凝胶是由水玻璃与活化剂反应生成。（1）什么是水玻璃？2重要的单液法调剖剂酸性硅酸溶胶酸性硅酸溶胶胶团示意图

（假定模数为1）生成:胶粒带正电。酸性硅酸溶胶是由水玻璃加到盐酸中生成。特点:2重要的单液法调剖剂碱性硅酸溶胶碱性硅酸溶胶胶团示意图

（假定模数为1）生成:胶粒带负电。酸性硅酸溶胶是将盐酸加到水玻璃中生成。特点:2重要的单液法调剖剂氢氧化铝凝胶是将三氯化铝与尿素配成溶液注入地层生成的。尿素在地层温度下分解，使溶液由酸性变成碱性，生成氢氧化铝溶胶，接着转变为氢氧化铝凝胶。2重要的单液法调剖剂4)氢氧化铝凝胶（2）锆的多核羟桥络离子如何形成？络合水解羟桥作用2重要的单液法调剖剂进一步水解和羟桥作用大的无机阳离子2重要的单液法调剖剂多核羟桥络离子与HPAM交联2重要的单液法调剖剂（2）Cr3+可有哪些来源？KCr(SO4)2、CrCl3、Cr(NO3)2、Cr(CH3COO)3由Cr6+（如K2Cr2O7、Na2Cr2O7）用还原剂（如Na2S2O3、Na2SO3、NaHSO3）还原得到2重要的单液法调剖剂7）

铝冻胶

铝冻胶是用Al3+组成的多核羟桥络离子交联溶液中带—COO-的聚合物（如HPAM）生成的。2重要的单液法调剖剂铝冻胶强度低，所以通常将它配成胶态分散体冻胶（colloidaldispersiongel，CDG）使用。8）酚醛树脂冻胶

酚醛树脂冻胶是用酚醛树脂交联溶液中带—CONH2的聚合物（如HPAM）生成的。2重要的单液法调剖剂酚醛树脂是由甲醛与苯酚在氢氧化钠催化下缩聚产生的。2重要的单液法调剖剂e.g.当w(HPAM)为0.4%，w(酚醛树脂)为0.8%时，可配得一种在80℃下成冻时间为72h的酚醛树脂冻胶，用于封堵高渗透层。交联反应生成的交联体称为酚醛树脂冻胶。酚醛树脂中的—CH2OH通过与聚合物中的—CONH2的脱水反应起交联作用9）聚乙烯亚胺冻胶聚乙烯亚胺冻胶是用聚乙烯亚胺交联溶液中带—CONH2的聚合物（如HPAM）生成的。聚乙烯亚胺是由乙烯亚胺聚合产生的2重要的单液法调剖剂2重要的单液法调剖剂交联反应生成的交联体称为聚乙烯亚胺冻胶聚乙烯亚胺中的亚胺基（—NH—）通过与聚合物中的—CONH2反应，脱出NH3而起交联作用2重要的单液法调剖剂例如当w(PA-t-BA)为7.0%，w(PEI)为0.33%时，可配得一种在95℃下成冻时间为12h的聚乙烯亚胺冻胶，用于封堵高渗透层。10）水膨体水膨体是一类适当交联遇水膨胀而不溶解的聚合物；所有适当交联的水溶性聚合物都可制得水膨体。2重要的单液法调剖剂一种聚丙烯酰胺水膨体的膨胀性2重要的单液法调剖剂供选用的携带介质有三类：非极性物质(如煤油)半极住物质(如乙醇、异丙醇)，电解质溶液(如NaCl、HCl、CaCl2、FeCl3等)表面覆膜：如覆羟丙基甲基纤维素膜，将这种覆膜的水膨体用水携带进入地层，它将在覆膜溶解至可与水相接触时才开始膨胀。可用流化床法（Wurster法）在水膨体外表面覆膜。

2重要的单液法调剖剂

放置于远井地带的方法11）冻胶微球

冻胶微球是粒度达到纳米级的冻胶分散体。它可用微乳聚合方法制得。如可由丙烯酰胺和其他含烯基的单体、N，N′-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵配得的水溶液，用高浓度的混合表面活性剂(如Span80+Tween60)制得油外相微乳，水溶液增溶在微乳的胶束之中，单体共聚后，即成冻胶微球。使用时，用反相剂(如OP-10等)将油外相的冻胶微球反相分散于水中，注入地层。在地层中，冻胶微球有一定的膨胀倍数，它可在高渗透的通道中通过运移、捕集、变形、再运移、再捕集、再变形……的机理，由近及远地起调剖作用。2重要的单液法调剖剂12）石灰乳石灰乳是将氧化钙分散在水中配成的氢氧化钙悬浮体。特点：氢氧化钙的粒径较大（62μm左右），特别适合于封堵裂缝性的高渗透层。由于氢氧化钙颗粒不能进入中、低渗透层，因此对中、低渗透层有保护作用。氢氧化钙的溶解度随温度升高而减小，所以可用于封堵高温地层。氢氧化钙可与盐酸反应生成可溶于水的氯化钙，在不需要封堵时，可用盐酸解除。2重要的单液法调剖剂13）粘土/水泥分散体粘土/水泥分散体由粘土与水泥悬浮于水中配成。特点适合于封堵特高渗透地层。粘土与水泥进入地层后，可在孔隙结构的喉部形成滤饼。在滤饼中，水泥的水化反应，使滤饼固结，对特高渗透层产生有效封堵。类似石灰乳中的氢氧化钙，粘土和水泥也不能进入中、低渗透层，所以对中、低渗透层有保护作用。可用常规土酸除去。2重要的单液法调剖剂3双液法堵剂沉淀型双液法堵剂凝胶型双液法堵剂冻胶型双液法堵剂泡沫型双液法堵剂絮凝体型双液法堵剂1)沉淀型双液法堵剂指两种工作液相遇后可产生沉淀封堵高渗透层的堵剂。3双液法堵剂2)凝胶型双液法调剖剂

指两种工作液相遇后可产生凝胶封堵高渗透层的调剖剂。例如向地层交替注入水玻璃和硫酸铵，中间以隔离液(如水)隔开，当两种工作液在地层相遇时可发生下面的反应，产生凝胶，封堵高渗透层：3双液法堵剂3)冻胶型双液法调剖剂

是指两种工作液相遇后可产生冻胶封堵高渗透层的调剖剂。在两种工作液中，通常一种工作液为聚合物溶液，另一种工作液为交联剂溶液。3双液法堵剂例1第一工作液HPAM溶液或XC溶液第二工作液柠檬酸铝溶液这两种工作液相遇后产生铝冻胶。例2第一工作液HPAM溶液或XC溶液第二工作液丙酸铬溶液这两种工作液相遇后产生铬冻胶。3)冻胶型双液法调剖剂

3双液法堵剂例3第一工作液溶有Na2SO3的HPAM溶液或XC溶液第二工作液溶有Na2Cr2O7的HPAM溶液或XC溶液这两种工作液相遇后，Na2SO3可将Na2Cr2O7中的Cr6+还原为Cr3+，Cr3+进一步生成多核羟桥络离子将聚合物交联，产生铬冻胶。例4第一工作液HPAM溶液第二工作液ZrOCl2溶液这两种工作液相遇后产生锆冻胶。例5第一工作液HPAM溶液第二工作液聚季铵盐溶液这两种工作液相遇后产生聚季铵盐冻胶。4)泡沫型双液法调剖剂

3双液法堵剂若将起泡剂溶液与气体交替注入地层，就可在地层(主要是高渗透层)中形成泡沫，产生调剖剂。可用的起泡剂包括非离子型表面活性剂（如聚氧乙烯烷基苯酚醚）和阴离子型表面活性剂（如烷基芳基磺酸盐）。可用的气体包括氮气和二氧化碳气。5)絮凝体型双液法调剖剂

3双液法堵剂若将粘土悬浮体与HPAM溶液分成几个段塞，中间以隔离液隔开，交替注入地层，它们在地层中相遇会形成絮凝体，这种絮凝体能有效地封堵特高渗透层。1.高渗透层可选择锆冻胶、铬冻胶、酚醛树脂冻胶、水膨体、石灰乳、粘土/水泥分散体、沉淀型双液法调剖剂、泡沫型双液法调剖剂和絮凝体型双液法调剖剂等。2.低渗透层可选择硫酸、硫酸亚铁、冻胶微球、冻胶型双液法调剖剂、沉淀型双液法调剖剂等。四、调剖剂的选择3.高温高矿化度地层主要使用无机调剖剂如硫酸、硫酸亚铁、石灰乳、粘土/水泥分散体、沉淀型双液法调剖剂等。4.近井地带可选择硅酸凝胶、锆冻胶、铬冻胶、水膨体、石灰乳、粘土/水泥分散体等。5.远井地带可选择胶态分散体冻胶、冻胶微球、冻胶型双液法调剖剂、沉淀型双液法调剖剂等。四、调剖剂的选择五、矿场实验例1埕东油田西区南块试验区该试验区地层温度为70℃，地层水矿化度为5.14×103mg·L-1，所用调剖剂配方见表5-2。通过12口注水井向该试验区注入11267m3调剖剂，取得的效果见图5-7。五、矿场实验例2濮城油田南区试验区该试验区地层温度为86℃，地层水矿化度为2.40×104mg·L-1，所用的调剖剂见表5-3。通过10口注水井向该试验区注入19300m3调剖剂，取得的效果见图5-8。第二节第五章

注水井调剖与油井堵水油井堵水油井出水的危害(1）消耗油层能量，降低油层的最终采收率；

a油层能量推动水向采油井前进；

b油井见水后，在纵向和横向上推进很不均匀，造成油井过早水淹，波及系数降低；

c出水后井内静水压头增大，影响低压气层的产气量，甚至不产气；

d井底附近含水饱和度升高，降低油气相对渗透率，引起水堵。(2）降低抽油井的泵效；产水量增加，抽油井做大量无用功油井出水的危害(3）使管线和设备腐蚀和结垢；

a产出水加剧了H2S和CO2的腐蚀作用；

b产出水中离子在地面条件下结垢。(4）脱水负荷加大；

a产水量增加；

b油水乳化。（5）污染环境油井出水方式近井地带窜漏射孔段太靠近底水—底水锥进水驱指进现象裂缝或高渗通道使油水井单向连通油井出水按水的来源有注入水、边水、底水、上层水、下层水、夹层水。出水层位的确定A水化学分析法

采出水的化验分析结果来判断地层水和注入水B地球物理资料

有流体电阻测定法、井温测量和放射性同位素法。C机械法找水D找水仪找水减少油井出水的办法注水井调剖油井堵水：即封堵油井的出水层机械堵水和化学堵水(将化学剂经油井注入到高渗透层出水层段，降低近井地带的水相渗透率，减少油井出水，增加原油产量的一整套技术称为油井化学堵水

)非选择性堵水选择性堵水化学堵水边水、底水和注入水是油田开发的能量来源。由于地层渗透率的不均质，这些水常沿高渗透层过早侵入油井，使油井产液中含水率上升和产油量下降。油井堵水是指从油井控制水的产出。为了控制水从油井产出，必须封堵高渗透层。一、油井堵水的概念可向油井注入堵水剂，封堵高渗透层，控制注入水的产出。可用注水开发油藏油井与注水井间的压降曲线（图5-10）来说明油井堵水的重要性

二、油井堵水的重要性压降曲线有一个拐点。曲线拐点至注水井这一侧，称为调剖空间；曲线拐点至油井这一侧，称为堵水空间。在调剖空间和堵水空间的高渗透层中的任何位置放置堵剂，都可改变注入水的液流方向，提高水的波及系数，从而提高原油采收率。

油井堵水剂常按选择性分为选择性堵水剂和非选择性堵水剂。前者是指那些对油和水或产油层和产水层的封堵有差别的堵水剂；后者是指那些对油和水或产油层和产水层的封堵没有差别的堵水剂。配制所用的溶剂或分散介质可分为三类水基堵剂油基堵剂醇基堵剂1堵水剂分类三、油井堵水剂

l）HPAM（水基）它优先进入含水饱和度高的地层;进入地层的HPAM可通过氢键吸附在由于水冲刷而暴露出来的地层表面;＠HPAM分子中未吸附部分可在水中伸展，减小地层对水的渗透性;☆HPAM可为油提供一层能减少流动阻力的水膜.☆

水解聚丙烯酰胺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。→2.重要的选择性堵水剂HPAM分子量一般在300-1200万的范围内；水解度在10%-35%；浓度在0.2-0.8%范围内。

可用盐水配制，以提高其在岩石表面的吸附量；可用交联剂水溶液预处理地层，减少岩石表面的负电性；也可注入低水解度HPAM，再注入碱溶液。HPAN也可用于油井的选择性堵水。2）阴阳非三元共聚物（水基）

若通过丙烯酰胺（AM）与（3-丙烯酰胺基-3-甲基）丁基三甲基氯化铵（AMBTAC）(或二烯丙基二甲基氯化铵)共聚、水解，就可得到一种阴阳非三元共聚物阳离子链节将牢固吸附在带负电的岩石表面，而阴离子、非离子链节则伸展到水中增加水流阻力，起选择性堵水作用2.重要的选择性堵水剂3）

阳离子型聚合物（水基）2.重要的选择性堵水剂阳离子型聚合物是指可在水中解离出阳离子链节的聚合物。该聚合物为水基选择性堵剂，可优先进入出水层，并优先吸附在被水冲刷而暴露出来的带负电的岩石（例如砂岩和一些碳酸盐岩）表面上，被吸附聚合物中未被吸附的链节可向水中伸展，抑制水的产出，起堵水作用。4）

冻胶（水基）2.重要的选择性堵水剂冻胶（如铬冻胶、锆冻胶、酚醛树脂冻胶、聚乙烯亚胺冻胶等）对油和水有明显的选择性，对油和水有不成比例的渗透率降低（disproportionatepermeabilityreduction，DPR）值。4）

冻胶（水基）2.重要的选择性堵水剂膨胀/收缩机理认为，交联剂交联的聚合物为一个网络，充满网络的水与流动的水是同一相的，当水流动时，网络保持着膨胀状态，对水的流动阻力大，但当油流动时，油与冻胶网络中的水不是同一相的，油相可对水相施加压力，该压力使冻胶网络中的水析出，引起冻胶网络收缩，减小了油的流动阻力。4）

冻胶（水基）2.重要的选择性堵水剂油水分流机理则认为，油和水在孔隙介质中的流动是各有通道的，水走水道，油走油道。注入冻胶时，由于冻胶属于水基堵水剂，它将沿水的通道流动，成冻后，它堵的是水道而不是油道，因此冻胶具有堵水不堵油的特性。5)泡沫（水基）

作用机理:以水作分散介质的泡沫可优先进入出水层;在出水层稳定存在；通过叠加的Jamin效应，封堵来水；在油层，油可乳化在泡沫的分散介质中形成三相泡沫。分散介质中的一些油珠，可经历图5－7所示的过程，引起泡沫的破坏，所以进入油层的泡沫不堵塞油层。2.重要的选择性堵水剂三

相

泡

沫

的

破

坏起泡剂:主要用石油磺酸盐型;稠化剂:羧甲基纤维素钠(CMC),聚乙烯醇(PVA),聚乙烯吡咯烷酮等;气体:氮气,二氧化碳等,也可用液体转化而成铵亚硝酸(或氯化铵+亚硝酸钠;硝酸铵+亚硝酸钾等)6)水溶性皂（水基）

2.重要的选择性堵水剂水溶性皂是指能溶于水中的高碳数有机酸盐。松香酸钠、环烷酸钠、脂肪酸钠等都是水溶性皂。6)水溶性皂（水基）

作用原理:松香酸钠可与水中的钙、镁离子反应，生成不溶于水的松香酸钙、松香酸镁沉淀(质量分数0.8-0.9)而堵塞水层,由于油层中不含钙、镁离子,因而不堵塞油层。

适用范围:含钙、镁离子高于1000mg/L的油井。2.重要的选择性堵水剂6)水溶性皂（水基）

2.重要的选择性堵水剂7)山嵛酸钾（水基）

作用原理:山嵛酸钾溶液注入地层，与地层水的钠离子即发生如下反应，产生沉淀，封堵出水层。2.重要的选择性堵水剂8)烷基酚-乙醛树脂（水基）

将烷基苯酚、乙醛和石油磺酸（催化剂）注入地层，在100℃反应，产生一种支链型的树脂，溶于油，不溶于水，而起到选择性堵水的目的。2.重要的选择性堵水剂9)水包稠油（水基）这种堵剂是用水包油型乳化剂将稠油乳化在水中配成。因乳状液是水外相，粘度低，所以易进入水层。在水层，由于乳化剂在地层表面吸附，使乳状液破坏，油珠聚并为高粘的稠油，产生很大的流动阻力，减少水层出水。水包稠油的乳化剂最好用阳离子型表面活性剂，因为它易吸附在带负电的砂岩表面，引起乳状液的破坏。

2.重要的选择性堵水剂10)水玻璃(水基)2.重要的选择性堵水剂钙、镁敏酸敏40%的Na2O·3.17SiO2

11）烃基卤代甲硅烷（油基）烃基卤代甲硅烷可用通式RnSiX4-n表示，式中R表示烃基，X表示卤素（即氟、氯、溴或碘），n表示l～3的整数。烃基卤代甲硅烷可与水反应，生成相应的硅醇。硅醇中的多元醇很易缩聚，生成聚硅醇沉淀，封堵出水层。

2.重要的选择性堵水剂12）四烃基原硅酸酯（油基）四烃基原硅酸酯是溶于油中注入地层的，当地层的水与它接触时，即发生下列反应：(1)水解：水解产物溶于水。(2)缩聚：在水中的水解产物缩聚后，可形成网络结构，使水失去流动性，起堵水作用。可用的四烃基原硅酸酯有四甲基原硅酸酯、四乙基原硅酸酯和四丙基原硅酸酯等。

2.重要的选择性堵水剂13)聚氨基甲酸酯（油基）

聚氨基甲酸酯（简称聚氨酯）是由多羟基化合物与多异氰酸酯聚合而成。作用原理:若在聚合时保持异氰酸基（－NCO）的数量超过羟基（－OH）的数量，即可制得有选择性堵水作用的聚氨基甲酸酯。B.生成的氨基可继续与异氰酸基反应，生成脲键:A.与水可发生一系列的反应，生成氨基和二氧化碳:2.重要的选择性堵水剂C.脲键上的活泼氢,可继续与与未反应的异氰酸基反应,使其原来可流动的线性的聚氨基甲酸酯变成不流动的体型的聚氨基甲酸酯,从而将出水层堵住D.若遇到油,由于不能发生上述反应,所以不产生堵塞添加剂:A.稀释剂:二甲苯、二氯乙烷、四氯化碳或石油馏分B.封闭剂:低分子的醇类(封闭异氰酸基的反应)C.催化剂:胺和乙醇胺类(调节封闭反应速度）14油基水泥（油基）

这是水泥在油中的悬浮体。水泥表面亲水，当它进入出水层时，水置换水泥表面的油并与水泥作用，使水泥固化，封堵出水层。

分散介质:柴油,煤油或低粘度油.

活性剂:羧酸盐,磺酸盐.例:1方柴油中300-400kg的油井水泥、0.1-1.0kg的石油磺酸钠,配成的油基水泥.2.重要的选择性堵水剂15)活性稠油（油基）

溶有乳化剂的稠油。乳化剂为油包水型乳化剂（如Span80），它可使稠油遇水后产生高粘的油包水乳状液,达到选择性堵水的目的。

也可用氧化沥青溶于油中配成活性稠油。2.重要的选择性堵水剂16)偶合稠油（油基）

这种堵剂是将低聚合度的苯酚-甲醛树脂、苯酚-糠醛树脂或它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（偶合），使它不易排出，延长有效期。2.重要的选择性堵水剂17)酸渣

在硫酸精制石油馏分时产生的酸渣可用于选择性堵水，因为这种酸渣遇水可析出不溶物质，而且硫酸与地层水中的Ca2+、Mg2+也可产生相应的沉淀，封堵出水层。2.重要的选择性堵水剂

18)松香二聚物醇溶液（醇基）

作用机理：松香在硫酸作用下生成二聚物，该二聚物溶于醇不溶于水，当松香二聚物的醇溶液与水相遇，水即溶于醇中，降低了它对松香二聚物的溶解度，使松香二聚物饱和析出。

聚氨基甲酸酯醇溶液的质量分数在0.4-0.62.重要的选择性堵水剂在所介绍的选择性堵剂中，由于水基堵剂优先进入出水层（油基堵剂无此优点），而且比醇基堵剂便宜，因此与油基堵剂和醇基堵剂相比，它是一种更可取的堵剂。

非选择性堵水法适用于封堵单一水层或高含水层，因所用的堵剂对水和油都没有选择性，它既可堵水，也可堵油。．树脂型堵剂．冻胶型堵剂．凝胶型堵剂.沉淀型堵剂．分散体型堵剂3.重要的非选择性堵水剂1）树脂型堵剂

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。酚醛树脂将热固性酚醛树脂与固化剂（指加速固化的催化剂，如草酸）混合后挤入水层。在水层温度和固化剂作用下，热固性酚醛树脂可在一定时间内交联成不溶不熔的酚醛树脂