堵水调剖工艺技术讲座

堵水调剖工艺技术讲座

油水井堵水调剖工艺技术讲座

一、前言

由于注水开发油田油田上有采油井和注水井，注水井注水，采油井就要见水。见水了就要治水，其中主要手段是油水井的堵水调剖工艺技术。通过堵水调剖：

1、控制水线的推进速度；

2、控制含水上升率；

3、提高油层的存水率；

4、改善油井各产层的出油剖面；

5、调整注水井的吸水剖面。从而实现较长时间油田稳产，提高注水开发阶段（二次采油阶段）的采收率。

长庆油田的大部分区块为非均质、多油层的砂岩油藏，是“三低油藏”低压、低渗、低丰度。油井大多依靠压裂投产，注水开发。因油层不同程度的存在高渗透层和裂缝走向，致使注入水在油层纵向上形成单层突进，横向上形成舌进，中低渗透层达不到注水受效的要求，导致油井过早水淹，降低了注水开采效果。边底水油藏，因个别井生产压差控制不合理或改造措施不当，致使边、底水突进，油井水淹，影响了油井的最终产油量。降低了油藏的开采效率。堵水调剖是解决注水“指进”“舌进”，油井底水“锥进”的有效手段。

（一）何为剖面

1、采油井的产油剖面（也叫产液剖面）

在一口油井中，同时合采多个油层，由于各层的油层物性不同（即渗透率不同，底层压力不同，含油饱和度不同，水推进的速度不同等）因此储油层的采油采液强度不同，含水高低也不同。这就构成了油井的出油或产液剖面。

图1采油井产液剖面

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2、注水井的吸液剖面

在一口注水井中，同时在井口注水压力下，对多个油层注水，由于各油层的物性不同，因此各油层的吸水量也不同。这就构成了注水井的吸水剖面。

图2注水井吸水剖面

（二）为什么要进行调剖

1、油田注水开发以后产生的三大矛盾

a、层间矛盾：层与层之间由于渗透率差异达几百上千倍，注水后，各层受效时间、地层压力、产油速度、含水率都不一样。

b、平面矛盾：一口注水井要对应两口以上的油井注水，由于沉积相的影响，各油井受效情况差异很大。

c、层内矛盾：在同一油层内，由于油层的非均匀质存在，影响该层的注水采收率。

图3层间矛盾图

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图4平面矛盾图

图5大厚油层层内矛盾图

图6岩性变压的层内矛盾图

这三大矛盾，使所有注水开发的油田都是躲不过绕不开的问题。因此，地质家和工程师都在忙此事。解决这三大矛盾的关键是：就如何改善出油剖面和调整吸水剖面，以达到稳产、增产、提高采收率的目的。

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二、油水井堵水调剖技术

为改善出油剖面和调整吸水剖面，在注水开发过程中，油藏工程师和采油工程师先后采用了大量的技术措施，如：

a、对差油层进行压裂，酸化措施，提高油水井差油层的出油和吸水能力。使油水井剖面得到了改善；

b、对高渗透层和低渗透层分两套井网或用分采管柱、堵水管柱，消除层间干扰因素。

c、对注水井采用分层配水管柱，实现各油层的合理配水目的。以保证水线的均匀推进。

尽管如此，也只能解决层间矛盾。油田进入三高开发阶段以后（高含水、高采出程度、高采油速度）阶段，如何提高油田采收率，当务之急是解决油田的平面矛盾和层间矛盾，想法扩大注入水的波及体积和提高驱油效率。

E采收率=Ev波及体积×E驱油效率

（靠深部调剖）（靠三次采油）

（一）什么是深部调剖技术

深部调剖技术：通过注水井、对油层深处注入各种调剖剂。注入方法可以是段塞法、大剂量法、延迟交联法等，利用调剖剂的堵塞、滞流作用，封堵高渗透率部位，高吸水层段，迫使液流转向，从而扩大了波及体积，提高注水开发效果和水驱阶段的采收率。

（二）对深部调剖剂性能的要求

1、有较好的粘弹性和强度（要具有变形虫的特点）

2、有遇水膨胀十至几十倍的性能

3、有较好的耐温性（在油层温度条件下，保持较高的粘度）

4、有较好的抗盐性和抗酸性（遇到Ca2+、Mg2+和低PH值不降解）

5、有良好的可注入性能

6、有良好的耐剪切性能（抗炮眼、孔隙的剪切）

（三）当前深部调剖技术的进展情况

随着长庆油田调剖堵水的逐步深入和调剖工作量的逐渐加大，在堵剂应用上，进一

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步加大了堵剂的研究力度，使调剖剂科学化、系列化，形成了很多体系配方，以满足长庆油田不同油藏调剖堵水的需要，这些堵剂的研究与应用，在生产中取得了较好的效果。

1、凝胶体系

凝胶体系是以HPAM为主要成分的抗高温高盐调剖剂为代表，适用温度60—100℃，该堵剂特点是抗盐性、热稳定性、抗剪切性较好代表体系如PIA—601

2、分散体系

分散体系是由一定细度的固体颗粒分散在水中配成，主要应用了两种分散体系。

（1）钙基、钠基分散体系

这两种体系中蒙脱石含量高，在水中的粒径较大，对水的稠化能力较低，因此可以使用较高的浓度。

（2）灰渣泥分散体系

灰渣泥是水体改造后的残渣，其主要成分是碳酸盐和氢氧化物，对封堵大孔道十分有效，该堵剂抗盐性好，不受温度影响，具有耐冲刷、耐压、强度高等特点。

分散体系堵剂主要应用于封堵中低渗透层，其特点是封堵强度高，有效期长。

3、絮凝体系

絮凝体系是由水溶性聚合物分子桥接固体颗粒产生，为使絮凝发生在离井眼的不同距离，因此絮凝体系必须用双液法的方式注入，由隔离液的注入量控制絮凝发生的距离，絮凝体系一般应用于高中渗透层中期调剖，比分散体系具有更好的封堵能力。

4、活化体系

活化体系由钙土与活化剂配成，因此先将钙土注入地层，再注活化剂将它活化成钠土，通过提高膨胀性提高调剖剂的封堵能力。钠土的活化有两个特点，即阳离子为Na+、K+或NH4+（主要用Na+），阴离子可与Ca2+反应生成沉淀。试验表明，活化体系比絮凝体系具有更好的封堵作用，主要应用于高中渗透层高含水期注水井调剖。

5、固化体系

固化体系是以粘结剂将水泥、粘土或石灰泥粘结而成，一般以单液法注入。由于它比其它体系有更好的封堵作用。因此固化体系适用于封堵高渗透层或裂缝。现场一般使用了钙土低度固化体系、钙土高度固化体系、石灰泥固化体系、BL—D、水膨体等，这些堵剂对存在高渗透次生孔道的长期注水地层，固化体系对这些孔道的封堵效果具有较

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好的封堵作用。

6、近增远调体系

这类堵剂主要应用于低渗透地层，对于注水压力高，油层致密，非均性严重的油藏具有较好的作用。这类堵剂主要有水玻璃—盐酸、水玻璃—氯化钙两种。

7、复合体系

根据长庆油田大孔道普遍存在的状况，为提高调剖效果，开发了复合体系调剖剂，这类调剖剂主要有多种堵剂组合，并加入一定量的添加剂，以提高调剖效果，这类堵剂一般应用于封堵大孔道。现场采用的复合体系主要有有机凝胶+无机凝胶+固化体系。

上述调剖剂在矿场使用中都发挥了积极作用。但仍满足不了生产急需。化学类的受油层温度和矿化度所限，沉淀颗粒类虽不受温度和矿化度的影响，但只能调剖高渗透层，小于50mD就不适应了。因此，调剖工艺目前的主要任务就是开发新的堵剂体系。

（四）逐级深部调驱技术的研究与实践

中国科学院应用化学研究所研制的纳米微球调剖剂，它是将复合堵剂通过加工，做成（μm级或nm级）的微球，膨胀倍数100倍，注入体积倍数0.15PV，在低渗透直到1000mD的高渗透油层进行调剖，仍然有效。具有抗高温、抗高盐、耐剪切，可用任何水质调配。注入地层后，这些超细的颗粒先进入大孔道，利用自身的膨胀堵塞大孔道，迫使注入水向新的方向推进，使剩余油更富集的地区得到水的驱动，从而扩大了注水波及体积，达到了提高采收率的目的。

若采用此技术，我国共有150亿吨的水驱储量。若提高采收率5%-10%，按8%计算，与当前的水驱技术相比，可以多采出12亿吨，这就等于又找到了地质储量48亿吨的大油田。对社会产生巨大的经济效益。目前主要受成本限制，还未大规模应用，有待进一步研究改进，降低成本，从而满足油田大规模应用。

三、油水井堵水调剖设计与施工技术

（一）油水井堵水调剖设计

1、取全取准各项资料

要取准取全资料，即：四图、四曲线和两数据表。

四图为：a、油藏构造图

b、油藏剖面图（和井筒连通的诸油层剖面）

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c、井身结构图（油套管和固井结构图）

d、吸水剖面图（在相同井口注水压力下，各油层的吸水量）

四曲线：a、油井水井综合注水曲线

b、注水井指示曲线

c、注水井压降曲线

d、水驱特征曲线（油田某一时刻的产油量和产水量曲线）

两表：a、油藏开发动态及储集层数据表

b、水堵和调剖数据

2、堵水调剖决策技术

长庆油田从1990年开始进行水井调剖到2005年的区块整体调剖，在十几年调剖中应用了三种决策技术，即油藏示踪剂监测技术，油藏数值模拟技术和PI决策技术，这三种技术的应用，使长庆油田的调剖技术得到了进一步的完善和发展。

1）示踪剂监测技术

长庆油田属于注水开发油田，随着注水开发时间的延长，油藏的原有孔隙结构和各种物性参数将会发生变化。为了提高驱油效率，提高注水井调剖、油井堵水和封堵大孔道效果，关键是对油藏的认识，从而必须对油藏进行精细描述，而示踪剂监测技术是对油藏进行精细描述的一种重要手段。示踪剂监测技术是从注水井注入一定浓度的示踪剂，在对应油井监测示踪剂，并绘制示踪剂产出曲线，根据示踪剂产出曲线的数值分析解决以下问题：

（1）根据示踪剂产出曲线，用数值分析方法，通过曲线拟合，得到主产水层的厚度和渗透率，同时，可以比较直观地判断油水井连通状况。

（2）检验地层有无大孔道、高渗透层和裂缝存在。

（3）判断出水层是否适用颗粒堵剂。

（4）判断大孔道，高渗透层水淹面积和厚度，以确定堵剂用量。

2）油藏数值模拟技术

要搞好调剖堵水工作，首先必须搞清油田水淹状况和地下剩余油分布，以合理确定调剖堵水井、层。而油藏数值模拟则是搞清剩余油分布的有效方法，油藏数值模拟和堵水调剖优化方法就是把油田的动、静态资料输入计算机，运用黑油模型拟合油田开开发

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历史，搞清剩余油布。建立增产模型，预测增产效果，优化最佳施工方案。油藏数值模拟和堵水调剖优化设计的主要过程是：

（1）建立地质模型，进行网格划分

（2）准备油藏参数进行历史拟合

（3）根据历史拟合情况建立油藏的增产模型

（4）根据增产模型用正交设计法进行优选得出油藏调剖堵水最优设计方案

3）PI决策技术

PI(PressureIndex）又叫压力指数决策技术，它是以注水井井口压降曲线为依据的决策技术，注水井的PI值由下式求得，即：

式中:PI－注水井的压力指数，MPa，

p(t)－注水井关井t时间后井口的油管压力，MPa，

t－关井时间，min。

首先必须测取各注水井的PI值，即注水井关井90min后所测的压力指数值记作PI90,为使注水井的PI值与区块中其它注水井的PI值相比较，应将各注水井的PI值改正至相同的q/h值情况下，为确定区块相同的q/h值,可以先计算区块的q/h平均值，然后就近归整,再按下式计算PI改正值。

若区块各注水井注水厚度相差不大,PI值也可按区块平均值的归整值进行校正,然后将区块各注水井按此PI校正值的大小进行排列。

通过上述计算,PI值低于区块平均值的注水井为调剖井,

高于区块平均值的为增注

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井,在区块PI平均值附近(略高或略低)的为不处理井。

PI决策技术,可以解决高含水油田整体调剖堵水中六个方面的问题：

（1）判断区块调剖的必要性；

（2）确定调剖井；

（3）选择适当的调剖剂；

（4）确定调剖剂用量；

（5）预测调剖效果；

（6）确定调剖施工周期。

3、编制调堵方案设计

a、建立注水开发的地质模型

b、用数值模拟对开采历程综合分析和历史拟合，提出挖潜方向

c、堵水、调剖和区块整体治理方案

d、根据油藏的特点、筛选出相适应得调堵剂

e、编制出注水压力，注入数据，注入总量，处理半径

f、动态监测分析

（二）注水井调剖施工技术

图7注水井调剖施工技术

注水井调剖施工，确保合理的注入方式可以提高堵水调剖成功率，同时减少对非目

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的层的污染，提高调剖效果，延长调剖周期。

1、注入压力及注入速度的设计

挤堵剂时，为确保堵剂有效地封堵目的层，减少对非目的层的污染，注入压力要控制在非目的层的破裂压力之P破—处理层破裂压力Mpa；P注—堵剂挤注压力Mpa；

P地—处理层地层压力Mpa；Pfr—挤堵剂时沿程摩擦损失Mpa；PH—处理井液柱压力Mpa。

对选定的注入压力，注入排量由下式确定：

q=2πkhΔP/μln（Re-Rw）

q——注入排量m3/d；

k——处理层段平均渗透率10-3μm；

h——处理层有效厚度m；

Δp——注入压差MPa；

μ——堵剂溶液粘度Mpa.s；

Re——处理半径m；

rw——井筒半径m；

根据现场计算，施工压力控制在18Mpa以内，注入速度控制在2.8-3.5m3/h为宜。

2、堵剂注入方式

堵剂注入一般强度较低的堵剂先注入，然后再注强度较高的堵剂，这样可以达到较好的封堵效果，延长调剖有效期。

3、施工管柱

根据长庆油田注水井井下技术状况和地层特点常采用分层调剖和笼统调剖，一般采用光油管方式注入堵剂，以便于多段塞施工。

4、注入设备

可采用水泥车进行调剖施工，但目前多采用橇装式调剖泵，操作简单，运转周期长，较好地满足了调剖施工的需要，提高了系统工艺水平。

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（四）注水井调剖效果评价

1、水井主要评价指标

①井口压降曲线评价

实施化学调剖后注水井的注入压力提高，压力降落曲线较为平缓，调剖前后的压降曲线的变化可以作为评价注水井调剖是否有效的一个依据。

②吸水剖面评价

通过调剖前后注水井吸水剖面变化情况可以比较直观地反映出调剖是否见效。如果调剖后注水井吸水剖面变得均匀，而且原来强吸水层吸水量下降，则说明该井调剖是成功的。

③注水指示曲线评价

注水指示曲线变化情况反映了地层吸水能力变化。因此也可以通过调剖前后的注水指示曲线变化情况评价注水井调剖效果。

2、油井主要评价指标：

①增加产油量评价

绘制出调剖井连通的油井或油田区块的水驱特征曲线后，可以求得在有效期内按原曲线外推求得的累计产油量Npl，再按措施后的水驱特征曲线求得有效期内的累计产油量Np2，则有效期内增加产油量为:

∆Np=Np1-Np2

②降低产水量评价

调剖有效期结束时实际阶段产油为NP，对应实际产水量为Wp2按调剖前的水驱曲线，当累积产油量为Np，时累积产水量为WP1所以调剖有效期内降低的水量为:

∆Wp=Wp1-Wp2

③增加可采储量评价

根据水驱特征曲线，可以预测出当含水率达到98%时调剖前后的累积产油量Npmax1、Npmax2，则可以计算出增加的可采储量∆Npmax

∆Npmax=Npmax2-Npmax1

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④提高最终采收率评价

根据预测出的增加可采储量可以求得经济开采期结束时提高最终采收率幅度。

∆ŋ=∆Npmax/N

式中N－地质储量

三、长庆油田调剖现状

长庆油田由于近几年的调剖，见到了较好的增油降水效果，区块开发指标得一定改善，使油藏的均质性得到一定加强。但随着水井调剖时间的延长，调剖井次的增加，调剖效果逐渐变差，对应油井见效井点逐渐减少；增油量逐渐减少。从而，可以看出随着水井调剖时间的延长，调剖效逐渐变差。目前长庆油田影响水井调剖效果变差的原因有以下几点：

1、实施整体调剖的区块，由于颗粒调剖剂有效期有一定限度，调剖轮次减少，影响了调剖整体效果。

2、单井调剖剂用量少，致使调剖有效期短。

3、水井调剖后，对应油井配套措施（提液、升级、补孔、加深）工作量减少，影响调剖整体效果。

4、水井调剖新技术，未形成生产能力；封堵大孔道技术有待提高，新型调剖剂和调剖技术有待发展。

调剖堵水是有一定限度的，调剖堵水达到一个限度，调剖效果逐渐变差，其原因一是堵剂使用数量的限度，随着调剖时间的延长，当调剖的次数超过一定限度时单位堵剂增产的油量逐渐减少，这说明堵剂使用存在一个数量限度；二是堵剂起作的机理限度，根据水驱采收率=波及系数×洗油效率，而堵剂只能提高注入水的波及系数，不能提高洗油效率，因此，堵剂只能在提高波及系数的范围内起作用。

四、长庆油田调剖发展方向

长庆油田水井调剖已走过了十几年的路程，虽然调剖技术有了长足的发展。但随着油田的开发，油层物性发生了变化，水井调剖效果逐渐变差，为此，加强调剖剂和新的调剖工艺技术，是实现油田控水稳油的有效手段，长庆油田今后应开展以