調剖堵水

調剖堵水是指從注水井進行封堵高滲透層時，可調整注水層段的吸水剖面或從採油井進行封堵高滲透層時，可減少油井產水。

基本介紹

• 中文名：調剖堵水
• 外文名：profile control and water plugging
• 學科：石油工程
• 目的：提高採收率
• 機理：控制油水比或控制產水
• 堵劑：油性、水性

背景

油田開發到中後期,地層能量降低，採收率降低，我國大部分油田開始通過注水補充地層能量以提高採收率。但由於地層、油層的非均質性和複雜性，會出現水在油層中的“突進”和“竄流”現象。隨著注水量的增加，注水剖面的不均勻性增加，導致油井大量出水。油井平均含水已達80%以上，東部地區的一些老油田含水高達90%以上，甚至於超過了經濟極限（含水率95%-98%）。因此，堵水調剖的工作量逐年增大，工作難度增加，而增油潛力降低，這種形式促進了堵水調剖技術的不斷發展。

發展階段

上個世紀50-60年代我國處於探索研究階段，探索研究堵水的一些方法和化學劑，開展了少量的油田套用實踐，取得了一定成效。

60-70年代主要以油井堵水為主，大慶油田在機械堵水方法和井下工具、勝利油田在化學堵水方面發展較快，其他油田也有相應的發展。

80年代注水井調剖技術大為發展，為形成油田區塊、井組為單元的整體措施奠定了基礎。

80-90年代初期，堵水技術由單井處理髮展到區塊綜合治理，大規模地開展了從油藏整體出發，以油田區塊為單元的整體堵水調剖處理。

90年代中後期，提出了在油藏深部調整吸水剖面，促進了油藏深部調剖技術的發展。

進入新世紀，隨著油田開發不斷深入，調剖堵水技術已向注水區塊弱凝膠深部整體調剖、熱采稠油油藏整體封堵邊底水入侵錐進、深井和超深井堵水、水平井堵水等方面發展。

近年來，調剖堵水技術已向油層深部液流改向（深度調剖）方向發展，並已逐漸成為提高注入水波及體積、改善水驅效果、穩油控水的一項重要技術。

機理

堵水是控制油水比或控制產水,實質上是改變水在地層中的滲透規律,堵水工藝根據施工對象的不同可以分為油井堵水和水井調剖,其目的是補救油井的固井技術狀況和降低水淹層的滲透率從而提高油層的採收率。一般的堵水劑是指用於生產井堵水處理劑,調剖劑是注水井調整吸水剖面的處理劑。油田中採用的堵水法有機械堵水法和化學堵水法兩類。化學法堵水是通過化學堵水劑的化學作用對出水層進行堵塞;機械法堵水法是用分隔器將出水層位在井筒內卡開從而阻止水流人井內。

根據堵水劑對油層和水層的堵塞作用化學堵水可分為非選擇性堵水和選擇性堵水,根據施工要求還有永久堵和暫堵。非選擇性堵水是堵劑在油井層中能夠同時封堵油層和水層的化學劑,選擇性堵水是指堵劑只與水起作用並不與油起作用,因此只在水層造成堵塞而對油層影響甚微。堵水調剖劑技術要在油田套用中獲得成功並且產生效益,除了有好的堵劑外還必須深人研究油藏及處理工藝,三者互相配合不可偏廢。機械調剖堵水法只適用於那些油水界面清楚且各小層間存在一定厚度隔層的油藏。對於不存在隔層的非均質厚油藏或因隔層厚度太小而無條件實施分層注水或分層采液的油藏,則只能使用化學法。

堵劑

化學劑技術是堵水調剖中發展最活躍、最引人關注的技術。根據堵水劑對油層和水層的不同堵塞作用，化學堵水劑可分為非選擇性堵水劑和選擇性堵水劑。非選擇性堵水劑是指堵水劑在油層中能同時封堵油層和水層的化學劑；選擇性堵水劑是指堵水劑只與水起作用，而不與油起作用，故只在水層造成堵塞而對油層影響甚微。

非選擇性堵水劑的方式只適用於封堵單一層位，且施工複雜，要找準水層段，這就限制 了它的使用。而在油田堵水調剖作業過程中，往往會遇到以下情況，油田出水層位不明確、固井質量不合格、套管變形、隔層薄和特殊的完井方式，這時只能採用選擇性堵水劑。

選擇性堵水劑是相對的，它進入目的層後，對水的堵塞率可達80%以上，而對油的堵塞率小於30%。選擇性堵水劑是通過油和水，產油層和產水層的差別進行堵水調剖。選擇性堵水劑的種類較多，根據配製堵水劑時所用的溶劑或分散介質，可分為水基選擇性堵水劑、油基選擇性堵水劑、醇基選擇性堵水劑，而醇基選擇性堵水劑在油田現場套用較少。

1、水基選擇性堵水劑

水基選擇性堵水劑是選擇性堵水劑中套用最廣、品種最多、成本較低的一種堵水劑，包括各類水溶性聚合物、泡沫等，其中最常用的是水溶性聚合物。

（1）聚丙烯醯胺（PAM）堵水劑：

油田現場套用較早的聚合物主要是聚丙烯醯胺，注入地層後限制出水，而不影響油氣產 量，是一種廉價的處理方法。聚丙烯醯胺在進入低滲透層時通過橋式吸附實現低的侵入量，從而實現選擇性封堵。聚丙烯醯胺堵水劑的缺點是封堵強度較低。法國學者用兩種改進的方法（PAM就地膨脹）堵水，既改變了常規PAM處理的效果，又消除了對地層的傷害，而且封堵地層後產油量提高一倍，有效期長達三年以上。

部分水解聚丙烯腈（hydropolyacrylonitrile, HPAN）有著與HPAM大體相同的分子結構，因此，它也具有與HPAM大體相同的選擇性堵水機理和性能。

（2）凝膠類堵水劑：

水溶性聚合物凝膠通過被地層吸附而使滲透率不均衡降低，從而使水相滲透率降低幅度 大於油相和氣相滲透率的降低幅度。具有代表性的凝膠類堵水劑包括：延緩交聯型凝膠堵水劑、互穿聚合物網路型油田堵水劑、預凝膠和二次交聯凝膠。

① 延緩交聯型凝膠堵水劑:

所使用的堵水劑在配製初期，交聯劑與聚合物不發生反應，注入地層後在地層條件下緩 慢交聯，成膠後強度高，主要封堵大孔道和高滲透層。人們常採用單液法和雙液法，也就是地面交聯和地下交聯兩種方法，以期達到延緩交聯的目的，其中以單液法為主。延緩交聯型凝膠堵水劑較為優秀的代表是Cr3+/HPAM凝膠，是由部分水解聚丙烯醯胺（HPAM）和Cr3+交聯劑發生交聯反應形成具有三維格線結構的凝膠。

② 互穿聚合物網路型油田堵水劑：

互穿聚合物網路（Interpenetrating Polymer Network, IPN）是由兩種或兩種以上的聚合物網路相互穿透或纏結所構成的一類化學共混網路合金體系，其中一種網路在另一種網路的直接存在下現場聚合或交聯形成，各網路之間為物理貫穿。

③ 預凝膠：

採用部分水解聚丙烯醯胺溶液與乙酸鉻在地麵條件下快速交聯形成預凝膠來降低裂縫性油藏調剖作業的濾失量，降低濾失的機理是通過在裂縫壁面上形成凝膠濾餅來控制堵水劑的濾失。

④ 二次交聯凝膠：

在地麵條件下，將部分水解聚丙烯醯胺溶液、乙酸鉻（第一交聯劑）和甲醛、苯酚（第二交聯劑）混合。由於室內研製的乙酸鉻交聯劑反應活性較高，在地面溫度下部分水解聚丙烯醯胺與乙酸鉻發生交聯反應形成了預凝膠，而第二交聯劑酚醛不會在地面溫度下發生交聯反應。預凝膠被擠入地層，然後在地層溫度下（大於60℃）與酚醛發生第二次交聯形成的高強度二次交聯凝膠。與預凝膠相比，二次交聯凝膠強度更高，適用於強力封堵大裂縫，而預凝膠適用於封堵中小裂縫。

（3）泡沫類堵水劑：

泡沫分為二相泡沫和三相泡沫，前者包括起泡劑和水溶性添加劑，後者還含有固相如膨潤土、白粉等。三相泡沫比二相泡沫穩定得多，故現場多使用三相泡沫。

當泡沫中氣泡通過直徑比它小的地層岩石孔喉時會產生賈敏效應。當泡沫通過非均質地層時，它首先進入高滲透層段，由於賈敏效應的疊加原理，其流動阻力逐漸增大。隨著注入壓力的增大，注入流體可以依次進入那些因孔喉半徑小、流動阻力大而未被注入水波及的中、低滲透率油層，提高波及係數。

2、油基選擇性堵水劑

（1）油溶性聚合物：

油溶性聚合物與其他材料復配，製備油溶性聚合物選堵劑，並添加適量的增強材料，以增加其封堵強度。油流通過時，選堵劑能逐漸被溶解分散，使其網路結構強度降低，因而油相滲透率可慢慢恢復，而在水相中，選堵劑不能被溶解，起到很好的選擇性堵水作用。

（2）油基水泥：

油基水泥是水泥在油中的懸浮體。水泥表面親水，當它進入產水層時，水置換水泥表面的油並與水泥作用，形成水泥固結體，封堵產水層。所用水泥為適用於相應深度的油井水泥，所用油為汽油、煤油、柴油或低黏度原油。為改變懸浮體的流度，油基水泥中還添加有表面活性劑。

（3）活性稠油：

活性稠油是溶有乳化劑的稠油。該乳化劑為油包水型乳化劑，它可以使稠油遇水後產生高黏度的油包水乳化液。由於稠油中含有相當數量的油包水型乳化劑如環烷酸、膠質、瀝青質等，所以可將稠油直接用作油井選擇性堵水，也可將氧化瀝青溶於油中配成活性稠油。這種瀝青既是油包水型乳化劑，也是油的稠化劑。

3、非選擇性堵水劑

非選擇性堵水劑包括樹脂型堵水劑、凍膠型堵水劑、凝膠型堵水劑、沉澱型堵水劑、分散體型堵水劑。

發展趨勢

1．降低調剖劑成本

降低調剖劑原料成本：用水體改造後剩下的殘渣（石灰泥）、造紙廠的廢液（黑液）和熱電廠產出的粉煤灰作調剖劑原料，配成調剖劑，用於調剖；

降低調剖劑的使用濃度：用低濃度的聚合物與低濃度的交聯劑配成的CDG調剖劑。CDG調剖劑是通過凍膠束的形成對壓差小的深部地層進行封堵。由於CDG調剖劑的原料濃度低，所以成本低，因此可大量使用。

2．合理組合調剖劑

可將調剖劑按地層壓降漏斗的特點進行組合。在組合調剖劑中有不同強度的調剖劑，其中強度較大的調剖劑用於封堵近井地帶，強度較小的調剖劑用於封堵遠井地帶。調剖劑的合理組合，可以減少調剖劑用量，也即降低調剖劑費用。

3．把握調剖劑注入時機

調剖劑不同注入時機，有不同的增油效果。對油藏開發階段，有調剖的最佳時機。有些研究認為最佳的時機是在區塊油產量開始下降的時候。

調剖後的重複施工中也有最佳時機。有些研究認為應在投入產出比合理的條件下，及時重複施工，使地層滲透率儘快趨向均質化。

4．由近井調剖過渡到遠井調剖（深部調剖）

調剖劑放置離井眼的位置是先近後遠，而注水井調剖的發展趨勢是由近井調剖過渡至遠井調剖。近井調剖投入少，施工時間短，但波及效率提高小；遠井調剖雖然投入多，施工時間長，但波及效率提高大。

由近井調剖過渡至遠井調剖，這是注水井調剖的必然發展趨勢。

5．將調剖技術與驅油技術結合起來

調剖技術與驅油技術結合形成後面講到的二次採油與三次採油結合技術（“2+3”提高採收率技術）。調剖技術與驅油技術有各種結合：

1) 調剖技術與化學驅技術結合；

2) 調剖技術與氣驅技術結合；

3) 調剖技術與熱驅（熱力採油）技術結合；

4) 調剖技術與微生物驅技術結合。