非選擇性堵劑

非選擇性堵劑是指由高分子聚合物組成，用於非選擇堵水作業時的一種堵劑。

基本介紹

• 中文名：非選擇性堵劑
• 外文名：Non selective plugging agent
• 目的：調剖堵水
• 局限性：難以準確判斷油井出水部位
• 學科：石油工程
• 種類：水泥類、樹脂型、凝膠型等

作用機理

非選擇性堵水將封堵地層一切孔道, 適用於封堵單一水層和高含水層。非選擇性堵劑可以在地面上配製成水溶液, 泵入地層後生成凍膠、樹脂, 從而封堵地層。也可採用雙液法, 把兩種成分分別泵入地層, 使之在預定的位置相遇發生反應, 生成固體沉澱而達到封堵目的。還可把固體顆粒, 如油基水泥、水基水泥、粘土、粉煤灰等, 懸浮在油中或水中, 泵入地層後凝固成固結體而封堵地層。由於該類堵劑的非選擇性, 因此套用的先決條件是找準出水層段, 並採取一定措施將油層和水層分隔開。但目前的找水方法還難以準確判斷油井出水部位, 故限制了該項工藝的實施。

種類

水泥類堵水劑

這是最早使用的堵水劑，利用它凝固後的不透水性進行封堵，通常用於打水泥塞封下層水；擠入竄槽井段封堵竄槽水，或擠入水層堵水。由於價格便宜，強度大，可以用於各種溫度，至今仍在研究和使用。主要產品有水基水泥、油基水泥、活化水泥及微粒水比。由於水泥顆粒大，不易進入中低滲透性地層，因而用擠入水層的方法諸水時，封堵強度不高，成功率低，有效期短。長時間以來這類堵劑的套用範圍受到限制。最近研製成功的微粒水泥和新型水泥添加劑給水泥類堵劑帶來了新的活力。

樹脂型堵劑

樹脂型堵劑是指由低分子物質通過縮聚反應產生的高分子物質，樹脂按受熱後性質的變化可分為熱固性樹脂和熱塑性樹脂兩種。非選擇性堵劑常採用熱固性樹脂，如酚醛樹脂、環氧樹脂、脲醛樹脂、糖醇樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂等。
（a）脲醛樹脂：脲與甲醛在NH4OH等鹼性催化劑作用下縮聚成體型高分子化合物，稱為脲醛樹脂。
（b）環氧樹脂：常用的環氧樹脂有環氧樹脂、環氧苯酚樹脂和二烯烴環氧樹脂。施工時，在泵注前可向液態環氧樹脂中添加幾種硬化劑，硬化劑和環氧樹脂反應後使其聚合成堅硬惰性的固體。
（c）糖醇樹脂：糖醇在酸存在時本身會進行聚合反應，生成堅固的熱固性樹脂。糖醇樹脂堵水是先將酸液（80%的磷酸）打入欲封堵的水層，後泵入糖醇溶液，中間加隔離液（柴油）以防止酸與糖醇在井筒內接觸。當酸在地層與糖醇接觸混合後，便產生劇烈的放熱反應，生成堅硬的熱固性樹脂，堵塞岩石孔隙。
綜上所述，樹脂類堵劑具有如下優點：可以注入地層孔隙並且具有足夠高的強度，可以封堵孔隙、裂縫、孔洞、竄槽和炮眼；樹脂固化後呈中性，與井下液體不反應，因而有效期長。據報導，每消耗1噸商品樹脂堵劑，可增產原油186噸，經濟效益顯著。

其缺點是：成本較高，無選擇性，使用時通常僅限於靜底周圍徑向30cm以內，使用前必須撿測處理層位並加以隔離，樹脂固化前對水、表面活性劑、鹼和酸的污染敏感，使用時必須注意。

無機鹽沉澱型調剖堵水劑

該堵劑主要是矽酸鈣堵劑。利用相對密度1.50-1.61的水玻璃和相對密度1.3-1.5的氯化鈣溶液，中間以柴油隔離，依次擠入地層，使水玻璃與氯化鈣在地層內相遇，則生成白色矽酸鈣沉澱，堵塞地層孔隙。水玻璃與氯化鈣的比例約為1：1，總用量可根據水層厚度、孔隙度及擠入半徑確定。這種封堵劑來源廣，成本低，施工安全簡便，封堵效果好，解堵容易（高壓酸化、鹼液壓裂），但在施工時必須採取有效保護措施，否則會堵塞油層、污染地層。

凝膠型堵劑

凝膠是固態或半固態的膠體體系，由膠體顆粒、高分子或表面活性劑分子互相連線形成的空間網狀結構，結構空隙中充滿了液體，液體被包在其中固定不動，使體系失去流動性，其性質介於固體和液體之間。凝膠分為剛性凝膠和彈性凝膠兩類。
（a）矽酸凝膠：矽酸凝膠是常用的凝膠之一。在稀的矽酸溶液中加電解質或適當含量的矽酸鹽溶液加酸，則生成矽酸凝膠，該凝膠軟而透明，有彈性，其強度足以阻止通過地層的水流。其堵水機理如下：Na2SiO3溶液遇酸後，先形成單矽膠，後縮合成多矽膠。它是由長鏈結構形成的一種空間網狀結構，在其網路結構的空隙中充滿了液體，故成凝膠狀，主要靠這種凝膠物封堵油層出水部位或出水層。矽酸凝膠的優點在於價廉且能處理井徑周圍半徑1.5-3.0m的地層，能進入地層小空隙，在高溫下穩定。其缺點是Na2SiO3完全反應後微溶於流動的水中，強度較低，需要加固體增強或用水泥封口。此外，Na2SiO3能和很多普通離子反應，處理層必須驗證清楚.並在其上下隔開。
（b）氰凝堵劑：氰凝堵劑由主劑（聚氨酯）、溶劑（丙酮）和增塑劑（鄰苯二甲酸二丁酯）組成，當氰凝材料擠入地層後，聚氨酯分子兩端所含的異氰酸根與水反應生成堅硬的固體，將地層孔隙堵死。該堵劑作業時要求絕對無水，又要使用大量有機溶劑，因此尚需進一步研究。
（c）丙凝堵劑：丙凝堵劑是丙烯醯胺（AM）和N,N-甲撐雙丙烯醯胺（MBAM）的混合物，在過硫酸銨的引發和鐵氰化鉀的緩凝作用下，聚合生成不溶於水的凝膠而堵塞地層孔隙，該劑可用於油、水井的堵水。

凍膠型凝膠

凍膠型凝膠是由高分子溶液在交聯劑作用下形成的具有網狀結構的物質，因其含液量很高（通常大於98%），膠凝後類似於凍膠而得名。該類堵劑很多，如鋁凍膠、鋯凍膠、鈦凍膠、醛凍膠、鉻木質素凍膠、矽木凍膠、酚醛樹脂凍膠等都屬此類。

評價

在油氣井非選擇性堵劑中，樹脂堵劑強度最好，凍膠、沉澱型堵劑次之，凝膠最差；而成本則是凝膠、沉澱型堵劑最低，凍膠次之，樹脂型最高。由此可見，沉澱型堵劑是一種強度較好而價廉的堵劑，加之它耐溫、耐鹽、耐剪下，是較理想的一類非選擇性堵劑。在油氣井非選擇性堵劑中，凝膠、凍膠和沉澱型堵劑都是水基堵劑，都有優先進入出水層的特點，因此在施工條件較好的油氣選擇性堵水中同樣也可使用。

套用工藝方法

非選擇性化學堵水工藝是指將一定的化學堵劑經油井注入到出水層段，通過堵劑在地層近井地帶的物理化學變化實現封堵的技術。目前南堡油田非選擇性化學堵水工藝主要採用以下三種堵劑體系。

1、油井水泥體系封堵工藝

該工藝採用G級油井水泥為主劑，根據施工要求添加一定比例的緩凝劑和降濾失劑。該體系特點是材料價格便宜，措施工序簡單，成功率高，封堵半徑小，承壓低。該種堵劑體系一般適用於封堵井段跨度距離短、層段總厚度10m以內的地層。

施工方式為：

第一，將經過試驗評價的油井水泥、添加劑、清水按一定比例在地面配製成為具有一定比重和稠化時間等滿足施工需要的水泥漿；

第二，地面管線及井筒管柱試壓合格後，關套管閘門，用柱塞泵車組將配置好的水泥漿經油管正擠入地層；

第三，頂替水泥漿進入地層後反洗出多餘灰漿，上提管柱關井候凝48h，下入適合套管尺寸的三牙輪鑽頭將井筒中凝固的水泥磨鑽沖洗乾淨，對封堵層段進行試壓，驗證封堵效果。

2、 複合堵劑

該工藝採用複合堵劑配方，主要成分為超細油井水泥、耐酸堵劑、無機填充劑、緩凝劑、降濾失劑、膨脹劑等。

其特點是針對不同溫度、滲透率地層可調整稠化時間、粒徑等性能參數，可用於長跨度、大灰量及帶封隔器保護上部層位的施工，套用範圍較廣，封堵半徑可靈活調整，封堵後承壓能力高於油井水泥體系。

缺點是費用高，造成施工事故幾率較高。對於封堵井段上部層位的措施，其施工方式與油井水泥體系封堵工藝相同；對於需要保護上部油層封堵下部水層的油井措施，只需在施工管柱上增加適當的封隔器，坐封並驗封合格後方可按上述施工方式完成封堵。

3、脲醛樹脂體系

脲醛樹脂堵劑體系主要成分包括合成脲醛樹脂中間體及有機填充料。其特點是堵劑用量較小、承壓強度高、施工後井筒處理簡單等；缺點是價格高。施工方式與複合堵劑體系施工方式相近，不同點在於施工結束後無需洗井上提管柱，可直接候凝。