（油气田开发工程专业论文）埕岛油田不动管柱堵水方法研究.pdf

s t u d i e so n 、t e rs h u t o f f w i t h o u tp u l l i n gs t r i n gi nt h ec h e n g d a oo i lf i e l d w a n gj i a n g u o ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f d a ic a i l i a b s t r a c t a sf o rc h e n g d a oo i l f i e l db e l o n gt oo f f s h o r eo i lf i e l d ，s oe x i s tl i m i t a t i o n so fw a t e r s h u t o f f w h e no i lw e l lw a t e rs h u t o f f ，i ta s kf o rw i t h o u tp u l l i n gs t r i n g ，a n dw a t e rs h u t o f f a g e n ta s kf o rm a k eu p 诵t hs e aw a t e r ，e n v i r o n m e n t a l l ya n dr e s i s t a n tt os h e a r t h ek e y a s p e c t sa b o u tw a t e rs h u t o f fw i t h o u tp u l l i n gs t r i n gi nt h ec h e n g d a oo i lf i e l dw e r es t u d i e di n t h i sp a p e r , i n c l u d i n gw a t e rs h u t o f fa g e n t , m a t c h i n gt r e a t m e n tf l u i da n dw a t e rs h u t o f f t e c h n o l o g ye t c g e l t y p ea n df r o t h yg e lt y p ew a t e rs h u t o f fa g e n t sw e r ec h o s e nf o rf u r t h e r s t u d ya c c o r d i n gt o t h ef o r m a t i o nc o n d i t i o n so ft h ec h e n d a oo i lf i e l d 。o x i d or e d u c t i o n c h r o m i u mg e l ，o r g a n i cc h r o m i u mg e la n dp h e n o l i cr e s i ng e lw e r es t u d i e df o rg e l t y p ，w h i c h i sa b o u tg e la p p l i c a t i o np r o p e r t i e si n c l u d i n gg e l a t i o nt i m e ，g e ls t r e n g t h ，r e s i s t a n c et os h e a r i n g ， s h u to f fc a p a c i t ya n dr e s i s t a n c et oe r o s i o ne t c t h i sr e s e a r c hg a i n sas e r i a lo fg e lf o r m u l a t i o n w i t ha d j u s t a b l eg e l a t i o nt i m e ，s t r e n g t ha n ds a t i s f a c t o r ys t a b i l i t y o p t i m i s eg a s ，o p t i m i s e f o a m i n ga g e n t ，o p t i m i s es t a b i l i t ea g e n ta n do p t i m i s eg e lf o r m u l aw e r ec h o s e nf o rf r o t h yg e l t y p ew a t e rs h u t o f fa g e n t sf u r t h e rs t u d y p r e f l u s h ，a f t e r f l u s ha n dg e lb r e a k e ra g e n t sw e r e s t u d i e da tt h ec h e n g d a oc o n d i t i o n ，o b t a i n i n gp r e f l u s hf o r m u l a t i o n sf i tf o r c h e n g d a oo i l s a m p l e a n dg e lb r e a k e ra g e n t sf o r m u l a t i o n s s t u d i e dt h ew a t e rs h u t o f fm e t h o d ，w i t c h p r e t r e a t m e n t f o r m a t i o nw i 也h i g hc o n c e n t r a t i o no fp o l y m e r , o p t i m i z ew a t e rs h u t o f f p a r a m e t e r sb ym e a n so fp e r p e n d i c u l a r i t yt e s t ，i n c l u d i n gm a s sf r a c t i o no fp o l y m e r , i n t a k e v o l u m eo fp o l y m e r , i n j e c t i o nr a t eo fp o l y m e ra n dp e r m e a b i l i t y e x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h e m e a n so fw a t e rs h u t o f fw i t h o u tp u l l i n gs t r i n gc a nb l a n ko f fw a t e ry i e l df o r m a t i o na n d s a f e g u a r do i ll a y e r , e n h a n c e do i lr e c o v e r ya p p a r e n t l y a c c o r d i n gt ot h el a b o r a t o r yt e s t i n g ， w a t e rs h u t o f fi m p l e m e n tf o r c b11a - 1 ，a n da t t a i n dp r e f e r a b l ew a t e rs h u t o f fe f f e c t i v e n e s s k e yw o r d s ：w a t e rs h u t o f fa g e n t ，m a t c h i n gt e c h n o l o g y ，p h y s i c a ls i m u l a t i o n , w i t h o u t p u l l i n gs t r i n g ，c h e n g d a oo i lf i e l d 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：幽日期：7 年石月j - 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部f - 1 ( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：至垄! 虱 指导教师签名：壹车二址 日期：弘叮年6 月，日 隰1 年莎月j 日 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章前言 我国石油资源丰富，但探明程度较低，地域分布不均。根据原中国石油天然气总公 司和海洋石油公司对全国1 4 5 个主要含油气沉积盆地所作的第二轮油气资源评价的结 果，我国石油资源量约为9 4 0 亿吨，其中陆上6 9 4 亿吨，海上2 4 6 亿吨。目前累计探明 的石油占石油资源量的2 0 ，和世界平均探明程度7 8 ，相比，要低得多；地域分布极 不平衡，大部分分布在华北、东北、西北等北方地区和东部南部沿海地区。我国石油可 采资源量1 3 5 亿吨，占世界可采资源量的3 ，截止2 0 0 0 年底，全国石油累计探明可采储 量6 1 亿吨，累计采出3 6 1 亿吨，剩余可采储量为2 4 9 亿吨，占世界剩余可采储量的 1 7 7 。目前，我国大多数注水开发油田已进入高含水阶段。据统计，我国油井生产平 均含水已达8 0 以上，东部地区一些老油田含水已达9 0 以上，而我国原油总量的近 9 0 产自于注水开发油田。因此，对油田控水研究有很重要的现实意义 卜5 1 。 油并堵水是指从油井控制水的产出【6 】。油井产出的水主要来源于注入水、边水和底 水。注入水和边水常沿高渗透层进入油井，可用封堵高渗透层的方法进行堵水；底水主 要是以锥进或脊进的形式进入油井，封堵底水常在底水上面建立隔板。可见，油井堵水 的目的就是控制注入水、边水和底水从油井的产出。 油井出水有许多危害，如消耗地层能量，降低抽油机井泵效，加剧管线、设备的腐 蚀和结垢，增加脱水站的负荷，若不回注，则将增加对环境的污染。具体来说水在地层 中是以锥进、脊进的形式沿高渗透层或裂缝侵入油井，使水的波及系数减小，从而降低 原油采收率；产出水以乳化油的方式存在，因此需用各种脱水方法( 如电破乳、化学破 乳、电化学破乳、高速离心破乳等) 进行脱水，而脱水则需要使用脱水装置、破乳剂和 电能等，增加了原油的生产成本；不同区块、不同油井、不同层位的产出水常因不配伍 在回注过程中于近井地带、井筒、地面的管线或各种容器内结垢，产出水如难以回注， 直接排放则会造成严重的环境污染；另外产出水的矿化度较高，若含有硫化氢、二氧化 碳等酸性气体，则会对管线、容器和装置造成严重的腐蚀。 随着我国对能源需求量的不断增大，海上油气田开发日渐强盛，在我国油气生产中 的地位越来越高。与陆地油田的开采方式相比，海上油田开采有自身的特点：海上油 田的油井数大大高于水井数，且油水井井距大，油水井对应关系不明显：海上油田的 油井多数集中在一个或几个平台上生产，且水平井比例较大；海上油田多存在底水或 边水，且油井产量高、生产压差大，由于水平井自身结构上的原因，水更易从非均质性 1 第一章前言 强的高渗透层指进入油井，在油井出现水突破之后产油量便大幅度降低，如果没有适当 的补救措施，势必过早关井。 调剖堵水技术已经成为陆上油田控水稳油的关键技术，在改善油田开发效果，提高 油田最终采收率方面起到了重要的作用。随着海上油田陆续进入中后期，许多油井生产 将进入高含水阶段。因此，实施堵水技术是海上油田开发的必然选择。国外油井堵水始 于2 0 世纪5 0 年代，国内油井堵水始于2 0 世纪6 0 年代甘肃玉门油田。现今油井堵水主 要有两种方法【7 捌：找水堵水法和不找水堵水法。 找水堵水法主要由4 个步骤组成：找水，使用如测井组合图、产液剖面、井温、 碳氧比、抽汲等方法找水；卡层，使用下封隔器、填砂等方法卡层；注入堵剂，主 要为非选择性堵剂，如粘土一水泥等；顶替，用水将堵剂顶替至地层的渗滤面。主要 适用于隔层密封性好且隔层具有一定厚度的地层，实践中常常只用封隔器卡层进行机械 堵水。找水堵水法的主要存在问题是找水难度大，尤其是水平井、斜井、缝洞型油藏等 特殊条件；在薄层、底水等情况下卡层难度大；堵水深部浅，有效期短，风险大。 不找水堵水法主要有两种形式：选择性堵水和非选择性堵水。选择性堵水是利用堵 剂和地层本身的选择性以及合理的配套工艺来实现堵水，提高堵水效果。非选择性堵水 法则首先用高压挤水泥，然后钻开水泥塞，重新射孔后再恢复生产。该方法的成功有赖 于层间存在密封隔层，起源于前苏联，目前现场仍在应用。 油井堵水效果的评价，不仅应从单井注采情况考虑，最终应归结到产油层的利用程 度、注入水的波及体积、注水开发油藏的阶段采出程度、注水开发效果和注水采收率等 几个方面忉。国内外油田多年的实践表明，从油藏整体上来看调剖堵水的效果主要表现 在下述5 个方面【8 - 9 1 ：降低油井的含水比，提高产油量；增加产油层段厚度，减少 高含水层厚度，改善油井的产液剖面；增加注入水的利用率，改善注水驱替效果： 改善注水井的吸水剖面；从整体上改善注入开发效果。 1 1 油井堵水研究现状 1 1 1 堵剂研究现状 堵剂是指注入地层能起封堵作用的物质。从水井注入地层的堵剂称为调剖剂；从油 井注入地层的堵剂称为堵水剂。调剖剂和堵水剂都属于堵剂。油井堵水剂可分为选择性 堵水剂和非选择性堵水剂两类。前者的选择性表现在对水流产生较大阻力，而对油流产 生较小的阻力，所以适合封堵油水同层；后者表现为对油和水都有封堵作用，所以适合 封堵单一水层和高含水层。 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 1 1 1 选择性堵水剂 选择性堵水剂是指对水流产生较大阻力，而对油流产生较小阻力的物质。 选择性堵水剂是通过油和水、产油层和产水层的差别进行堵水。可分三类，即水基 堵水剂、油基堵水剂和醇基堵水剂。 一些重要的选择性堵水剂 1 ) 部分水解聚丙烯酰胺( h p a m ，水基) 0 0 l h p a m 的分子式为 - - - 6 c 心弋h 毛邻h 1 h *j c o n h 。 c o o m 在油井中，h p a m 堵水的选择性表现在： ( 1 ) 它优先进入含水饱和度高的地层； ( 2 ) 进入地层的h p a m 将优先吸附在由于水冲刷而暴露出来的岩石表面； ( 3 ) h p a m 分子中未吸附部分可在水中伸展，减小地层对水的渗透性； ( 4 ) h p a m 随水流动时，可为地层孔隙结构的喉部所捕集，产生堵塞。h 】? 埘这 种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流体的渗透性的特 点是其他选择性堵水剂所没有的。 2 ) 部分水解聚丙烯腈( 删，水基) h p a n 的分子式为 m 弋h 去8 h 0 峨邻h 1 h 旁 c n c o n i ! zc 0 0 m h p a n 与h p a m 大体相同，因此它们的堵水机理基本一样。 3 ) 硬葡聚糖( s g ，水基) s g 的分子式为 这是一种非离子型生物聚合物，具有耐盐、耐剪切、稠化能力强和在地层滞留量大 等特点，可用于油井堵水。 4 ) 泡沫( 水基) 泡沫以水作外相，它可优先进入出水层，并在出水层中稳定存在，通过叠加的j a m i n 3 第一章前言 效应，封堵来水。在油层，按界面能趋于减少的规律，稳定泡沫的表面活性剂将大量移 至油水界面而引起泡沫破坏，所以进入油层的泡沫不堵塞油层。因此，泡沫也是一种很 好的选择性堵水剂。 5 ) 稠化水玻璃的醇溶液( 水基、醇基) 这种堵水剂由水玻璃的醇溶液与部分水解聚丙烯酰胺水溶液混合而成。堵水剂中的 水玻璃和部分水解聚丙烯酰胺可与地层水中的c e + 、m 9 2 + 反应生成沉淀，封堵出水层。 醇的加入是减小沉淀的溶解度。 6 ) 油基水泥( 油基) 1 1 1 油基水泥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。 7 ) 对烷基酚乙醛树脂( 水基) 【1 2 】 这种树脂是用地下合成法产生。例如将对烷基酚、乙醛和催化剂( 如石油磺酸) 注 入地层，在1 0 0 左右，产生一种支链型的树脂 f w r l c 。一c 这种树脂溶丁油，不溶丁水，所以是种选择性堵水剂。 8 ) 聚氨酯( 油基) 1 3 】 聚氨酯是由多羟基化合物和多异氰酸酯聚合而成。聚合时，保持异氰酸基( - n c 0 ) 的数量超过羟基( o h ) 的数量，即可制得有选择性堵水作用的聚氨酯。( 低温地层，二 聚物在水中溶解度小而析出) 9 ) 活性稠油( 油基) 这是一种溶有乳化剂的稠油。该乳化剂为油包水型乳化剂( 如s p a n s o ) ，它可使稠 油遇水后产生高粘的油包水乳状液。 1 0 ) 水包稠油( 水基) 这种堵水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。在水层中，由于乳化剂在地层表面吸附，使乳状液破坏，油珠合 并为高粘的稠油，产生很大的流动阻力，减少水层出水。 1 1 ) 偶合稠油( 油基) 1 4 】 这种堵水剂是将低聚合度、低交联度的苯酚甲醛树脂、苯酚糠醛树脂或它们的混 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 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。 1 2 ) 聚烯烃( 油基) 聚乙烯就是其中一种。可用的聚乙烯的相对分子质量为l x l 0 4 一2 x 1 0 4 ，密度为0 9 1 o 9 2 9 c m - 3 ，熔点为1 1 5 - - 1 2 0 c 。此外还可用乙烯与乙酸乙烯酯共聚物。它们都是油溶 水不溶的聚合物。 聚烯烃适用于高温( 例如1 2 0 c ) 地层。使用时用油带入，在地层温度下熔化、溶 解，产生高粘的液体，封堵水流孔道。 1 3 ) 酸渣( 水基) 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c a 2 + 、m 矿+ 也可产生相应的沉淀，封堵出水层。 1 1 1 2 非选择性堵水剂 非选择性堵水剂是指对水和油都有封堵作用的物质。其作用机理因不同非选择性堵 水剂的性质而异。 一些重要的非选择性堵水剂1 5 - 1 6 1 1 ) 水泥类堵水剂 这是最早使用的堵水剂，利用它凝固后的不透水性进行封堵，通常用于打水泥塞封 下层水；挤入窜槽井段封堵窜槽水，或挤入水层堵水。由于价格便宜，强度大，可以用 于各种温度，至今仍在研究和使用。主要产品有水基水泥、油基水泥、活化水泥及微粒。 由于水泥颗粒大，不易进入中低渗透性地层，因而用挤入水层的方法堵水时，封堵强度 不高，成功率低，有效期短。长时间以来这类堵剂的应用范围受到限制。最近研制成功 的微粒水泥和新型水泥添加剂给水泥类堵剂带来了新的活力。 2 ) 树脂型堵剂 树脂型堵剂是指由低分子物质通过缩聚反应产生的高分子物质，树脂按受热后性质 的变化可分为热固性树脂和热塑性树脂两种。非选择性堵剂常采用热固性树脂，如酚醛 树脂、环氧树脂、脲醛树脂、糖醇树脂、三聚氰胺- 甲醛树脂等。 ( a ) 脲醛树脂：脲与甲醛在n h 4 0 h 等碱性催化剂作用下缩聚成体型高分子化合物， 称为脲醛树脂。 ( b ) 环氧树脂：常用的环氧树脂有环氧树脂、环氧苯酚树脂和二烯烃环氧树脂。 5 第一章前言 施工时，在泵注前可向液态环氧树脂中添加几种硬化剂，硬化剂和环氧树脂反应后使其 聚合成坚硬惰性的固体。 ( c ) 糖醇树脂：糖醇在酸存在时本身会进行聚合反应，生成坚固的热固性树脂。 糖醇树脂堵水是先将酸液( 8 0 的磷酸) 打入欲封堵的水层，后泵入糖醇溶液，中间加 隔离液( 柴油) 以防止酸与糖醇在井筒内接触。当酸在地层与糖醇接触混合后，便产生 剧烈的放热反应，生成坚硬的热固性树脂，堵塞岩石孔隙。 综上所述，树脂类堵剂具有如下优点：可以注入地层孔隙并且具有足够高的强度， 可以封堵孔隙、裂缝、孔洞、窜槽和炮眼；树脂固化后呈中性，与井下液体不反应，因 而有效期长。据报道，每消耗1 吨商品树脂堵剂，可增产原油1 8 6 吨，经济效益显著。 其缺点是：成本较高，无选择性，使用时通常仅限于静底周围径向3 0 c m 以内，使用前 必须捡测处理层位并加以隔离，树脂固化前对水、表面活性剂、碱和酸的污染敏感，使 用时必须注意。 3 ) 无机盐沉淀型调剖堵水剂 该堵剂主要是硅酸钙堵剂。利用相对密度1 。5 0 一1 6 1 的水玻璃和相对密度1 3 1 5 的 氯化钙溶液，中间以柴油隔离，依次挤入地层，使水玻璃与氯化钙在地层内相遇，则生 成白色硅酸钙沉淀，堵塞地层孔隙。水玻璃与氯化钙的比例约为1 ：l ，总用量可根据水 层厚度、孔隙度及挤入半径确定。这种封堵剂来源广，成本低，施工安全简便，封堵效 果好，解堵容易( 高压酸化、碱液压裂) ，但在施工时必须采取有效保护措施，否则会 堵塞油层、污染地层。 4 ) 凝胶型堵剂 凝胶是固态或半固态的胶体体系，由胶体颗粒、高分子或表面活性剂分子互相连接 形成的空间网状结构，结构空隙中充满了液体，液体被包在其中固定不动，使体系失去 流动性，其性质介于固体和液体之间。凝胶分为刚性凝胶和弹性凝胶两类。 ( a ) 硅酸凝胶：硅酸凝胶是常用的凝胶之一。在稀的硅酸溶液中加电解质或适当 含量的硅酸盐溶液加酸，则生成硅酸凝胶，该凝胶软而透明，有弹性，其强度足以阻止 通过地层的水流。其堵水机理如下：n a 2 s i 0 3 溶液遇酸后，先形成单硅胶，后缩合成多 硅胶。它是由长链结构形成的一种空间网状结构，在其网络结构的空隙中充满了液体， 故成凝胶状，主要靠这种凝胶物封堵油层出水部位或出水层。硅酸凝胶的优点在于价廉 且能处理井径周围半径1 5 3 0 m 的地层，能进入地层小空隙，在高温下稳定。其缺点是 n a 2 s i 0 3 完全反应后微溶于流动的水中，强度较低，需要加固体增强或用水泥封口。此 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 外，n a 2 s i 0 3 能和很多普通离子反应，处理层必须验证清楚并在其上下隔开。 ( b ) 氰凝堵剂：氰凝堵剂由主剂( 聚氨酯) 、溶剂( 丙酮) 和增塑剂( 邻苯二甲酸 二丁酯) 组成，当氰凝材料挤入地层后，聚氨酯分子两端所含的异氰酸根与水反应生成 坚硬的固体，将地层孔隙堵死。该堵剂作业时要求绝对无水，又要使用大量有机溶剂， 因此尚需进一步研究。 ( c ) 丙凝堵剂：丙凝堵剂是丙烯酰胺( a m ) 和n ，n 甲撑双丙烯酰胺( m b a m ) 的混合物，在过硫酸铵的引发和铁氰化钾的缓凝作用下，聚合生成不溶于水的凝胶而堵 塞地层孔隙，该剂可用于油、水井的堵水。 5 ) 冻胶型凝胶 冻胶型堵剂是交联剂与聚合物发生交联反应而产生的。配制冻胶型堵剂的聚合物主 要是聚丙烯酰胺；交联剂分为无机交联剂和有机交联剂，前者如高价金属离子( 铬离子、 锆离子等) ；后者如酚醛树脂、聚乙烯亚胺、脱乙酰几丁质乳酸盐、阳离子淀粉等。冻 胶型堵剂可分为铬冻胶、锆冻胶、酚醛树脂冻胶、聚乙烯亚胺冻胶、脱乙酰几丁质乳酸 盐冻胶、阳离子淀粉冻胶等。 铬冻胶是一种由聚丙烯酰胺与铬的多核羟桥铬离子发生交联反应而产生的成冻时 间、强度可调，能封堵距井眼不同距离的堵剂。常用的交联剂有无机铬交联剂和有机铬 交联剂。前者如c r c l 3 、c r ( n 0 3 ) 3 ；后者如醋酸铬和乳酸铬1 1 8 1 。多核羟桥铬离子是通 过铬离子的水解、羟桥作用与进一步水解和羟桥作用生成。主要缺点是存在一定毒性， 但并未停止使用f 1 9 1 。 锆冻胶是由聚丙烯酰胺与锆的多核羟桥络离子产生交联反应而产生的。聚丙烯酰胺 也是通过羧基参与锆的多核羟桥络离子的配位而被交联。常用的锆冻胶交联剂也分为无 机锆交联剂和有机锆交联剂：无机锆交联剂主要用z r o c l 2 和z 托1 4 ，它们都可通过络合、 水解、羟桥作用和进一步水解与羟桥作用生成起交联作用的锆的多核羟桥络离子。有机 锆交联剂【1 5 】主要有乳酸锆、乙酰丙酮锆和三乙醇胺锆，交联剂中的有机组分通过螯合， 控制锆离子组合锆多核羟桥络离子的速度起缓交联的作用。锆冻胶的优点是无毒，冻胶 强度高，适合封堵高渗透层和裂缝。缺点是对聚丙烯酰胺的相对分子质量和水解度要求 严格，缺少货源。 酚醛树脂冻胶是由聚丙烯酰胺通过其酰胺基与酚醛树脂的羟甲基发生反应形成交 联链而生成的堵剂。酚醛树脂冻胶的优点是热稳定性好、强度较高、成冻时间长、预缩 聚物低毒；主要缺点是预缩聚物的有效期短，需要及时使用。 7 第一章前言 聚乙烯亚胺冻胶是由聚丙烯酰胺与聚乙烯亚胺发生交联反应而产生的【2 0 么】。聚乙烯 亚胺分子中含有伯胺和仲胺，不排除伯胺和仲胺同时参与反应的可能性。若聚丙烯酰胺 为耐温的聚合物所代替，则聚乙烯亚胺冻胶可耐温至1 7 7 。聚乙烯亚胺冻胶的优点是 交联剂毒性低，热稳定性好，特别适合海上油藏和高温油藏。 脱乙酰几丁质乳酸盐冻胶是由聚丙烯酰胺与脱乙酰几丁质乳酸盐发生交联反应而 产生篚j 2 5 , 2 6 】。聚丙烯酰胺通过其酰胺基与脱乙酰几丁质乳酸盐的羟基脱水产生交联链而 形成冻胶，可用的聚合物除聚丙烯酰胺外还有蝴a m p s 和a m t b a 。该冻胶的优点 是交联剂无毒，易生物降解不会污染环境，冻胶的热稳定性好，可用于高温油藏。 冻胶型堵剂的最大优点是它对油和水有不同的流动阻力口7 1 。可用膨胀收缩机理( 如 图1 1 所示) 2 s 1 和油水分流机理( 如图1 2 所示) 【2 9 】来解释冻胶型堵剂对油和水有不同 流动阻力的选择性。 水 油的 ( 冻胶在水流中保持膨胀状态) 水存在 胶施压 ( 冻胶在油流压力下脱水收缩) 图1 - 1 膨胀收缩机理示意图 f i g1 - 1 c o n v e n t i o n a ld i a g r a mo fe x p a n s i o n ，s h r i n km e c h a n i s m 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 一三一一 一= 一 ( 亲油表面) 图1 - 2 油水分流机理不葸图 f i g1 - 2 c o n v e n t i o n a ld i a g r a mo fo i la n dw a t e rs e p a r a t i o nm e c h a n i s m 综上所述，在油气井非选择性堵剂中，树脂堵剂强度最好，冻胶、沉淀型堵剂次之， 凝胶最差；而成本则是凝胶、沉淀型堵剂最低，冻胶次之，树脂型最高。由此可见，沉 淀型堵剂是一种强度较好而价廉的堵剂，加之它耐温、耐盐、耐剪切，是较理想的一类 非选择性堵剂。在油气井非选择性堵剂中，凝胶、冻胶和沉淀型堵剂都是水基堵剂，都 有优先进入出水层的特点，因此在施工条件较好的油气选择性堵水中同样也可使用。 1 1 2 配套工作液研究现状 配套工作液是指配合堵剂使用的各种工作液，其中包括前置液、后置液、暂堵液和 解堵液等。 1 1 2 1 前置液 前置液是指注在堵剂前面的液体。不同的施工要求采用不同的前置液，通常分为油 清洗液、垢清洗液、蜡清洗液等，以油清洗液做前置液的目的是洗去高渗透层中的油， 提高高渗透层的含水饱和度和对水的渗透率，从而提高对堵剂的渗透率。为了提高油清 洗液的洗油效果，应使油清洗液与油之间的界面张力达到或低于1 0 之m n m 1 。可通过表 面活性剂复配或在表面活性剂溶液中加入最佳含量盐的方法，使表面活性剂溶液与油 之间的界面张力达到超低界面张力。垢清洗液和蜡清洗液主要是解除油井周围由结垢和 结蜡导致的堵塞，方便后续堵剂的注入，针对不同的垢使用不同的垢清洗液：碳酸钙垢 9 第一章前言 用酸作为垢清洗液；硫酸钙垢则用螯合剂( 如二乙烯三胺五乙酸钠盐) 和氯化钠溶液作 为垢清洗液；硫酸锶、硫酸钡垢通常可用冠醚( 单环多元醚) 或一种叫“离子液体”( i o n i c l i q u i d ) 的化学剂除去【3 1 1 。若油井周围结蜡，则可用甲苯、二甲苯、混合苯和重芳烃除去。 1 1 2 2 后置液 后置液是指注在堵剂后面的液体。后置液注入的目的是将堵剂顶替出近井地带压降 最大的位置，以保证油井恢复生产后有足够的产液量。为将堵剂顶替入地层，后置液的 粘度必须大于被顶替液的粘度。 1 1 2 3 暂堵液 暂堵液用于暂堵油层或进入油层的通道( 如砾石充填层) ，使堵剂不进入油层，但 在一定时间内能解除堵塞，恢复地层的渗透性。可用加有破胶剂的冻胶或使用油溶性树 脂分散在水中作为暂堵液。 1 1 2 4 解堵液 解堵液可解除各种类型的堵剂由于过堵水而产生的堵塞。冻胶堵塞通常用氧化剂如 二氧化氯【3 2 1 、过硫酸铵、过氧异丁醇、过氧乙酸等解堵；粘土分散体型堵剂堵塞则用土 酸解堵；气体分散体( 泡沫) 堵塞用消泡剂解堵。 在堵剂注入前用洗油前置液对地层进行预处理可降低近井含油饱和度，加大油水层 的相渗透率差异，有利于冻胶进入高含水层。堵剂注入前先注入暂堵冻胶液暂时封堵上 部高渗油层接邻砾石充填层，分隔上部高渗油层和下部水淹层，实现堵剂分层注入保护 油层的目的。因此，本文主要对洗油前置液和暂堵冻胶液进行研究。 1 2 堵水工艺研究现状 堵水技术在油田开发中主要是通过封堵高渗透层，从而提高注入水的波及体积，提 高产油量，减少产水量，提高水驱采收率。具体表现为： 1 ) 封堵多层开采的高渗透、高含水层，或注水井的强吸水层，减少层间干扰，改 善产液剖面或吸水剖面。 2 ) 封堵单层采油井的高渗透段、水流大通道或注水井的强吸水井段，以调整层内 吸水剖面，扩大注入水波及体积，动用原未被波及的地区，增加可采储量，提高注水开 发效果。 3 ) 封堵水窜的天然裂缝和压裂裂缝，控制油井含水上升。 4 ) 在底水油藏的油水界面上打隔板遮挡底水，降低底水锥进速度，提高底水油藏 的无水和低含水期采油量。 1 0 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 5 ) 对由于固井不合格或其他原因造成管外窜槽引起出水的油井进行封堵，封死窜 槽段，达到堵水的目的。 6 ) 对区块进行整体堵调，控制含水上升，提高注入水的波及体积，增加可采储量， 从整体上改善区块的注水开发效果，提高水驱采收率。 7 ) 为了克服绕流对近井地带封堵效果的影响，研制并应用了深部调剖和液流转向 技术。通过封堵油藏深部的水流通道，迫使液流转向，使注入水波及以前未波及或很小 波及的中、低渗透层，改善驱替效果，提高水驱采收率【3 3 】。 油井选择性堵水是油井不找水堵水的依据。其技术关键是： 1 ) 使用选择性堵剂； 2 ) 使用选择性注入方法。 重要的选择性堵剂有两类：一类是泡沫，它在水层中稳定，但在油层中不稳定；另 一类是冻胶。表面粘附了冻胶的孔道对水的流动阻力大，对油的流动阻力小。应用膨胀 收缩机理、油水分流机理、边壁效应冻胶珠机理、润湿机理等解释这种选择性。 选择性注入方法有： 1 ) 利用地层渗透率不均质产生的选择性注入方法。因高含水层一般为高渗透层堵 剂必然优先进入高渗透层。 2 ) 利用相对渗透率差异产生的选择性注入方法。油井堵剂通常为水基堵剂，水基 堵剂将优先进入含水饱和度高的地层。 3 ) 由对应注水井关井泄压产生的选择性注入方法。对应注水井关井后，高渗透层压 力比中低渗透层压力下降快，堵剂将优先进入低压的高渗透层。 4 ) 由低注入速度产生的选择性注入方法。以低注入速度注入的堵剂将优先进入流 动阻力最小的高渗透层 5 ) 由高效洗油剂产生的选择性注入方法。因高效洗油剂优先进入高渗透层使该层 含油饱和度降低，即含水饱和度增加，有利于堵剂进入该层。油井堵水应充分利用选择性 堵剂和选择性注入方法达到油井选择性堵水的目的【3 4 1 。 目前常用的堵剂注入工艺主要包括分隔注入、笼统注入和连续油管注入。 1 2 1 分隔注入堵水技术 分隔注入堵水技术仅适用于处理单一、明确分层的油藏层位，可借助机械手段分隔， 控制流体进入目标层位，以达到堵水的目的。采用两种方法插入密封段堵水管柱：一是 随堵水管柱在堵水层段下入光管，生产层下入筛管，需要调整层位时起出重下；二是随 1 1 第一章前言 堵水管柱在堵水层段与生产层段下入两种类型的开关器，需要调整层位时通过井口打压 的办法调整，开关器只能一次性调整。 1 2 2 笼统注入堵水 笼统注入是指在油井中不分层，整个层段笼统注入堵剂。笼统注入作业时，堵剂会 不可避免地进入油层，而少量的进入油层即可使其严重污染，甚至堵死油层，影响堵水 效果，或致使堵水失败。针对这个问题，人们作了大量的研究工作，并取得了一定的进 展。 ( 1 ) 法国石油研究院基于相对渗透率调整剂r p m ( r e l a t i v e p e r m e a b i l i t ym o d i f i e r s ) 提出了i f p 选择性堵水技术，该技术基于非毒、聚合物和水溶性聚合物的使用，这种聚 合物在地层原地可以膨胀或形成弱凝胶。针对不同的地层条件i f p 技术有三种方法组成。 i f p 技术在砂岩储层、碳酸盐岩储层中重质油藏水平井、海上砾石充填井、多层水 区井等多种情况下都有获得成功的堵水实例。通过实践分析得出应用该技术的候选井应 该具备的条件：a 、层间渗透率极差大；b 、多层且无层间窜流；c 、没有水锥；d 、地层 压力保持情况较好，如活跃含水区、气顶等 ( 2 ) 笼统注入预处理液 i f p 以桥联吸附为基础，研制开发了笼统注入的预处理液，用以保护非目的层，同 时改善对堵剂放置的控制。注入预处理液时，非目的层一般渗透率较低，由于其孔道小， 近井地带的剪切速率高，所以拉伸的聚合物在非目的层的孔道表面会桥联吸附，形成一 个保护膜；非目的层一般具有高渗透率，聚合物不会堵高渗透层的大孔道。预处理液注 入后，接着用笼统注入的堵剂来封堵高渗透的目的层。在重新采液时，保护膜容易被生 产液消除。为优化预处理液的桥联吸附特性，i f p 最近开始研究具有不同化学性质和不 同大小的聚合。 ( 3 ) 弱凝胶暂堵保护技术 配套暂堵原理：产水层具有高压、高能量，不利于流体进入，而低压低渗透层有利 于流体进入。弱凝胶暂堵保护剂，对中低渗透非目的层形成一定封堵，对高渗透水层不 能形成有效封堵；此后注入强凝胶堵剂时，已形成的弱凝胶封堵的中低渗透层被保护， 进入其中的弱凝胶在一定时间内可自行破胶水化，恢复非目的层的渗透能力，进入高渗 透层的弱凝胶被进入的强凝胶堵剂突破或被驱替到地层深部，形成对高渗透水层的选择 性封堵。 为了防止或减少对非目的层的污染，在堵水调剖作业中常采用选择性注入工艺来实 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 现选择性封堵，例如，利用非均质地层不同渗透率层位的启动压力差，注入压力保持在 低渗层( 往往也是非目的层) 的启动压力之下和高渗层( 往往也是目的层) 的启动压力之 上，从而实现选择性封堵，这种方法在理论上是成立的，但在实际应用中，为了保持一 定的注入速度，注入压力常常保持在低渗层的启功压力之上，这样堵剂和调剖剂溶液就 不可避免的会进入非目的层，从而造成伤害。 暂堵保护法就是在堵水调剖作业中注入堵之前，采用较高的速度( 低于地层的破裂 压力) 先向地层中注入一种暂堵剂，这种暂堵剂为一种具有较高初始粘度含有破胶剂的 弱凝胶体系，在以较高的速度注入时，这种体系会在低渗层中形成严重的表而堵塞，形 成一种滤饼，但并不能深入低渗层，相反，由于这种弱凝胶强度较小，所以在高渗层中 却不能形成堵塞，而是以弱凝胶的形式在高渗层形成可流动胶，快速通过高渗层：在低渗 层表面暂堵剂破胶以前，以一定速度注入堵剂溶液，注完关井等待堵剂成胶和暂堵剂破 胶，开井生产，在堵剂强度允许的情况下，以尽量高的生产压差使破胶后的溶液快速随 油流产出，恢复低渗层的渗透率，从而达到了选择性堵水的作用【3 5 1 。 1 2 3 连续油管注入堵水 当油层和水层之间有较好的隔层或夹层时，为准确放置堵剂，减少堵剂对非目的层 的伤害，可以用连续油管向水层中注入堵剂。连续油管注入可以分为两种情况：机械封 隔和连续油管的双注入法。 ( 1 ) 机械封隔 当隔层延伸到生产井，只需下入膨胀型封隔器把水层和油层隔离开，然后从连续油 管向水淹层注入冻胶。 ( 2 ) 连续油管双注入法 如果隔层没有延伸到生产井，则需要使用连续油管的双注入法注入堵剂。连续油管 双注入是指从连续油管向水层注入堵剂，同时从油观和连续油管环空向油层中注入无伤 害水或柴油，维持压力平衡，防止冻胶进入油层，这种方法适用于砾石充填的井和套管 后又流动的井。 ( 3 ) 区块注入工艺 固定式调剖堵水站注入工艺适于冻胶型、分散体型等调剖堵水剂大剂量的连续配制 和施工，调剖堵水剂由压力泵通过注水管网进入分配间，到达调剖堵水目标井。该工艺 具有如下优点：确保冻胶型调剖堵水剂、分散体型调剖堵水剂的配制质量；不受气候、 1 3 第一章前言 道路、设备等因素的制约，保证了如期施工；集中配荆，泵站注入，十分方便，简化了 施工，减轻了劳动强度；能连续进行多井组、大剂量的调剖堵水施工；能利用注水管网 进行调剖堵水施工，节省投资。 1 3 埕岛油田特点 埕岛油田位于渤海湾南部的极浅海域，区域构造位于渤中坳陷与济阳坳陷交汇处堤 北低凸起的东南端，西南以埕北大断层与埕北坳陷相邻，向北倾伏于渤中坳陷和桩东坳 陷，南距现海岸3 k m 。埕岛油田馆上段油藏1 9 9 5 年投人开发，1 9 9 6 年达到百万吨开采 规模，现年产油量在2 0 0 万t 以上。自1 9 9 5 年投入正式开发，采用滚动开发模式。自 2 0 0 0 年7 月开始陆续转入温和注水开发，截止2 0 0 7 年5 月已历时近7 年。主力油层馆 陶组油藏由于层间和平面上非均质突出，吸水状况差异较大，因此注水后层间、层内矛 盾十分突出，层间水驱程度和平面水波及系数都比较低( 层间水驱程度仅4 9 3 ，平面 水波及系数为5 7 3 ) ，注水较早的井区多数油井已见到注入水。由于油井陆续见水后， 而且含水上升速度加快，将直接影响到油田的最终开发效果，因此尽快研究和实施堵水 技术是海上油田面临的一项十分紧迫的任务。 1 3 1 埕岛油田馆陶组油藏主要地质特征【3 6 1 馆陶组油藏是一个受构造和岩性控制的河流相沉积的正韵律砂岩油藏。储层平面上 变化大，连通性较差。纵向上划分为1 + 2 、3 、4 、5 、6 、7 共6 个砂层组，l 6 砂层组均 含油，埋深2 0 0 - - 一1 5 5 0 m ，含油井段长2 5 0 3 5 0 m ，含油层多，单层厚度薄，平均单井钻 遇油层7 1 3 层3 2 1 0 m ，单层厚度4 1 5 m 。 油层储油物性好，为高渗透疏松砂岩，平均空气渗透率2 7 1 1 1 0 g m 2 。储层粘土矿 物中，蒙脱石含量4 5 5 ，伊利石含量1 1 2 ，高岭石含量3 6 4 ，绿泥石含量7 0 。原 油为高粘度原油，地面原油平均密度0 9 3 6 1 9 c m 3 、粘度2 7 0 m p a s 地下原油密度 o 8 8 4 2 9 c i n 3 、粘度5 0 2 m p a s o 油藏油水关系比较复杂，已发现有1 2 套油水界面，其中 主要油水界面有3 套，n g l + 2 、n 9 4 、n 9 6 砂层组各有1 套。 1 3 2 埕岛油田馆陶组油藏开采特征 1 3 2 1地饱压差小，边底水不活跃，天然能量较弱 馆陶组属高饱和油藏，油层平均原始地层压力1 3 9 m p a ，饱和压力1 1 2 2 m p a ，地饱 压力差2 6 8 m p a ，原始气油比3 0 7 m 3 f 1 。 通过地层对比综合分析认为，除5 砂层组有较活跃的边水外，区内其它层无大面积 连通的边水。 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 由于以上两方面的原因，决定了主体北部馆陶组油层天然能量不足。根据数值模拟 预测，采用枯竭方式开采，最终采收率不足1 0 。 据生产资料统计，大多数油井投产初期均具有一定自喷能力，但井口油压低，一般 在1 0 - 2 o m p a ，自喷期短，一般在3 0 0 - - - 4 5 0 天。 1 3 2 2 油藏本身产能较低，且普遍存在出砂现象 埕岛油田油层物性和原油性质比相邻的孤岛、孤东油田略好，与埕东油田接近，油 藏本身产能较低。分析相邻油田试油试采资料。孤岛、孤东油田初期平均单并日产油分 别为31 t 和2 3 t ，采油指数分别为2 7 t ( d m p a m ) - i 和2 o t ( d - m p a m - l , 埕东油田初期平均 单井日产油3 4 ，5 t ，采油指数3 4 t ( d m p a m ) 一。据埕岛油田馆上段3 0 多口井试油资料统计， 平均单井日产油3 9 6 t ，采油指数4 5 t ( d - m p a m ) ，比其它三个油田略高，但仍处于较低 的产能范围。 由于馆上段油层胶结疏松，且粘土矿物中蒙脱石含量较高，故油层本身易出砂。特 别是入井液与地层配伍性不好，造成油层损害时，出砂程度会更严重。 据孤岛、孤东、埕东油田试油及投产期间资料统计，出砂井数均在6 0 以上，严重 出砂造成砂埋层的井数占总生产井数的2 0 左右。 埕岛油田馆上段探井试油期间也普遍存在出砂现象。统计3 6 口井7 6 层段试油资料， 有3 3 的井层含砂大于0 0 1 ，最高达1 5 。 1 3 2 2 低、中含水开采阶段含水上升快，高含水期变缓 与同类型油田一样，埕岛油