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大庆石油学院工程硕士专业学位论文 选择性化学堵水工艺优化研究 摘要 针对采油八厂。三低”油田储量丰度低、单井层数少、厚度薄、同层发育的特点，试验研究了 阳离子型聚合物为主的选择性化学堵水技术，该技来是对。三低”油田已有的堵水工艺技术的补充。 扩大了堵水工艺适应范围选择性堵水剂是在不需要检泵作业的前提下，把堵水剂从油井的油套环 空挤入目的层，进入地层后，酰胺基和羟基与岩石表面发生作用，阳离子基团与带负电荷砂岩表面 形成化学吸附，对水流形成阻力，封堵商渗透吸水层。 通过实验研究，确定了适合采油八厂j 出母的以阳枣子型隳合物为主的堵剂配方。研究改进了堵 剂配方中的交联剂体系阳离子型聚台物对油的堵塞宰降低，对水的上啬塞率增加，随着聚合物阳离 子度增加，堵剂对油的堵塞率由3 5 6 下降刭1 5 5 。而对水的堵塞率影响不大，堵塞率均大于 9 5 。有机交联剂的成胶时问在6 4 8 h 之间可控，凝胶强度在l o o o o 一8 0 0 0 0 m p & s 之间可调，且无 脱水现象，l o b 之前，凝胶仍具有流动性1 0 h l s h 之向，凝胶强度变化捉快，1 5 b 之后，凝胶已 经失去流动性，l o d 后凝胶强度变化不大，未出现脱水现象。 随着柬缚水饱和度增加，堵剂堵水率和堵油率都增加。为降低堵油能力，对选堵剂体系配方进 行了调整，通过降低聚合物舶阳离子度和交联剂的用量，降低聚合物的吸附和凝胶的强度。降低对 油的堵塞率驻着地层渗透率增加，堵剂的堵承率和堵油率都降低因此，为尽量减少堵剂对低渗 透层油的堵塞，选用的堵剂强度较低：对于高渗透层。为了提高堵塞率，可以选择凝胶强度较高的 堵剂进行堵塞。 2 0 0 4 年以来，共实施化学堵水6 l 口井，施工成功5 6 口井，有4 8 口井见到堵水效果。其中： 降来增j 虫3 3 口井。占统计井数的6 8 8 ；降水未增油8 口井，占统计井数的1 6 6 多；晦水降油7 口井，占统计井数的1 4 6 统计实施化学堵水6 1 井次，成功有效率8 5 7 ，取得了增油5 3 7 4 t ， 降水3 8 6 6 5 8 3 的较好效果。共创效益1 4 4 6 6 8 万元，总投入3 4 3 9 万元，纯经济效益1 1 0 2 7 8 万元 投入产出比1 ：4 2 ，取得较好经济效益 。 关键词：选堵和；阳离子聚丙烯酰胺；交联剂；含水饱和度；渗透率；堵水宰：堵油率 d 奎壅至苎兰堕三堡堡主! 些兰垒堡兰 ： at e c h n o i o g yo p t i m i z a t i o ns t u d yo fc h e m i c a is e i e c t i v ew a t e rs h u t o f fa g e n t a i m e dt ot h ec h a r a c t e r i s t i co f t h ee i g h tp r o d u c t i o np l a n t s u c ha sl o wa b u n d a n c eo f o i lr e s e r v e s ，f e wl a y e r sf o rs i n g l ew e l la n dt h i nt h i c k n e s s 。w es t u d yt h ec a t i o n i c d o l y m e r b a s e ds e l e c t i v ec h e m i c a lw a t e rs h u t o f ft e c h n o l o g y t h i st e c h n o l o g yh a sd e v e l o p e d t h ec r a f ta d a p t a b i l i t yo ft h ec h a r a c t e r i s t i c s e l e c t i v ew a t e rs h u t o f fa g e n ti ss q u e e z e d i n t ot h et a r g e ts t r a t u mt b x o u g ht h ea n n u l u sw i t h o u ta m e m d i n gt h ep 咖l p t h ea g e n tr e a c t s w i t ht h er e c ks u r f a c e , f o t r u i n gc h e m i s o r p t i o nw i t ht h ec a t i o ng r o u pa n dn e g a t i r ec h a r g eo n t h er o c ks a n d s t o n es u r f a c e ，d e v e l o p i n gr e s i s t a n c et ow a t e ra n dp l u g g i n gt h eh i g hw a t e r p e r m e a b i l i t yl a y e r t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t ，w ed e t e r m i n et h ec a t i o n i cp o l y m e r - b a s e df o r m u l ab l o c k i n ga g e n t w h i c hi ss u i t e df o re i g h tp r o d u c t i o np l a n t sw i t ht h ei m p r o v e m e n to ft h ec r o s s l i n k i n ga g e n t s y s t e mo ft h eh l o c k i n ga g e n t ，t h ep l u g g i n gr a t e so fo i ll a y e rw e r ei o - e r e db u tt h ew a t e r l a y e ri n c r e a s ea l o n gw i t ha ni n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fc a t i o n i cp o l y m e r 0 i ll a y e r p l u g g i n gr a t ed r o p p e df r o e3 5 ，6 t d 】5 5 w h i l et h ep l u go nt h ew a t e rr a t eh a sl i t t l ee f f e c t t h ep l u g g i n gr a t ew a sm o r et h a n9 5 o r g a n i cc r o s s l i n k e rg e l l i n gt i m ew h i c hi sc o n t r o l l a b l e r a n g ef r e m6 4 8 i lt h eg e ls t r e n g t hw h i c hi sa l s oc o n t r o l l a b l er a n g ef r o m1 0 0 0 0 8 0 0 0 d m 阻s a n dt h e r ei sn o d e h y d r a t i o np h e n e m e n o nd u r i n gt h ew h o l ep r o c e s s f o rt h ef i r s t1 0h o u r s ， g e ls t i l lh a sm o b i l i t y n e x tt ot h e1 0 1 5 h t h eg e ls t r e n g t hc h a n g e sr a p i d l y f t e r1 5 h ，g e lh a s l o s tm o b i l i t y t h e 廖e ls t r e n g t hc h a n g el i t t l ea f t e rl 强w i t ht h ea b s e n c eo f d e h y d r a t i o np h e n o m e n o n w i t ht h ei r r e d u c i b l ew a t e rs a t u r a t i o ni n c r e a s i n g ，b o t ht h eo i ll a y e ra n dw a t e rl a y e r p l u g g i n gv a l u ei n c r e a s e i no r d e rt or e d u c et h eo i ll a y e rp l u g g i n gv a l u e ，w ea d j u s tt h e f o r m u l a t i o no fp l u g g i n ga g e n ts y s t e r mb yr e d u c i n gt h ep o l y m e rc a t i o n i cc o n c e n t r a t i o na n d t h ea m o u n to fc r o s s l i n k e r 。i tc a nr e d u c et h ep o l y m e ra d s o r p t i o na b i l i t ya n dg e ls t r e n g t h a n dl o w st h eo i ll a y e rp l u g g i n gr a t e w i t ht h ef o r n a t i o np e r m e a b i l i t yi n c r e a s e b o t ht h e 0 ill a y e ra n dw a t e rl a y e rp l u g g i n gv a l u ed e c r e a s ec e r r e s p e n d i n g l y t h e r e f o r e , i no r d e rt o m i n i m i z et h ep l u g g i n gv a l u eo f t h el o w - p e r m e a b i l i t yl a y e r ，w es e l e c tt h ep l u g g i n ga g e n t w i t hl o wi n t e n s i t y f o rt h eh i g h - p e r m e a b i l i t yl a y e r , w ec a nc h o o s et h eh i 曲e rg e ls t r e n g t h p l u g g i n gt e n tt oi n c r e a s et h ep l u g g i n gr a t e s i n c e2 0 0 4 。w eh a v ei m p l e m e n t e dc h e m i c a lw a t e rp l u g g i n go n6 1w e l l s 5 6o ft h e s ew e l l s i l a 冲b e e nc o n s t r u c t e ds u c c e s s f u 】l ya n d 蛆o ft h e s ei l a v ee f f e c t i n c l u d i n g3 3w e l l sd e c r e a s e t h ew a t e rp r o d u c t i o nr a t eb u ti n c r e a s et h eo i lp r o d u c t i o nr a r e a c c o u t i n g1 6 哦o ft h e s t a t i s t i c a ln u m b e r 8w e l i sd i dn o td e c r e a s et h ew a t e rp r o d u c t i o nr a t eb u ti n c r e a s et h e o i lp r o d u c t i o n , a c c o u n t i n g1 4 毹o fs t a t i s t i c a ln u m b e r f o rt h e6 1w e l l si m p l e m e n t e d c h e m i c a lw a t e rp l u g g i n g t h es u c c e s sr a t i oi s8 5 弧。i n c r e a s i n g5 3 7 4 to i l d e c r e a s i n g3 8 6 6 t w a t e r , c r e a t i n 9 1 4 4 6 6 8 m i l l i o nr b 虬t h e i n v e s t i n g i s3 4 3 9 4 i l l i o n r 蹦a n d t h ep u r eb e n e f i t m 奎壅至垫兰堕三堡堡主主兰竺兰垡兰塞 i s1 1 0 2 7 8m i l l o m 啪t h er a t i ob e t w e e ni n v e s t m e n ta n dd e l i v e ri s1 ：4 2 i to b t a i n sb e t t e r e c o n o m i ce f f i c i e n c y k e yw o r d s ：s e l e c t i v ep l u g g i n ga g e n t ；c a t i o n i cp o l y a c r y l a m i d e ；c r o s s l i n k e r ；w a t e r s a t u r a t i o n ；p e r m e a b i l i t y ：w a t e rs h u t o f fr a t e ；p l u g g i n go i lr a t e i v 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写 过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并 表示谢意 作者签名：垄i 照三 日期：塑z ：! ：乡 学位论文使用授权声明 本人完全了解大庆石漓学院有关保留，使用学位论文的规定，学校有权保留学位论 文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版有权将学位论文用于非 赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索有权将学位论文的标题和摘要= j 【编出版保密的学位论文在解密后 适用本规定 学位论文作者签名：渐p 移 日期： 2 柙7 ，“够 导师签名：词最；匠 日期：o - 0 7 i 矽 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 创新点摘要 本文通过对大量实验数据的分析和现场试验，开展了低渗透油田葡萄花油层选择性化学堵水技 术研究，进一步完善适应大庆外围低渗透油田的化学堵水工艺技术主要创新研究成果有以下几点： ( 1 ) 研究确定了适合八厂油田的以阳离子型聚合物为主的选择性堵剂配方； ( 2 ) 研究改进了选择性堵剂配方中的交联剂体系； ( 3 ) 研究提出了针对不同渗透率及含水饱和度的油层优选不厨选择性堵剂配方； ( 4 ) 研究确定了设计合理封堵半径的理论方法。 在此基础上现场试验了6 1 口井，成功5 6 0 井，有效4 8 e i 井，累积实现增油5 3 7 4 t ，降水3 8 6 6 6 m s ， 创效益9 6 0 5 3 万元。取得了明显的增油降水效果及经济效益 v 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 引言 选择性堵水作为一项有效的堵水技术和增产技术，近几年在大庆油田各采油厂进行了 试验，见到了一定的增油降水效果“。为使该项技术适应外围油田的地层条件，具有较强 的针对性，因此，有必要对低渗透油田油井选择性堵水进行优化试验研究。 选择性堵水作为一项有效的堵水技术和增产技术，近几年在大庆油田各采油厂进行了试 验，见到了一定的增油降水效果为使该项技术适应外围油田的地层条件，具有较强的针 对性，因此，有必要对低渗透油田油并选择性堵水进行优化试验研究。 油田出水是油田开发过程中遇到的普遍现象，特别是水驱油田，随着水向边缘的推进， 由于地层的非均质性，油水流度比的不同以及开发方案和措施不当等原因。均能导致油层 过早水淹，使油田采收率降低。 堵水的实质是改变水在地层中的流动，更准确地说是改变水在地层中的流动方向，按 照这个概念，堵水不仅是油井上的作业，更重要的是在水井上的作业；不仅在单井上对水 进行封堵，更重要的是在整个区块上对水进行治理。 堵水的意义，除了减少产水从而减轻地层出砂、深井泵负荷、管线和设备结垢和腐蚀、 泵站破乳剂消耗和污水处理量外，更大的意义在于通过堵水，可以保持地层能量提高注 入水或其它驱油剂的波及系数，从而使原油的采收率提高。近期发展的选择性较好的堵水 材料主要有“1 ： ( 1 ) 油溶性酚醛树脂 该堵剂是由烷基酚和甲醛缩聚而成的油溶性线性树脂，加入固化剂可形成体型结构，由 于加入的固化剂是隐性碱性物质，只有在水溶液中才能释放出起固化作用的氢氧根离子， 促使树脂固化，而在油中不能释放碱性物质，故堵剂在油中分散性良好，不能形成固体沉 淀物，其选择性可达8 5 以上。 ( 2 ) 复合离子( 两性离子) 聚合物冻胶 是由丙烯酰胺、阳离子丙烯基单体及阳离子单俸在新型氧化还原体系存在下聚合而成 的，分子量在5 0 0 8 0 0 万之间的阴、阳、非复合离子聚合物。由于聚合物链上引入阳离子， 在砂岩表面吸附能力增强使用途堵作业时，交联剂为六次甲基四胺和苯酚。此凝胶具有 很强的亲水性，优先进入含水层，不进入含油层。 ( 3 ) 体膨型堵水剂 本剩为交联的阳、阴、非离子三元共聚的，以凝胶微粒挤入高渗透出水层，遇水膨胀 产生机械堵塞。根据孔隙喉道选择微粒尺寸，微粒尺寸为她层孔隙喉道的l 3 1 4 较为适 宜，使用的工作液为0 5 n a c l 溶液。淀粉熟化后以丙烯腈或丙烯酰胺接枝改性，可用于 油田堵水调剖，如体膨型p p a n ，是淀粉与丙烯腈接技聚合经碱性水鳃而成，由腈基转化的 强亲水性酰胺基和羧钠基，使该剂具有吸水膨胀的特性，膨胀率大于5 0 倍，胶凝后堵剂粘 度最高可达5 0 0 m p a s ，热稳定性好，适于6 0 1 2 0 c 高渗透地层油层选择性堵水 2 在上述的选择性堵剂中，最有发展前途的是h p 脯、泡沫和稠油三种瀚，这是因为h p a m 独特的堵水选择性，且易于交联使用，适用于不同渗透率的地层泡沫虽有效期短，但能 用于大规模施工，成本低，对油层不会产生伤害，因此是一种较好的选择性堵莉。稠油是 堵剂中唯一可回收使用的，它有与泡沫相同的优点，但使用时要注意地层的预处理，如用 媚离子表面活性剂油溶液处理，使地层变成油润湿并增加水层的含油饱和度以利于稠油的 进入。 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 第1 章采油八厂地质状况及堵水中存在的问题 1 1 采油八厂基本概况 采油八厂所辖油田属大庆长垣东部外围低渗、低压、低产油田，开发的目的层主要是葡 萄花油层，从沉积体系分析，自北向南为三角洲分流平原、三角洲内、外前缘相沉积。纵向 上般分为pi1 pi9 共9 个小层，油层顶部埋藏深度1 3 5 0 1 5 9 0 m ，地层厚度1 5 5 0 m ，油层 厚度薄，单井发育有效厚度层数2 4 个，单井有效厚度l 5 m ，储层丰度低，平均为2 6 9 x 1 0 t k m 。采油八厂油田分布图如图l l 所示。 图l 一1采油八厂油田分布图 经过多年的开发和认识，老区块开发存在如下矛盾： ( 1 ) 由于各小层问渗透率差异较大，注水开发过程中易造成单层突进，主力层水淹，抑 制了薄差层出油。此外，由于注入水沿着高渗透层( 条带) 产出，导致注入水水驱波及面积 小，利用率低，周围其它油井受效缓慢甚至不受效； ( 2 ) 部分区块油水分布比较复杂，存在上水下油或油水问互现象，客观条件使油田开发 动态分析困难，部分井很难判断出水层位。 1 1 1 构造、断层特征 采油八厂油田位于三肇凹陷的中心部位，升平鼻状构造f 句南倾没端，采油八厂向斜的 3 4 第1 章采油八j 地质状况及堵水中存在的问题 西坡，其形态为由北北东向和北北西向展布的大断层交叉切割形成的地垒、地堑、单斜相 间的断块构造。最高点位于油田北部徐2 0 - 3 0 井附近，海拔深度1 3 7 5 m ，最低点位于徐8 4 - 2 8 井东南部，海拔深度1 4 5 5 m ，构造高差8 0 m ，该地区中、小断层发育，均为正断层，呈北 北东向和北北西向展布，最大断距6 0 o m ，最大延伸长度8 k m 。据1 4 0 口井统计，钻遇断点 井数9 9 口。钻遇断点1 1 8 个，其中断距小于l o m 的断点7 6 个 1 1 2 储层特征 ( 1 ) 储层顶、底界标志 采油八厂油田葡萄花油层，相当于大庆长垣p 1 1 ，油层，属于白垩系下统姚家组姚一段， 为一套夹持在大段黑色泥岩中的砂泥岩组合，与下伏青山口组有明显的区别。岩性上，葡 萄花油层下部的灰色、灰绿色、紫红色泥岩与青山口组的黑色泥岩有明显的界面；电测曲 线上，葡萄花油层电阻率曲线为锯齿状，而青山口组电阻率曲线平真，声波时差曲线与上 下围岩相比呈明显的低值，一般将其半幅点作为葡萄花油层顶底界的分层标志。 + ( 2 ) 储层层组划分及沉积特征 为了进一步研究葡萄花油层的单砂体特征，将葡萄花油层划分成2 个砂岩组8 个小层， 该区p 1 4 层底部为灰绿色杂紫红色泥岩，大多具水平层理，电测曲线显示低值。故p 1 4 层底 部作为划分上、下砂岩组的辅助标准层。p l l p 1 4 层为上砂岩组，p 1 5 p 1 8 层为下砂岩组， 编制小层对比的骨架剖面图。 采油八厂油田葡萄花油层地层厚度平均3 5 7 m ，并由北向南逐渐减薄，北部4 5 m ，南部 3 0 m 。受长垣东侧第四条水系第一分支的作用，形成三角洲内外前缘相沉积。8 个小层自下 而上层层超覆，形成水进式三角洲。p 1 1 2 层平面演变相序完整，为三角洲分流平原相- 三角 洲内前缘相- 三角洲外前缘相。p 1 3 s 层平面相序不完整，为三角洲分流平原相三角洲内前缘 相滨湖浅水相。 ( 3 ) 砂体形态及展布方向 由于该区水动力能量弱，砂体多为断续条带状、透镜状、小片状分布，北部方向性较 强，呈南北向延伸，砂体的长度6 0 0 2 7 0 0 m ，般为1 0 0 0 m ，砂体的宽度3 0 0 2 0 0 0 m ， 一般为6 0 0 m ( 4 ) 储层发育特征 据己完钻的1 4 0 口开发井统计，单井平均砂岩厚度6 4 2 m ，单井平均有效厚度3 1 m 。 i 1 2 3 ，5 层有效厚度超过0 5 m ，因此为主力油层。从新增储量的3 个区块来看，北部的徐2 0 - 3 0 区块有效厚度较发育，单井平均有效厚度4 3 m ，徐7 8 2 4 区块次之，徐6 8 1 8 区块最差， 单井平均有效厚度仅为2 8 m 。 ( 5 ) 储层岩性、物性特征 储层岩性以硬砂质长石砂岩为主，其中石英占3 0 、长石占3 8 、岩屑占1 9 。胶 结类型以孔隙接触式、接触- 孑l 隙式、再生孔隙式为主。胶结物以泥质为主，粘土矿物成分 以蒙脱石绿泥石混合层为主( 4 2 ) ，其次为高岭石( 3 3 8 ) 、伊利石( 2 2 6 ) 。蒙脱石 奎壅亘塑兰堕三堡堡主主些兰垒笙兰 绿泥石混合层包缚颗粒表面，形成内衬式孔隙，次生石英及高岭石堵塞部分喉道。储层物 性差，平均有效孔隙度2 2 2 ，空气渗透率2 2 3 1 1 0 。i im 2 ，泥质含量8 6 ，分选系数 2 3 5 ，粒度中值0 1 4 8 m m ，为中孔中渗透储层。 1 1 3 油藏特征 据统计，含油面积内共有2 1 个微幄度构造，因此认为该油田是被众多微幅度构造控制 的岩性油藏，且微幅度圈闭高度小，仅为1 0 b 1 5 m ，圈闭面积一般为o 1 k m 2 。 从地震资料全三维解释构造图上可以看出，采油八厂油田在以岩性圈闭为主的油藏内， 微幅度构造主要控制油、水分布，但由于断层、岩性的作用又形成了多种类型的油藏。 ( 1 ) 岩性断层油藏：如徐2 0 3 0 井区，虽然微幅度构造对圈闭有秘，圈闭幅度高为 5 0 m ，但由于该井区受东西两条继承性大的断层切割影响，出现了上水下油的分布状况。 ( 2 ) 岩性油藏：如徐6 2 4 4 井区，微幅度构造圈闭幅度为3 0 m ，圈闭幅度与地层厚度 接近。但由于该井区砂岩不发育，致使徐6 2 4 4 井单井有效厚度仅为0 6 m ，造成地质报废。 ( 3 ) 岩性构造油藏：如徐1 - - - 徐3 井区，微幅度构造圈闭幅度多数仅有1 5 m 左右， 小于地层厚度，单井垂向表现为上浊、中同、下水的油水分布格局，p 1 5 层以下多发育同层 或水层。如该井区徐6 4 - 3 4 井位于构造变低部位，p i 7 层以下多发育同层或水层。 综上所述，采油八厂油田位于三肇凹陷升平鼻状构造向南倾没端延伸部位，未形成隆 起幅度高及圈闭面积大的构造，而是由众多微幅度构造形成的油藏群，同时受微幅度构造、 断层及岩性等因素影响形成多种类型的油藏，致使油水分布复杂化。 1 1 4 油藏性质 ( 1 ) 原油性质 该油田地面原油粘度1 7 0 3 5 5 m p a s ，凝固点3 3 4 1 ，相对密度o 8 5 6 0 0 8 6 6 2 - d l n 3 ，含蜡量1 9 1 2 8 7 ，胶质含量1 2 3 1 7 6 。地层原油饱和压力4 7 m p a ，粘度7 6 m p a s ，体积系数1 0 8 6 ，原始气油比2 0 5 m 3 t 。 ( 2 ) 地层水性质 。 地层水为重碳酸钠型( n a h c 0 3 ) ，总矿化度为8 6 6 4 1 0 7 4 2 m g l ，氯离子含量为3 5 0 2 4 3 1 6 m g l 。 ( 3 ) 油藏温度特征 从1 7 日井2 5 层地层温度测试资料来看，地层温度在6 2 2 7 0 o c 之闻。地温梯度在 3 8 4 4 3 1 i n 之问，平均地温梯度在3 9 3 ，m ，属正常地温梯度。对数据进行直线拟合， 得： t 车o 1 5 8 7 i - i 一1 9 0 0 6( 拟合相关系数为0 8 0 5 3 ) 式中：卜地层温度，； 卜深度，m 。 ( 4 ) 油藏压力特征 6 第1 章采油八厂地质状况及堵水中存在的问题 采油八厂油田葡萄花油层试油2 2 口井，共3 7 层，从1 5k i 井2 1 层压力测试资料来看， 油层压力变化范围在1 3 3 6 1 5 3 0 m p a 之间，压力系数变化范围在o 8 3 0 9 5 之间，平均 o 8 7 ，属于欠压油藏，对油藏压力进行直线拟合： p i = 0 0 1 1 4 3 h 一4 5 4 2 8( 拟合相关系数为0 8 0 3 2 ) 式中：p 广地层压力，m p a ： h - 一深度，m 。 1 2 堵水中存在问题 1 2 1 堵水中存在的问题 围绕油田开发中存在的问题，针对不同井出水情况，多年来，先后研究试验了整体式随 泵堵水工艺、平衡式丢手堵水工艺、可调层机械堵水工艺以及重复可调层机械堵水工艺等， 每年随综合调整方案实施，为油田“稳油控水”提供了技术保障。随着油田开发的深入，地 下条件变得越来越复杂，对于出水层位明确，夹层大的井，采用机械堵水工艺效果较好。但 上述机械堵水工艺在采油八厂油田应用存在很多局限性： ( 1 ) 不适应主力油层层内矛盾大，综合含水高( 大于8 0 ) ，且各小层均高含水的井； ( 2 ) 不适应层问矛盾大，油、水层间互分布，综合含水高( 大于8 0 ) ，且出水层位不 明确的井； ( 3 ) 不适应夹层小、封隔器卡不开或井下有套变而无法实现机械堵水的井； ( 4 ) 不适应单井层数少、厚度薄，采用机械堵水封堵部分层后，单井产量变得更低，甚 至不出东西的井。 1 2 2 堵水技术的发展 我国从五十年代开始研究和应用油田堵水技术，至今已有三十多年的历史，其发展历程 可分为以下三个阶段”，： ( 1 ) 机械卡堵阶段：自五十年代至七十年代末，各油田大面积研究和应用并下封隔器 和配套的并下管柱，卡堵高含水层段，取得了明显的经济效益； ( 2 ) 油井化学堵水发展阶段：此阶段始于八十年代初期，以胜利油田和华北油田为代 表，较快地发展了油井化学堵水技术。特别是水溶性聚合物投入应用后，全国油并化学堵 水呈逐年增加的趋势； ( 3 ) 油田区块综合治理阶段：根我国油田开发的需要，从八十年代中期始兴和发展了 注水井调剖和油田区块综合治理技术。进入九十年代后，油田进入高水期，封堵大孔道技 术和低成本颗粒型调堵剂在油田有了新发展，目前发展了调堵和驱油相结合的新兴分散凝 胶技术。 多年来的实践证明，油田堵水技术在浊田开发中发挥重要作用，主要表现为增大了阶段 奎鏖至垫兰坚三堡竺主! 些兰垡丝兰 采出油量，减少了阶段产水量，提高注水开发的阶段采出程度和注水的波及体积，改善了 注水效果，有利于提高注水开发的采收率。 1 2 3 常用的选择性化学堵剂 采用选择性化学堵水技术可有效地解决上述问题。常用的选择性化学堵剂主要有： ( 1 ) 油溶性酚醛树脂 该堵剂是由烷基酚和甲醛缩聚而成的油溶性线性树脂，加入固化剂可形成体型结构，由 于加入的固化荆是隐性碱性物质，只有在水溶液中才能释放出起固化作用的氢氧根离子， 促使树脂固化，而在油中不能释放碱性物质，故堵剂在油中分散性良好，不能形成固体沉 淀物，其选择性可达8 5 以上。 ( 2 ) 复合离子( 两性离子) 聚合物冻胶研 。 是由丙烯酰胺、阳离子丙烯基单体及阳离子单体在新型氧化还原体系存在下聚合而成 的，分子量在5 0 0 8 0 0 万之闻的阴、阳、非复合离子聚合物。由于聚合物链上引入阳离子， 在砂岩表面吸附能力增强。使用选堵作业对，交联剂为六次甲基四胺和苯酚。此凝胶具有 很强的亲水性，优先进入含水层，不进入含油层。 ( 3 ) 体膨型堵水剂 c a n - 1 堵水剂：本剂为交联的阳、阴、非离子三元共聚的，以凝胶微粒挤入高渗透出水 层，遇水膨胀产生机械堵塞。根据孔隙喉道选择微粒尺寸，微粒尺寸为地层孔隙喉道的l 3 1 4 较为适宜，使用的工作液为0 5 n a c l 溶液 改性淀粉堵水调剖剂：淀粉熟化后以丙烯腈或丙烯酰胺接枝改性，可用于油田堵水调剖， 如体膨型争p a n ，是淀粉与丙烯腈接枝聚合经碱性水解而成，由腈基转化的强亲水性酰胺基 和羧钠基，使该剂具有吸水膨胀的特性，膨胀率大于5 0 倍，胶凝后堵剂粘度最高可达 5 0 0 m p a s ，热稳定性好，适于6 0 1 2 0 高渗透地层油层选择性堵水。 在上述的选择性堵剂中，最有发展前途的是h p a i 、泡沫和稠油三种，这是因为h e a l 独 特的堵水选择性，且易于交联使用，适用于不同渗透率的地层。泡沫虽有效期短，但能用 于大规模施工，成本低，对油层不会产生伤害，因此是一种较好的选择性堵剂。稠油是堵 剂中唯一可回收使用的，它有与泡沫相同的优点，但使用时要注意地层的预处理( 如用阳 离子表面活性剂油溶液处理) ，使地层变成油润湿并增加水层的含油饱和度以利于稠油的进 入。 选择性化学堵水技术原理是在不需要检泵作业的前提下，把堵水剂从油井的油套环空挤 入目的层，堵水剂由主剂和封口剂两部分组成：主剂主要由阳离子聚丙烯酰胺、木质素磺酸 盐和交联剂组成，进入地层后，酰胺基团和羟基与岩石表面发生作用，阳离子基团与带负电 荷砂岩表面形成化学吸附，阴离子尾部伸展在外，对水流形成阻力。进入油层的两性离子聚 合物，表面的羟基被油膜所覆盖，不能与岩石发生吸附和凝胶化学反应。封口剂主要由丙烯 酰胺、交联剂和弓f 发剂组成，丙烯酰胺单体在地层内发生聚合和交联反应，生成高粘度聚合 物，封堵高渗透吸水层。 7 第1 章采油八厂地质状况及堵水中存在的问题 1 3 选堵剂的作用 选择性化学堵水是把具有一定选择性的堵水剂从油套环空挤入目的层，施工时不动管 柱，具有施工简单适应性强的优点。 1 3 1 堵水剂的组成 选择性堵水剂由两部分组成：第一部分是主剂，主要由阳离子聚丙烯酰胺、木质素磺 酸盐和交联剂组成，主体剂在4 0 9 0 c 的范围内成胶成胶时间在4 2 4 h 之间可调，凝 胶强度大于1 0 0 0 0 0 m p a s ，成胶后凝胶体比较稳定，不受酸、碱、矿化度的影响。第二部分 是封口剂，主要由丙烯酰胺、交联剂和引发剂组成，封口剂在4 0 9 0 的范围内成胶，成 胶时间在l l o h 之间可调，凝胶强度大于3 0 0 0 0 0 0 m p a s ，成胶后凝胶体非常稳定，不受酸、 碱、矿化度的影响。在此配比中，主体剂具有较强的选堵性能，但强度较低，在采油的过 程中，可能将部分已吸附或成胶的主体剂抽出，因此，必须加入一部分封口剂，封口剂成 胶后粘度很大。在具有一定的选堵性能的同时，可以防止主体剂的抽出。 1 3 2 堵水机理 ( 1 ) 阳离子聚合物的吸附”“” 吸附作用：由于晶格取代作用，岩石表面一般带有负电荷，阳离子聚合物表面具有较 高的阳离子密度，可以通过静电引力吸附在岩石的表面；同时聚合物中的部分基团也可以 通过氢键、配位键与岩石表面产生吸附。 水化作用：聚合物分子链上含有一定的水化基团，水化基团在水中水化，形成吸附溶 剂化水，在大分子链的表面形成吸附溶剂化层，吸附溶剂化层内的水分子不够自由移动， 只能与聚合物分子一起移动增加了水分子的移动阻力。图1 2 为注水形成的水流大通 道，注入化学荆前，水主要沿此通道通过，而其它区域未受到波及。 图1 2堵水前水流的方向 查壅至垫兰堕三堡堡主主些茎垡堡苎 伸展作用：不吸附的部分分子链伸向孔隙孔道，阻止了水分子的移动；伸向孔隙的大分 子链互相缠绕，使原来的大孔隙变为小孔隙，阻止了水分子的移动； 在含油饱和度较高的层位，整个岩心的表面覆盖一层油膜，阻止聚合物分子与矿物表 面的直接接触，同时，在油膜表面聚合物分子发生卷曲，导致水力半径缩小，活动能力下 降，吸附比较困难，未被吸附的聚合物随油流被采出，基本不会对油流产生堵塞。 ( 2 ) 凝胶的堵塞作用 ， 选堵剂中的主剂为水基的凝胶液，将其注入地层过程中，优先进入高含水通道，并在含 水通道内形成凝胶，形成滞留，堵塞岩心的孔道。原水流通道被堵塞后，水又形成新的通道， 从而波及到原未被动用的储量叭1 。图1 - - 3 为注入的化学剂进入原水流通道，形成对原通道的 堵寒。 图1 - 3堵塞后化学堵剂的位置 主体剂为水基的凝胶液，会优先的进入含水的通道，并在含水的通道内形成凝胶，形 成滞留，堵塞岩心的孔道。 ( 3 ) 封口剂的膨胀堵塞作用 封口剂成胶后，在水中会产生一定的膨胀作用，膨胀率随封口剂中丙烯酰胺浓度的增加 而增大；在油中，其体积不发生变化。因此，在含水饱和度较高的层位，水以连续相的形式 存在，流动时，油以液滴的形式存在于水中，采出过程中，水与封口剂接触，引起封口剂的 膨胀，进一步限制水的采出，提高对水相的堵塞率。而在含油比较高的层位，油处于连续相， 封口剂与油接触不会引起膨胀，对油的流动阻力低，因此，对油相的渗透率影响较小“4 。图l 一4 为原水流通道被封口剂膨胀堵塞后，水又形成新的通道，从而波及到原未被动用的储量。 图1 4堵水后水流的方向 9 1 0 第l 章采油八厂地质状况及堵水中存在的问题 封口剂在成胶后，在大量的水存在下，会产生一定的膨胀作用。因此，在含水饱和度 较高的层位，水以连续相的形式存在，在流动时，油以液滴的形式存在于水中。在采出过 程中，水与封口剂接触，引起封口剂的膨胀，进一步限制了水的采出。而在含油比较高的 层位，油处于连续相，封口剂与油接触不会引起膨胀，对油的流动阻力要低于对水的流动 阻力。 1 4 选堵剂在采油八厂的应用 2 0 0 0 年底在升平油田升4 8 2 2 井采用两性离子聚合物封堵技术进行试验，取得有效期 5 0 0 d 、累积增油4 5 2 t 的较好效果。2 0 0 2 年，又进行了小规模现场试验，试验中发现：一是由 于主剂和封1 3 剂的凝胶强度过大，对油、水的堵塞能力强，造成部分油井产液量大幅度下降， 堵油率偏高；二是堵剂地面粘度高，造成施工压力高、难度大；三是药剂成胶时问短且不可 控制，旌工风险大；四是对于不同含水率的油井，使用同一配方，药刻体系针对性不强，增 油降水效果不明显。针对上述问题，2 0 0 4 年下半年开始，开展了低渗透油田葡萄花油层选择 性化学堵水技术研究，进一步完善适应大庆外围低渗透油田的化学堵水工艺技术。目前，该 项目取得了4 项技术创新： ( 1 ) 研究确定了适合八厂油田的以阳离子型聚合物为主的堵剂配方； ( 2 ) 研究改进了堵剂配方中的交联剂体系； ( 3 ) 研究提出了针对不同渗透率及含水饱和度的油层优选不同堵剂配方的思路； ( 4 ) 研究确定了设计合理封堵半径的理论方法。 在此基础上现场试验了6 l 口井，成功5 6 1 = 1 井，有效4 8 口井，累积实现增油5 3 7 4 t ，降水 3 8 6 6 6 m 3 ，创效益9 6 0 ，5 3 万元，取得了明显的增油降水效果及经济效益。 现场施工6 l 口井，成功5 6 1 3 井，成功率9 1 8 ；有效4 8 口井，措旌有效率8 5 7 。堵 剂初始粘度低于3 4 2 m p a s ，凝胶强度在1 0 0 0 0 8 0 0 0 0 m p a s 之间可调，成胶时间可在6 4 8 h 之间可控，优选出适合于葡萄花油层的凝胶强度大于5 0 0 0 0 m p a s 。通过完善堵剂配方，可 堵水率大于8 0 ，堵油率小于2 0 。堵油、堵水能力之比大于1 ：4 。有效4 8 口井，平均单 井有效期2 5 6 天，平均单井累积增油1 1 2 t ，日降水2 5m 3 ，单井有效期达到2 5 6 天。 1 5 本章小结 采油八厂的沉积体系自北向南为三角洲分流平原、三角洲内、外前缘相沉积。纵向一 般分为pi1 pi9 共9 个小层，油顶埋藏深度1 3 5 0 1 5 9 0 m ，地层厚度：1 5 5 0 m ，油层厚 度薄，单井发育有效厚度层数2 4 个，单并有效厚度1 5 m ，储层丰度低，平均2 6 9 x l 矿t k 舻。如何进行合理、有效的开发不同种类的油层是采油八厂面临的主要问题。整体式 随泵堵水工艺、平衡式丢手堵水工艺、可调层机械堵水工艺、重复可调层机械堵水工艺等， 对于出水层位不明确、油水同层、夹层小、井下有套变等油井，不能起到很好的作用。选 择性堵水剂是在不需要检泵作业的前提下，把堵水剂从油井的油套环空挤入目的层，进入地 奎壅至塑兰堕三矍璺主主些兰垡丝茎 层后，酰胺基和羟基与岩石表面发生作用，阳离子基团与带负电荷砂岩表面形成化学吸附， 阴离子尾部伸展在外，对水流形成阻力。封堵高渗透吸水层。 采油八厂以前使用的选堵剂中主莉凝胶强度过大，堵油率偏高，堵剂地面粘度高，旆 工压力高、难度大，药荆成胶时间短且不可控制，施工风险大，不同含水率油井药剂体系 针对性不强等问题，研究出适合于采油八厂油层的新型选择性堵水剂，确定了适合八厂油 鄹的以熙离子型聚合物为主的堵剂配方，研究改进了堵列配方中的交联剂体系，研究提出 了针对不同渗透率及含水饱和度的油层优选不同堵剂配方的思路，研究确定了设计合理封 堵半径的理论方法，在室内研究的基础上，进行了现场试验，取得了较好的效果。 第2 章选择性化学堵水药剂配方的改进与评价 1 2 第2 章选择性化学堵水药剂配方的改进与评价 2 1 不同体系堵剂的耐冲刷性实验 2 1 1 堵剂体系的选择 使用填砂管模型，选择两种体系的堵剂： 体系a ：聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量1 2 0 0 万，水解度2 l ； 体系b ：聚合物为阳离子型聚丙烯酰胺，分子量3 0 0 万，阳离子度2 5 。 堵剂的配方为：聚丙烯酰胺浓度0 5 + 木钙6 o + 交联剂0 4 ，养护温度4 0 c ，养护 时间2 4 h 。 2 1 2 实验步骤 ( 1 ) 使用两个性质相同的填砂管模型，测定一个填砂管的油相渗透率，测定另一个填砂 管的水相渗透率，将两个填砂管并联； ( 2 ) 低压、低排量挤入1 p v 的体系a 堵剂； ( 3 ) 在4 0 c 条件下恒温2 4 h ，堵剂充分吸附于岩芯孔隙的表面并且在孔隙内成胶； ( 4 ) 在4 0 c 和一定压力下，用油连续驱替岩芯，测定不同驱替量下填砂管堵后油相渗透 率； 。 ( 5 ) 在4 0 c 和一定压力下，用水连续驱替岩芯，测定不同驱替量下填砂管堵后水相渗透 率。 ( 6 ) 重复上面操作，使用体系b 堵荆。 2 1 3 实验结果与分析 实验结果如表2 一l ，图2 1 所示。 由表中可见，对于体系a ，当注入量达到3 0 0 m l 时，油相渗透率的恢复值为7 5 8 ，水 相渗透率的恢复值为3 2 2 ；对于体系b ，当注入量达到7 0 m l 时，油相渗透率的恢复值达到 9 2 6 ，当水注入量达到3 0 0 m l 时，水相渗透率的恢复值仅为1 5 3 对于体系a 中的阴离子型聚丙烯酰胺，由于分子量大，在孔