堵水调剖工艺技术讲座 胜利油田大中专学生实习用.ppt

孤岛采油厂工艺所2011年7月,堵水调剖工艺技术,目录,第一节、堵水调剖工艺简介第二节、堵水调剖技术第三节、配套技术第四节、堵水调剖技术的发展方向第五结、酸化解堵,第一节、堵水调剖工艺简介,一、剖面调整技术,油井含水上升是造成油井乃至油田产量下降和递减速度加快的主要原因，油井出水越多，所造成的危害就越大。开展堵水调剖的目的就是控制产水层中水的流动和水驱油中水的流动方向，提高水驱油效率。力图使得油田的产水量在某一段时间内下降或稳定，以保持油田增产和稳产。堵水调剖的最终目的还在于增加可采储量和提高最终采收率。为了实现这一目的，国内的石油开发与研究单位广泛开展了该项工艺技术的研究与推广应用。截止目前，堵水调剖大致经历了如下4个发展阶段：,二、堵水调剖的发展历程,二、堵水调剖的发展历程,探索研究阶段（50-60年代）。该阶段主要采用稠油、松香皂、油基水泥、水泥等进行单纯油井堵水试验。,发展阶段（70年代-80年代）。这期间以机械堵水为主。同时也开展了单纯油井堵水与单纯注水井调剖。,二、堵水调剖的发展历程,化学堵水调剖大发展阶段（80年代中期-90年代初）。此段时间为堵剂研究与开发的高峰期。在这十年间，研制开发和推广应用了聚丙烯酰胺（包括部分水解聚丙烯酰胺）系列冻胶堵剂，水玻璃凝胶堵剂等。此一时期还广泛开展了以井组为治理单元的堵调综合治理。,二、堵水调剖的发展历程,油田区块整体堵调阶段（90年代）。自90年代初（有的油田在80年代末）开始，广泛开展了以堵水调剖为主导工艺的区块整体堵调治理。有的油田还开展了大面积堵水调剖的工业化试验。,二、堵水调剖的发展历程,孤岛油田堵调技术也可分如下阶段：1978年以前机械卡封丢封阶段（油田含水为中含水期）。1978-1990年油井化学堵水阶段：稠油贝壳粉、干灰砂。水井调剖阶段（1990-目前）：油田含水大于90%，以调剖为主。CAN-1、榆树皮粉；还有SJD-1、SZD-03、HS-2颗粒型粉煤灰等，注聚前调剖封堵大孔道防聚合物窜出。,油井堵水工艺,一、油井出水的原因及危害,二、油井堵水工艺,油井堵水工艺,按堵剂分类：选择性堵水剂、非选择性堵水剂按施工工艺分类：选择性堵水、非选择性堵水或全井笼统堵水、分层堵水按施工方式分类：机械堵水、化学堵水,油井堵水,三、常用堵剂,选择性堵剂：冻胶类HPAM、丙烯睛、硬葡萄糖、泡沫、甲基氯硅烷、活性稠油、皂类、油基水泥等非选择性堵剂：树脂类、冻胶类、凝胶类、沉淀类,水井调剖,一、常用调剖剂,树脂类：酚醛树脂、ABS树脂等体膨型：CAN1、高吸水性树脂增稠型：榆树皮粉分散体吸附型：活性、水包、偶合稠油等,调剖剂,有机类,复合型,无机类,颗粒型：HD-1、HS-3等凝固型：HS-2、超细水泥等沉淀型：水玻璃、粘土双液法等,冻胶沉淀型：SJD1、SPG等,水井调剖,二、常用的调剖工艺,（一）近井地带调剖1、颗粒性堵剂木钙封口2、交联聚合物调剖3、粘土双液法4、粘弹体（二）深部调剖1、弱凝胶2、粘土双液法,1、堵水调剖施工设计,选井、选块,资料准备,施工设计,1、堵水调剖施工设计,选井、选块,资料准备,施工设计,1、堵水调剖施工设计,选井、选块,资料准备,施工设计,经过不断的改进与完善，现已发展形成了基本上可以满足各种类型堵调施工作业的三套流程：、在堵水调剖试验阶段广泛使用的，至今还适用于油井堵水和边远及分散井调剖施工作业的活动流程。该流程以泵车为动力源，一般采取边配制边注入的方式进行施工或者将在配液站配制好后用罐车拉至井场。,图中：1、2：配制和注入用泵车；3、4：方池；5：试验井,经过不断的改进与完善，现已发展形成了基本上可以满足各种类型堵调施工作业的三套流程：、适用于注水井调剖的撬装流程，该流程采用能够注入颗粒悬浮液的高压泵作为动力，特别适用于连续注入颗粒类调剖剂。,1：注入泵；2：配液池；3、4：搅拌池；5：加料漏斗；6：注入井,、固定站式注入流程。该流程建立了以地面堵驱为核心的辐射型堵水网络，利用配水间与注水井原有注水管网注入迢剖井点。这种堵调网络，及节约了地面工程安装费用，又减少了施工环节，提高了堵水工效。该套流程特别适用于区块整体堵调治理。,目录,第一节、工艺简介第二节、化学堵水调剖工艺技术第三节、配套技术第四节、堵水调剖技术的发展方向,第三节、配套技术,化学堵水调剖的配套技术,（一）、示踪剂技术,示踪剂是指那些可溶于液体并在极低浓度下仍能被检测出来，用以指示溶解它的液体存在、流动方向或流动速度的物质。示踪剂常常由于它在多孔介质的界面上吸附和解吸，或由于它在与其他液体接触处扩散，使它可能落后或超前被指示的液体，这是示踪剂就只能指示流体的流动方向；若示踪剂能与液体以相同的速度流动，则示踪剂可指示液体在该方向的流动速度。,化学堵水调剖的配套技术,（一）、示踪剂技术,1、示踪剂的作用：、了解注水井与采油井的连通情况从注水井注入含有示踪剂的液体，而在相邻的生产井采出示踪剂，则说明相邻两井互相连通。若没有采出示踪剂，则说明相邻两井不连通或渗透率太低。、了解注入液体在地层中的渗流速度若注入液体中示踪剂在地层中的吸附量很少，则示踪剂在地层中的渗流速度可看作与注入液体相同。从注水井注入带有示踪剂的液体，测出从相邻井采出示踪剂的时间，可以计算出注入液体在地层中的渗流速度。,化学堵水调剖的配套技术,（一）、示踪剂技术,、了解地层的分层情况从油井测出示踪剂的采出浓度随时间的变化而得到的浓度与时间的关系曲线，曲线上的峰数即为地层分出的层数。通过数值模拟可算出各层厚度和渗透率的大小。、了解地层中是否存在裂缝若示踪剂从注入到检出所经过的时间很短，说明地层有裂缝或特高渗透条带存在。、评价地层处理效果用示踪剂可以测出地层处理前后注入流体的流动方向和流动速度，以评价地层的处理效果。同时，示踪剂也可测出油井的来水方向，注入水在各油井的分配及注水采油的体积扫油效率等。,化学堵水调剖的配套技术,（一）、示踪剂技术,2、示踪剂应满足的条件：a、在地层中的背景浓度低；b、在地层中的滞留量少；c、化学稳定性与生物稳定性好；d、与地层流体配伍性好；e、检测分析简单，灵敏度高；f、无毒、安全，对测井无影响；g、货源广成本低。,化学堵水调剖的配套技术,（一）、示踪剂技术,油田常用的示踪剂1、氚水（3H2O）；2、硫氰酸铵（NH4CNS）；3、硝酸铵（NH4NO3）；4、溴化钠（NaBr）；5、碘化钠（NaI）；6、氯化钠（NaCI）；7、荧光素钠（C20H12O5Na2）；8、乙醇（C2H5OH）；,井间同位素示踪剂自动监测技术是利用自动控制仪表对油井产出液中的同位素示踪剂进行自动巡回检测的一种工艺方法，可用于多口油水井的注入动态监测，在不同的注水井注入不同能量特征的水剂同位素示踪剂，示踪剂随注剂在地层中运移，一起流向油井，并随产出液一同进入油井计量站，被安装在进油管线上的探测器所接收，并转换成电脉冲信号送到监测仪表进行分析记录，即可确定其水流方向和渗流速度，,了解油田注水开发中注入水运动规律和油藏的非均质性，为研究油层水淹状况和剩余油分布规律及正确评价注入效果实施控水稳油提供科学依据。,井间同位素测井,化学堵水调剖的配套技术,（二）、区块整体堵调优化决策技术,随着注水开发的延续，我国的许多油田已进入高含水（综合含水80%）或特高含水（综合含水90%）开发期，为了控水稳油，各油田均开展了以堵调为主的综合治理。由于地层条件的改变，堵调方式的改变，使得堵调治理的难度加大。为了提高整体堵调效果，就需要制定出一套包括选井、选层、选堵剂、选择堵剂用量、选择施工参数、选择重复堵调时机、预测堵调效果和堵调效果评价的堵调优化决策技术，以指导大面积堵水调剖治理。,化学堵水调剖的配套技术,（二）、区块整体堵调优化决策技术,井口压降与PI值将注水井关井后测定压力降，通过下式计算PI值：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）,PI决策技术,三、化学堵水调剖的配套技术,（二）、区块整体堵调优化决策技术,区块注水井井口压降曲线的测试将注水井的日注量调至指定的数值，稳定注水一天；测定前，校正水井井口压力表；测定时，记下注水压力（油压、套压、泵压）和日注量，迅速关井，记下关井开始和终了时间，记下关井时的压力，并从此时开始，每隔5min读一次压力，一直至压力变化很小为止。读数期间，若压力下降快则加密读数，若压力下降慢则延长读数。以时间（min）为横坐标，以压力（MPa）为纵坐标，画出注水井井口压降曲线，根据注水井井口压降曲线，可以标出该曲线的压力指数。为了区块中每口注水井的PI能够相互比较，应将PI值进行改正，改正至同一日注水量下，即：PI改正值=（PI值/实注量）归整后日注量（MPa），因此可将PI改正值作为PI决策技术中的决策参数。,PI决策技术,三、化学堵水调剖的配套技术,（二）、区块整体堵调优化决策技术,区块调剖必要性的判断有两种判断标准：一个是按区块平均PI值，区块平均PI值越小越需要调剖。一个是按区块注水井的PI值极差，PI值极差是指区块注水井的最大PI值与最小PI值之差，其值越大越需要调剖。从统计得到，平均PI值低于10MPa的区块需要调剖，PI值极差大于5MPa的区块需要调剖。符合其中一个或同时符合其中两个标准的区块均需要调剖。,PI决策技术,三、化学堵水调剖的配套技术,（二）、区块整体堵调优化决策技术,调剖井的选定按区块平均PI值和注水井的PI值选定。通常是低于区块平均PI值的注水井为调剖井，高于区块平均PI值的注水井为增注井，在区块平均PI值附近，略高于或略低于区块平均PI值的注水井为不处理井。,PI决策技术,三、化学堵水调剖的配套技术,（二）、区块整体堵调优化决策技术,调剖剂的选择按四个标准选择：地层温度；地层水矿化度；注水井的PI值；成本。在选择注水井调剖剂时，先按前三个标准，若有多种调剖剂适用，则按成本对其作出选择。调剖剂用量计算调剖剂用量按下式计算：W=hfPI式中：PIPI值预定提高值（MPa）。注水井PI值预定提高值应考虑注水井干线压力，区块平均PI值和注水井目前的PI值。,PI决策技术,三、化学堵水调剖的配套技术,（二）、区块整体堵调优化决策技术,调剖效果评价通过下列曲线评价：a、注水井井口压降曲线；b、注水井指示曲线；c、注水井吸水剖面；d、水驱曲线；e、调剖前后示踪剂的产出曲线；f、油井和区块的采油曲线（日产液、综合含水、日产油）；重复施工时间的确定,PI决策技术,三、化学堵水调剖的配套技术,（二）、区块整体堵调优化决策技术,重复施工时间的确定调剖井转正常注水后15天测注水井井口压降曲线。由此时起，每月测定一次注水井井口压降曲线。由不同时间测定的注水井井口压降曲线计算出相应的PI值。作调剖井PI值随时间的变化曲线，由曲线的变化趋势判断调剖剂在地层中的移动情况，若调剖剂移进地层，对近井地带的封堵作用减小，则曲线下降，当下降至调剖前的PI值或某一合理指定值的时间，即为重复施工时间。,PI决策技术,三、化学堵水调剖的配套技术,（二）、区块整体堵调优化决策技术,油井堵水的决策油井堵水的选择：堵水油井按有产能、高含水、处于低PI值区域（从区块PI值等值图找出）等条件选择。堵水剂的选择：堵水剂按地层温度、地层水矿化度、油井所处PI值的区域、成本等条件选择。堵水剂用量：由W=hf计算。式中的为堵剂用量系数，其值在2-20m3/m（地层）的范围。具体的值应参照已施工的同条件油井选定。堵水效果评价：可由堵水前后油井的产液剖面和采油曲线的变化评价。重复施工时间：由采油曲线的变化决定。,PI决策技术,三、化学堵水调剖的配套技术,（二）、区块整体堵调优化决策技术,RS优化决策软件,RS决策流程图,开始,调剖井优选,封堵层位的优选,调剖剂选择,调剖优化设计,效果预测,经济评价,效果评价,施工参数优选,结束,区块整体数值模拟研究,单井调剖用量优化,施工参数优选,目录,第一节、堵水调剖工艺简介第二节、化学堵水调剖工艺技术第三节、配套技术第四节、堵水调剖技术的发展方向,第四节、堵水调剖技术的发展方向,一、“2+3”提高采收率技术突破堵剂的机理限度,一、“2+3”提高采收率技术突破堵剂的机理限度,二是驱油要高效，用驱油剂与油之间的界面张力衡量，通常注水时油水界面张力=10mN.m-1、驱油剂使用后达到超低油水界面张力=10-3mN.m-1才有效。注水井“2+3”先调剖后挤入少量洗油剂；油井“2+3”（新油井堵水方法）先注入少量驱油剂再挤入高渗透出水层堵剂，用过顶替液顶替。,一、“2+3”提高采收率技术突破堵剂的机理限度,二、突破堵剂使用的数量限度向大剂量深部调剖发展,把握堵剂注入时机：见水越早，早调剖效果越好，重复调剖会比前一次更好；延长堵剂的有效期；提高堵剂的整体效果。,二、突破堵剂使用的数量限度向大剂量深部调剖发展,三、实施范围向特高含水期注水、三采区块中大孔道挺进,四、堵调技术与注采调整、周期注水相结合综合治理,五、解堵增注工艺原理介绍,化学解堵方法,普通酸化,缓速酸,HCl+添加剂,酸(HCl+HF)添加剂,土酸粘土稳定剂,胶束酸(胶束剂+酸),低伤害酸,暂堵(调剖)酸化,潜在酸,热酸,发热剂酸,硝酸粉末,物理方法,压裂,振荡,普通压裂,高能气体压裂,水力振荡,超声波振荡,增压泵,重新射孔,强磁增注,井下放电解堵,五、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,1、普通酸化(常规盐酸、土酸酸化),(1)原理：盐酸可溶解油层中的铁锈和垢类、形成可溶性盐类。Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2OFeS+2HCl2FeCl2+H2SCaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2CaMg(CO3)2+4HClCaCl2+MgCl2+2CO2+H2O土酸由HCl+HF构成，可溶解泥质和部分溶解砂子，形成SiF4气体(或H2SiF6)。,五、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,1、普通酸化(常规盐酸、土酸酸化),1、普通酸化(常规盐酸、土酸酸化),AI2O3.SiO2.H20+36HF4H2SiF6+2H3AIF6+12H2OSiO2+6HFH2SiF6+2H2O盐酸浓度：6-15%，趋向于使用高浓度HCl，其原因：a:HCl浓度高，受地层水稀释作用影响较小b:HCl浓度高，单位体积HCl可产生较多CO2，便于酸化流动助排。c：HCl浓度高，单位体积HCl可产生更多CaCl2、MgCl2，提高残酸粘度，便于悬浮携带反应形成微粒。HF浓度：3-15%通常取36%,五、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,1、普通酸化(常规盐酸、土酸酸化),1、普通酸化(常规盐酸、土酸酸化),(2)酸液中添加剂：缓蚀剂：用来减少酸对金表面的腐蚀。甲醛：铁离子稳定剂：防止铁盐FeCl2、FeCl3水解沉淀。FeCl2+2H2OFe(OH)2+2HClFeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl常用产品：醋酸，柠檬酸：互溶剂、活性剂：降低酸化反应速度和降低液液界面张力。常用产品：烷基磺酸钠,五、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,1、普通酸化(常规盐酸、土酸酸化),(3)适应性：主要解除铁锈，水质中钙垢堵塞，以及钻井、完井造成的泥浆污染。(4)酸粘土稳定剂,五、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,、缓速酸：,由于普通酸化只能处理近井地带附近的污染物，为了达到油层较深部酸化的目的，开展了缓速酸的研究，目前已形成系列缓速酸。如：固体酸(氨基磺酸NH2SO3H)胶束酸、低伤害酸、浓缩酸等(1)原理：缓速酸成分包括无机酸和有机酸两大类无机酸：磷酸、氟硼酸、氨基磺酸等相对HCl、HF较弱的酸：分步电离H+有机酸：乙酸、柠檬酸、甲酸、草酸等。主要化学反应,五、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,、缓速酸：,a、磷酸：MCO3+2H3PO4=M(H2PO4)2+CO2+H2OFe2O3+6H3PO4=2Fe(H2PO4)3+3H2O缓速机理：H3PO4=H+H2PO4-K1=7.510-3H2PO4-=H+HPO42-K2=6.310-8（25）HPO42-=H+PO43-K3=3.610-13而盐酸HCl:K=10K1,五、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,、缓速酸：,b、氟硼酸：HBF4+H2O=HBF3(OH)+HF(慢)HBF3(OH)+H2O=HBF2(OH)2+HF(快)HBF2(OH)2+H2O=HBF(OH)3+HF(快)HBF(OH)3=HF+H3BO3(快)c、NH4F+HCl(H3PO4)HF+NH4ClNH4HF2+HCl2HF+NH4Cl,五、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,、缓速酸：,d、(氨基磺酸)NH2SO3Fe2O3+6NH2SO3H2NH2SO3-Fe+3H2ONH2SO3NH2SO3CaCO3+2NH2SO3HCa+CO2+H2ONH2SO3e、潜在酸(高温井120以上)80-1204NH4Cl+6CH2O-(六亚甲基四胺)+4HCl+6H2O以上这类型酸都具有和铁锈污垢反应速度缓慢，延长H+、F-在油层中的作用距离。,三、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,、缓速酸：,(2)胶束酸：主要是采用油包水型(W/O)型活性剂，随着活性浓度的增加形成胶束酸溶液，它们为不稳定体系，挤入地层与堵塞物缓慢反应，并转相，因此胶束酸能达到较深度酸化目的。特别对油污具有增溶作用可解除油堵。(3)适应性：能消除近井及油层深部污染堵塞。(4)特点：反应速度缓慢，但成本比普通酸高。,三、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,、化学生热酸(简称热酸),(1)原理：以化学药剂：NaNO2+NH4Cl反应生成N2和大量气体，将有机垢(原油、沥青)堵塞物溶解和排除。N2存在，产生气液混相，降低密度，提高悬浮能力。(2)适应性：近井地带原油、沥青和机械杂质的解堵如转注井、稠油井、含蜡井。(3)特点：产生N2和高温100-200,三、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,、硝酸粉末解堵,(1)原理：主要是硝酸脲等成份，经特殊工艺处理，克服了硝酸的强腐蚀性、强刺激性，又保持了硝酸的强酸性和强氧化性。(2)适用范围：砂岩、泥质、蜡污染地层(3)特点：除酸的特点外，产生高温150-200,三、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,5、深部处理剂,(1)原理：SD4深部解堵剂由高效无机酸、高温破乳剂、多种无机盐及其它添加剂复配而成。SD4深部解堵剂中含有氟硼酸成份，氟硼酸进入储集层后，能缓慢水解生成HF，反应方程式为：HBF4-+H2OBF3OH-+HF（一级水解）BF30H-+H2OBF2（OH）2-+HF（二级水解）BF2（OH）2-+H2OBF（OH）3-+HF（三级水解）各组水解生成的HF与砂岩中的粘土和颗粒反应表达式为：HF+粘土、长石H2SiF6+ALF3HF+石英H2SiF6+ALF3SD4深部解堵剂具有以下几点作用：,三、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,5、深部处理剂,a:“脱敏”作用：各级水解产物HF酸溶解粘土和颗粒的同时，与羟基氟硼酸、硼酸有关的酸岩离子反应，形成硼硅酸盐和硼酸盐，使粘土或细粒得以稳定（防水敏产生），对地层具有保护作用。b:“溶合骨架”：与粘土反应后，矿物表面富集硅和硼，在硅酸盐和硅细粒上形成非晶质硅及硼硅玻璃涂层，“溶合”呈骨架，使颗粒运移受阻。（防速敏产生）特别适于泥质细粉砂油层解堵。,三、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,5、深部处理剂,c:防止沉淀：羟基氟硼酸或氟硼酸可作为保护溶液，防止生成沉淀物。d:抑制蒸汽对岩石的溶蚀作用：中和注入蒸汽的高碱性，抑制蒸汽对岩石的溶蚀作用及伤害。e:SD-4深部处理剂中HBF4水解反应较慢，可以达到深部酸化的作用。(2)适用范围：主要用在热采井上解堵，以降低注汽压力。,三、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,6、目前孤岛油田主要应用化学增注工艺配方,(1)盐酸(8-12)HCl+(0.5-1.5)缓蚀剂+1稳定剂(Fe)+(2-5)互溶剂(2)土酸：(8-12)HCl+(1-5)HF+1缓蚀剂+1稳定剂+2互溶剂(3)酸粘土稳定剂：比例1:1(4)低伤害酸：(12-18)H3PO4+(2-5)NH4F+0.5缓蚀剂+1稳定剂+2互溶剂(5)硝酸粉末：硝酸粉末液：5-10%硝酸粉末低伤害液：硝酸粉末1:1,三、解堵增注工艺原理介绍,(一）、化学增注工艺技术,7、用量：2式中：-m：油层厚度m：油层孔隙度,二、解堵增注工艺技术原理介绍,(二）、物理增注工艺技术,二、解堵增注工艺技术原理介绍,(二）、物理增注工艺技术,振荡,超声波振荡,水力振荡,产生机械振动，松动堵塞物解堵,(1)原理：、水力振荡：利用高压工作液体，经喷嘴产生射流(并旋转)冲转地层，对近井地带堵塞物产生振动和剪切作用，使其松动、脱落、而解除堵塞，恢复油层渗透性。测试表明：当泵压20MPa时，喷嘴转速349转/分，对井壁冲击力17.8MPa。,、振荡增注,二、解堵增注工艺技术原理介绍,(二）、物理增注工艺技术,、超声波：利用超声波激发器产生高频振荡波通过电缆到达井下能量转换器转换为超声波，迫使流体产生激烈的机械振动，使油污降粘，堵塞物被破碎而解除油层堵塞，达到增注解堵目的。(2)适应范围：近井地带炮眼附近机械杂质和油污的解堵。(3)特点：振荡增注、工艺相对简便、费用低，但油层深部微小颗粒的运移不可避免。,、振荡增注,二、解堵增注工艺技术原理介绍,(二）、物理增注工艺技术,、增压泵：(1)原理：利用增压泵，提高注水压力，达到解堵增注(2)适用范围：低渗透地层、高吸水启动地层，严