油井化学堵水技术简述

1、油井化学堵水技术简述油井化学堵水技术简述 组长：组长：ZHFZHF 所讲内容 1、油井出水的原因有哪些？ 2、油田产水有什么危害？（为什么要进行堵水作业？） 3、堵水措施分类； 4、各种堵水施工方法； 5、以介绍水泥浆封堵为轴线，穿插有油井非选择性堵剂和油井 选择性堵水部分内容； 油气井出水是油田开发过程中存在的一个普遍问题，给油气井生产、 地面油水分离与处理、油气集输和油田开发工作，尤其对注水开发的油田 带来的影响是十分严重的。在油田开发过程中必须及时注意油气井出水动 向，利用各种找水措施，确定出水层位，采取相应的堵水方法。 概述 相关知识补充： 油气井出水按水的来源可分为注入水、边水、底水

2、及下层水、上层水 和夹层水。 同层水：与油在同一层，包括：注入水、边水、底水 外来水：油层以外的水，包括：下层水、上层水、夹层水 一、产水来源（原因）及对生产的危害 1 1、注入水及边水、注入水及边水 水驱指进现象 在纵向上形成单层突进 油层的非均质性，油水流度比的不同及开采方法不当 裂缝或高渗通道使油水井单向连通 一、产水来源（原因）及对生产的危害 1 1、注入水及边水、注入水及边水 一、产水来源（原因）及对生产的危害 2 2、底水锥进、底水锥进 底水锥进 油井生产时的压力差破坏了由于重力作用建立的油水平衡关系 一、产水来源（原因）及对生产的危害一、产水来源（原因）及对生产的危害 3 3、外

3、来水、外来水 近井地带窜漏 或是因为油井固井质量不高，或套管损坏（地层水腐蚀或盐岩 流动挤压）而窜入油井，或者是由于射孔时误射水层 一、产水来源（原因）及对生产的危害一、产水来源（原因）及对生产的危害 4 4、原因总结、原因总结 自 然 因 素 油层非均质性 油水流度比 套管损坏 固井质量不合格 误射水层 注采失调 人 为 因 素 一、产水来源（原因）及对生产的危害一、产水来源（原因）及对生产的危害 5 5、产水的危害、产水的危害 （严重影响油田经济效益，使效应好的井降为无工业价值的井） 1、降低油气藏采收率：降低波及效率 2、降低油气井产能与产量：造成储层伤害及出砂 3、造成油气井生产设备腐

4、蚀 4、增加地面作业费用 二、堵水措施分类二、堵水措施分类 堵水措施分类 机械堵水 化学堵水 非选择性堵水 选择性堵水 堵水与调剖（堵水作业根据施工对象的不同）：产油井与注水井 实质：改变水在地层中的渗流规律 二、堵水措施分类二、堵水措施分类 机械堵：利用机械方法或纯物理作用封堵水层，一般利用封隔器 将水层在井筒内卡开。 化学堵：利用化学方法和化学堵剂通过化学作用封堵。 非选择性堵水：堵剂在油井地层中能同时封堵油层和水层的化学 堵，施工时必须先找到产水层段，并采用适当的工艺措施将油水 层分开。 选择性堵水：堵剂只与水起作用不与油起作用。 注意：选择性堵水意为能明显降低水量而不严重影响出油量 三

5、、堵水工艺方法三、堵水工艺方法 堵水工艺方法 补注水泥 单液法 双液法 非选择性堵水 选择性堵水 水泥回堵 挤水泥 在套管内打水泥塞隔绝注入水或采油井段， 或井段的一部分回采上部层段。 在一定压力下向采油或注水井的特定层段挤 注水泥浆进行封堵。 三、堵水工艺方法三、堵水工艺方法 回堵或挤水泥作业取得成功，必须满足三个条件： (1)必须检测出出水或漏失井段。 (2)必须把出水井段或漏失井段和其他井段隔开。挤水泥成功的井段将完 全不出油、气和水或吸水。 (3)为了防止补注水泥后发生水窜，必须有隔层。如果管外有窜槽连通油 水层，水泥回堵处理会失败。如果地层没有页岩夹层或低渗透带则选 择性挤堵的井段只

6、能局部成功或短期有效。没有隔层，水可能在地层 内部作垂向流动，通过未挤水泥的井段重新流入井筒。 补注水泥 单液法 优点：能充分利用药剂，堵剂是混合均匀后注入地层的，经过一定时间 后全部堵剂在地层起作用。 缺点：产生堵塞的时间短只能封堵近井地带，受所处理地层温度的极限。 双液法 优点：可封堵近井地带和远井地带。改变隔离液用量能封堵地层的不同 位置。 缺点：药剂不能充分利用，只有一部分药剂相遇反应，产生封堵物质。 三、堵水工艺方法 堵水作业可在技术上分为两大类： 恢复油气井的技术状况和限制生产层出水。 油井的任何堵水工作的实质可归结为：通过对出水水源的作用封堵出水通 道，或者恢复其固井技术状况。上

7、述作用一部分可以采用化学剂来完成或 者用化学剂作为辅助成分来提高补注水泥的效果。 三、堵水工艺方法 油气井出水原因不同，采取的封堵方法不同。 主要根据油水层性质、出水情况、油井条件、工艺条件及堵剂性质和来源进 行选择。 封隔器： 为了控制个别水淹层的含水，消除开采时的层间干扰，大多采 用封隔器来暂时封堵高含水层；对于底水，采用在井底附近油水界 面处建立人工隔板(打水泥板)阻止锥进。 非选择性堵剂或水泥堵死出水层位: 对于外来水、欲停产水淹油层、油水分隔水层 选择性堵水： 油水同层 三、堵水工艺方法 水泥用于油井堵水的历史最长，利用水泥凝固后的不透水性来堵水。 四、水泥浆封堵 高渗透的夹层水 底

8、水 油层和水层串通的含水井段 各分层压力相似的油层水淹井 吸收能力高的水淹层。 应用情况 可能造成油井段污染 水泥浆封堵：利用水泥凝固后的不透水性来堵水 四、水泥浆封堵 水泥浆封堵剂类型 水基水泥 油基水泥 将密度为1.4-1.9g/cm3(平均1.6g/cm3)的API油井水泥浆 通过油管挤入被封隔器隔开的油层底水段或次生水段以 控制水流的堵水方法。水基水泥浆层内堵水后，污染油 井段是一个普遍存在的问题，它是造成水泥浆堵水失败 的最主要原因。 油水层交错，在工艺上无法确保油、水层分隔的情况下 采用。 水基水泥 1、水泥树脂混合物及水溶性聚合物-水泥混合物 在配浆时加入一定量的环氧树脂和 相应

9、的硬化剂。它能影响封堵液的性质 ，使封堵液形成坚硬如石的堵水物质； 所用的水溶性聚合物为水解聚丙烯腈等 。这类堵剂可用于封堵被底水所淹的含 水油层或油、水层两者串通后水通过环 形空间侵入油井的含水层。 2、泡沫水泥 3、早强加砂水泥 四、水泥浆封堵 非选择性堵剂应用条件： 油井非选择性堵剂-环氧树脂 非选择性堵剂用于封堵油气井中单一含水层和高含水层，它可以分 为四类：树脂型堵剂、沉淀型堵剂、凝胶型堵剂和冻胶型堵剂。而树脂 型堵剂又可分为酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂及糠醇树脂四类。 在油气井非选择性堵剂中，按堵水强度以树脂型堵剂最好。但按成 本，以树脂型堵剂最高。所以多用其作为辅助成分来提高补注

10、水泥的效 果。 四、水泥浆封堵 树脂型堵剂： 是指由低分子物质通过缩聚反应产生的具有体型结构，不溶不熔的 高分子物质。树脂按受热后性质的变化可分为热固体树脂和热塑型树脂 两种。热固型树脂是指成型后加热不软化，不能反复使用的体型结构的 物质；热塑型树脂是指受热时软化或变形，冷却时凝固，可反复使用的 具有线型或支链型结构的大分子。 非选择性堵剂常采用热固型树脂： 施工时将液体树脂挤入水层，在固化剂的作用下，成为具有一定强度的 固态树脂堵塞孔隙，封堵水层。 酚醛树脂 环氧树脂 脲醛树脂 糠醇树脂 三聚氰胺甲醛树脂 热塑型树脂：乙烯醋酸乙烯酯共聚物 油井非选择性堵剂-环氧树脂 四、水泥浆封堵 环氧树脂

11、为热固型树脂，常用作粘合剂和制作电子组件，强度比酚醛 或糠醇树脂高； 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。硬化剂为聚乙烯胺、乙二胺、 多元酸酐等，稀释剂为乙二醇丁基醚。 常用的环氧树脂：环氧脂肪树脂、环氧苯酚树脂和二烯烃环氧树脂 四、水泥浆封堵 油井非选择性堵剂-环氧树脂 1）相对较为昂贵，无选择性，使用时通常限于井底周围径向 30cm以内； 2）使用前必须验证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。 树脂类堵剂 1）可以注入地层孔隙并具有足够高的强度，可封堵孔隙、裂缝 、孔洞、窜槽和炮眼； 2）树脂固

12、化后呈中性，和各种井下流体不起反应，有效期长。 缺点: 四、水泥浆封堵 优点： 选择性堵剂选择性堵剂 适用条件：不易用封隔器将油层与待封堵水层分开时的施工作业。 堵水原理：是利用油和水、出油层和出水层之间的差异来进行选择 性堵水的。 按分散介质的不同分为三类：水基堵剂、油基堵剂和醇基堵剂。 油井选择性堵剂-部分水解聚丙烯腈(HPAN) 四、水泥浆封堵 水基堵剂：水基堵剂： 水基堵剂是选择性堵剂中应用最广、品种最多、成本较低的堵剂。 水基堵剂种类： 各类水溶性聚合物 泡沫 水包油型乳状液 某些皂类 四、水泥浆封堵 油井选择性堵剂-部分水解聚丙烯腈(HPAN) 各类水溶性聚合物:出水层含水饱和度较

13、高，地层压力小于油层，聚合物水溶液优先 进入含水饱和度高的地层，按含水饱和度的大小调整地层对流体的渗透性，是其他 选择性堵剂没有的。 各类水溶性聚合物-部分水解聚丙烯腈(HPAN) 水解聚丙烯腈作为一种选择性堵水剂主要用于地层水中多价金属离子 含量高的地层。 HPAN的特点 与地层水中的电解质作用形成不溶的聚丙烯酸盐，但沉淀物的化学强 度低，形成的聚丙烯酸钙是溶解可逆的。水解聚丙烯酸盐沉淀物存在淡化 问题，在淡水中析出离子开始变软，最后溶解。 四、水泥浆封堵 油井选择性堵剂-部分水解聚丙烯腈(HPAN) 各类水溶性聚合物-部分水解聚丙烯腈(HPAN) 选堵机理： HPAN(粘度250500mP

14、as)结构中羧基与含有多价金属离子Ca2+、Mg2+ 、Fe3+的地层水(或人工配制的高矿化度水)作用，形成弹性胶凝体(聚丙烯 酸盐)。随时间自行硬化，封堵水道。油层中不合高价金属离子， HPAN不 能生成沉淀，在油井生产时随油流带回地面。 油井选择性堵剂-部分水解聚丙烯腈(HPAN) 四、水泥浆封堵 水基水泥 1、水泥树脂混合物及水溶性聚合物-水泥混合物 2、泡沫水泥 3、早强加砂水泥 配制：干水泥、起泡剂、稳泡剂混合 配浆，再通入氮气配制成泡沫水泥。 利用泡沫水泥的粘弹特性、低密度、 有气泡等性质，改善堵水材料的性质 ，提高封堵效果。 四、水泥浆封堵 油井选择性堵剂-水基堵剂-泡沫 四、水

15、泥浆封堵 泡沫堵水 泡沫可根据起泡液的成分分为两相泡沫、三相泡沫和刚性泡沫两相泡 沫含有起泡剂和稳泡剂，三相泡沫和刚性泡沫还有固相，如粘土。三相泡 沫的稳定性较两相泡沫高许多倍，固相颗粒能加固小气泡之间的界面膜。 泡沫堵水泡沫堵水堵水机理：堵水机理： a）泡沫以水作外相，优先进入出水层，在出水层稳定存在； b）小气泡粘附在岩石孔隙表面上，阻止水在多孔介质中的自由运动； （岩石表面原有的水膜，会阻碍气泡的粘附，加入一定量的表面活性 剂可削弱这种水膜） c）由于Jamin效应和岩石孔隙中泡沫的膨胀，水在岩石孔隙介质中的流 动阻力大大增加; d）堵液在岩石孔隙介质内乳化，改变岩石的润湿性，岩石表面憎

16、水， 阻碍流水串通; e）泡沫在油层不稳定时会自行消泡，进入油层的泡沫不堵塞油层； 四、水泥浆封堵 油井选择性堵剂-水基堵剂-泡沫 水基水泥 1、水泥树脂混合物及水溶性聚合物-水泥混合物 2、泡沫水泥 3、早强加砂水泥 以水泥为胶结剂，石英砂为填充剂， 携带液以水为主，以氯化钙和三乙醇胺 为早强剂。水携带水泥和石英砂进入地 层后，形成具有一定强度和渗透率的人 工井壁，在高渗透带凝固，产生防砂堵 水的效果。 四、水泥浆封堵 油基水泥 适用条件：油水层交错，在工艺上无法确保油、水层分隔开的情况。 普通油基水泥 油基超细水泥 油基水泥 以油为基液，水泥颗粒分散悬浮于油中 。挤入水层后，油被替置而使水

17、泥固化。如 果挤入油层，水泥不会凝固，施工后可以从 油层返回。但油层中只要含少量水或与井筒 中的水接触，水泥浆会稠化，失去流动性。 地层中存在的束缚水足以使少量的水泥在地 层表面上凝固，使用油基水泥时要特别注意 。 四、水泥浆封堵 普通油基水泥 油基超细水泥 油基水泥 四、水泥浆封堵 油基水泥 组成：超细水泥、油基携带液和表面活性剂组 成。粒径不足普通API水泥的十分之一，小于10um ，能够进入普通水泥无法接近的区域或地层，可以 渗透进入管状漏失缝隙或微环隙，甚至可进入小至 80100目的砾石充填层位。在封堵套管与水泥环 之间缝隙时，SPSC在处理中一次施工的成功率超过 90%。 一般来说，

18、在裂缝性地层需要堵剂渗入油层深 处时，很少单独使用SPSC，因为即使平均粒度小于 5um，SPSC也不能渗入底层足够深处。所以一般通 过将SPSC与聚合物复配的方法达到深部堵水的目的 。方法是先注入延缓交联的聚丙烯酰胺，使其渗入 要求的深度，井眼附近的孔道由随后注入的SPSC封 堵，这种油基的超细水泥有利于将聚合物封堵在地 层中，从而阻止残余聚合物的产出。 聚丙烯酰胺 目前使用最广泛和最有效的堵水材料，溶于水而不溶于油，注入地层后 限制井内出水，不影响油气的产量。处理时不需要测定水源或封隔层段(注 水井除外)，处理费用较低。 聚丙烯酰胺堵剂的类型 聚丙烯酰胺使用前必须先水解，保证水溶性。部分水

19、解的聚丙烯酰胺 在堵水应用中分非交联和部分交联两类，非交联用于低渗透层段，部分交 联用于高渗透层段。 四、水泥浆封堵 油井选择性堵剂-水基堵剂-各类水溶性聚合物-聚丙烯酰胺 聚丙烯酰胺的堵水机理 部分水解的聚丙烯酰胺分子上的酰胺基和羧基影响着分子链的展开程 度和吸附能力，聚丙烯酰胺的选堵能力表现在流动阻力上。残余阻力的机 理是吸附、捕集和物理堵塞。 油井选择性堵剂-水基堵剂-各类水溶性聚合物-聚丙烯酰胺 四、水泥浆封堵 A.吸附理论(亲水膜理论) 进入地层的HPAM中的一CONH2和一COO可通过氢键吸附在由于出水冲刷 暴露出来的岩石表面上，形成一层亲水膜。HPAM分子中未被吸附的部分可 在水

20、中伸展，对水产生摩擦力，降低地层水的渗透性，油气通过亲水膜孔 道时，HPAM分子不亲油，分子不能在油中伸展，对油的流动阻力影响小。 进入油层的HPAM，由于砂岩表面为油所覆盖不发生吸附，不堵塞油层，可 以认为HPAM薄膜对水产生阻力，对油气流起润滑作用。 四、水泥浆封堵 油井选择性堵剂-水基堵剂-各类水溶性聚合物-聚丙烯酰胺 B.动力捕集理论 HPAM分子很大，相对分子质量为几百万至几千万。分子链具有柔顺性 ，松弛时一般卷曲呈螺旋状，在泵送通过孔隙介质时受剪切和拉伸力作用 发生形变，沿流动方向取向。当径向泵入地层，外力消除后，分子松弛成 螺旋状。当油气井投产时，卷曲的聚合物分子桥堵孔隙喉道阻止水流。