孤东油田油层封堵封窜技术研究

1、孤东油田油层封堵封窜技术研究天津大学硕士学位论文孤东油出油层封堵封窜技术研究姓名：李卫东申请学位级别:硕士专业:化学工程指导教师:傅希贤;郑碧锁2002. 1. 1 摘要/孤东油出是一个高渗透疏松砂岩油藏，非均质严重，经历十多年的强注水开 发,汕层受长期注入水的冲刷,地层出砂严重，油层已经形成大孔道或特大孔道，部 分井层间存在层间窜流现象。本文对孤东油出大孔道和层问窜流进行深入调查和分 析，研究了孤东油田油层窜流认识方法和治理窜流的封堵剂以及封堵工艺。通过建立物理 模型和数学模型，研究油层窜流认识方法。研究开发了适合孤东油出及同类型油出严重 窜流油层的封堵剂。该封堵剂具有材料来源广、成本低、封

2、堵强度高、有效吋间长和对 油层污染小等特点。针对孤东油出窜流井油层窜流带空隙大和井壁附近亏空等特点提出 较大剂量较深部封堵工艺，该方法不留塞,施工简便安全订木文通过对油层窜流认识、封 堵剂研究和封堵工艺研究,全面阐述了孤东油出油层窜流系统的治理方法。矿场应用 井，达到了明显降水、增油和提高采收率的效果。关键词:油层窜流;认识方法,封堵剂，封堵工艺;孤东油hi,犬津大学研究生毕业论文第一章前言孤东油田是我国八i年代小期投入开发的大型整装披复构造油气田，储量 万吨，属于陆和河流沉积体系，主要以馆陶组止韵律、复合韵律沉积为主。油 层埋藏浅，胶结疏松。油层平均渗透率x。，平均孔隙度,渗透率平面非均质系

3、数 为，层间层内非均质相当严垂。为高渗透常规稠汕疏松砂岩亲水正韵律汕 藏。开发中易出砂，注水开发过程中水线推进快,油层水淹快。孤东油出年全面投入开发,到目前历经年，叮采储量采出程度达到,综合含水,进入了特高含水开发后期阶段。油田开发的主要特点是： 原汕性质差,汕水粘度比高，开发过程中含水上升快，约有/的可采储量 在特高含水阶段采出。油层疏松出砂，高渗透,密井网，采油速度高，注采强度大，储层物性变化 大，大孔道水窜严重。可采储量平均采油速度达到%，注采强度分别达到和/ 以上，注水年开始出现大孔道，目前孔道发育程度约有。从取心井资料看, 渗透率平均增大了倍,最大可达倍。油tn驱油效率低，平面波及程

4、度高，纵向波及程度低。由于孤东油出开发过程中存在合层开采，层间干扰较为严重，层间矛盾也较 为突出，影响主力层系的开采，特别是对于孤东油田疏松砂岩油藏更为突出。同时, 孤东油出经过多年的高强度开发和强注强采,油层长期受注入水的“冲刷”和“淘 洗”，油层物性发生了较大变化。层间及层内渗透率丼异越來越大,部分井间形成“大 孔道”。同时由于固井质量、油层间压力差异、岀砂严重和问层薄等因索的影响，在三 采、调剖及作业压井小发现油层间管外窜流现彖。经对部分井组的井间示踪剂、井间放 射性同位素、声幅变密度等测试,经分析结果证明了在主力开发层系较为普遍存在大孔道 和层间窜流。从而导致水驱波及体枳不高的低效或无

5、效注水，严重影响汕皿开发经济 效益和采收率。孤东油出的地质特点决定了它要经历一段较长的特高含水开发阶段。冃前在 主力开发单元有/井存在汕层窜流，汕井产岀水主耍来源为注入水。为提高注水开发 效率和采收率，目前采用的主要手段是大规模的堵水调剖和三次采油化学驱。由于 大孔道和层间窜流的存在，常规堵水调剖技术应用效果越来越差。从目前的三次采油矿场实践来看，大孔道严重降低了注入聚合物的利用效率，三采效果和对较并。因此，如何针 对孤东油】天律大学研究生毕业论文皿的密井网整装油do的特点进行大孔道的认识与治理研究，已经成为一个迫 切需要解决的课题，对于东部油区疏松砂岩油藏开发而言，同样具有很强的针对性和追

6、切性。为了改善这一状况,近几年对孤东油田进行大量堵水调剖工作，平均每年施 工井次以上，初期取得较好的开发效果，随着油层窜流的加剧，常规堵水调剖应 用效果越来越不理想。主耍原因是目前常规堵水调剖剂封堵强度较低，在“大孔道” 油层中停留时间短，在强注水的条件下很快被突破。对层间窜流和第二界面窜流井也进 行了部分井的封堵，主要采用水泥封堵修复第二界面，由于层间窜同时存在大孔道，并且 井壁附近亏空影响封窜质量，实施效果多达不到设计口的。目前，国内外对油层管外窜和大孔道的治理越來越重视。俞启泰iii利用抽象 地质模型及相应的典型油层参数加油藏数值模拟以及油藏工程和数理统计的研究方法,研究岀了 “注水多油

7、层油藏小层层内与平面波及评价系统”，确定出了注水多层油 藏“大尺度”未波及剩余油的入富粲区：一是注水高粘度正韵律油层顶部未波及剩余油: 二是边角影响未波及剩余油:三是层系内由于各小层物性差异开采不平衡形成的未波 及剩余油。根据孤东汕皿汕藏特性和经历强注水开发过程，以及对部分单元汕藏描述农 明,孤东油皿严重存在未波及剩余油的三大富集区，同时由于油层存在大孔道和层间窜 流使得富集区的厦ii椎、口出。为提高注水波及系数，国内外提出了许多方法，主要方法 有：提出的“在注水油田屮，增进油藏管理方法的应用，能够得到高的体积注水效率，因而提高石油采收率。”用这且个方法获得的油藏“动力”数学模型不断被应用。【

8、习强调优化注水系统和井网密度提高注水波及系数的水动力学方法,其主耍措施是调整注水方式 和强度,打加密井提高井网密度。孤东油山目前的井网密度在.已经处于较高密度，近儿 年通过不断的调整己经趋于较为合理的水平。注水系统也在不断的优化，从调整并网到调整注水强度做了大量的工作，但应用效果越来越差。/等为代表提出的及时关井、不稳定注水、弱排油储量区的定位与开采技术。在孤东油出进入高含水开发期也得到了应用, 初期取得较好的开发效果，但随着油层窜流的不断加剧，目前已经看不到明显的效果。瞪】介绍了美国能源部发起研究的用注聚合物或聚合物凝胶等方法改善 油水流度比和调整吸水剖面。在孤东油出年开始分别在不同区块进行

9、了实施, 但由于油层层间和层内矛盾突出，实施效果也没有达到设计口的。天津大学研究 生毕业论文刘翔鹑在文献【中介绍的目前国内外广泛利用的注水井调剖技术和生产井 化学堵水技术。油井化学堵水是指将化学剂经油井注入到高渗透出水层段，降低近井地带的 水相渗透率，减少油井出水，増加原油产量的一整套技术。水井调整吸水剖面技术是 指在注水井中用注入化学剂的方法，降低高吸水层段的吸水量，从而相应提高注水压 丿j,达到提高中低渗透率层段的吸水量，改善注水井吸水剖面,提高注入水波及体积。该 项技术近年发展很快,应用也较广。目前我国使用堵水调剖剂品种较多，据统计已在油 田应用过的约有种,其中油井堵水剂有种，一般分为类

10、【】：水泥类堵水剂;树脂类堵水剂;无机盐沉淀类调剖堵水剂;水溶性聚合物冻胶类堵水调剖剂: 颗粒类堵水调剖剂:泡沫类;改变岩石表面润湿性具有选择性类:其他。在孤 东油出从年开始逐步扩大使用堵水调剖技术，使用的堵水调剖剂在种以上。但随着孤 东汕田油层大孑道和层间窜流的加剧，在注采强度居高不下的情况下，应用效果 在不断下降。主要原因是由于油层层间和层内严重存在窜流,封堵剂在特高渗透带停留时 间短，在强注水的条件下很快被突破。为了有效地治理油层窜流问题，需要开发适合孤东油田油层特大孔道的封堵 剂，以及完善的封堵工艺。如果不能对其进行有效的治理，随着油出的开发将会进 一步加重油层窜流，对于有效开发富集区

11、原汕将更加困难。rti于汕层窜流的存在,导致低 效注水或无效注水，同时生产井高含水降低生产效率，严重地影响了油皿开发效果和 长期稳定的生产。从全国第九次堵水技术工作会议材料上了解到，国内大部分油田都将油层封 堵封窜工作做为老油出进一步挖潜和提高油出采收率的重要手段。在这一方面均有 不同程度研究和应用【，有一定的成功经验，但由于各个油do的油层状况有一定并异，在 应用上受到一定的限制。为此“九五”期间研究油层封堵封窜技术已成为各老油出 研究的重点项口。口前主要研究内容包括三个方面:一是怎样认识描述和确定油层层间 窜流管夕卜窜和油层层内窜流人孔道，以及它们形成因素和预防措施；二是选择或研 究适合本

12、汕ffl汕层封堵荆:三是研究封堵工艺及其配套技术；川是研究有针对性 的区块或单元整体治理技术和评价技术。根据孤东油出的特点和现有条件，本文重点在以下几个方面进行了调查与探 讨：首先深入调查孤东汕皿汕藏特性和开发过程，分析研究孤东汕皿汕层窜流现 天津大学研究生毕业论文状和成因,研究油层窜流的认识方法：研究开发适合孤东油出以及同类型油出油层窜流治理的封堵剂；针对孤东油出窜流现状研究相应的封堵工艺;应用决策技术【】和区块整体调剖决策技术【】进行单元综合治理：进行现场试验与效果分析。通过系统的研究孤东油出以及类似油藏的分析，形成完整的油层大孔道和层 间窜流治理技术。达到封堵水驱程度高的层位或部位,使注

13、入水驱动未被驱动或驱 动较差层位或部位，改善注入水波及休积。有效地开发“三大富集区”的原油，提高油出 开发经济效果和最终采收率，增加可采储量。犬津大学研究生毕业论文第二章现状调查与分析孤东油出经过多年的强注水开发,油层性质发生了较大的变化，原始油层资 料已经不能代表口前孤东油田油层状况，因此深入调查孤东油田油层窜流状况是研 究和治理的前提。通过了解国内外油层封堵技术现状，结合孤东油出油层窜流状况提出 有针对性治理技术。孤东油田现状调查 储层特性孤东油出主力开发层系为馆陶组,也是油层窜流存在的主要层系。油层物性 为咼渗透正韵律常规疏松砂岩，间层为泥岩。主力开发单元馆陶组油层原始资料为 【：原始孔

14、隙度在之间:原始空气渗透率在x。；馆上段平均孔隙半径为，最大孔 隙半径为.;储层岩石以石英和长石为主，一般含量在%之间,馆陶组粘土含量较高，一般在%之间；油层岩石表面为亲水性。由于 储层孔隙半径较大，渗透率较高，胶结物含量少,粒间存在的附着不牢同的高 岭石、伊利石和石英,在较高流速下，小于的地层微粒易被流体带走，而使渗透率增大。储层表现为速皱无临界流速，流速越人渗透率越人，要求注采速度合理。层内 普遍存在渗透率上低下高，部分井层内渗透率差异可达到.倍，层间渗透率也存在较犬 差异。.油层层内窜流和层间窜流形成分析从以上资料可以看出，孤东油出馆陶组油层有以下特征:一是渗透率高;二是 胶结物少,速敏

15、严重:三是层间、层内渗透率差异较人；卩l|是原汕物性差，汕水粘度 比高。由于孤东油do井网密度大,存在多层合采，采油速度高，注采强度大，从而导 致微粒运移和出砂严重，在水驱作用下高渗透带渗透率越来越大，形成注入水突进，层 内及层间渗透率差界也越來越大，注入水轻车熟路大量冲刷高渗透部位，从而导致层 内窜流的形成。由于油层岩石疏松影响固井质量，同时间层薄,在射孔震动或其他高压施工 过程中水泥环受损引起第二界面窜流而间层为泥岩，具有遇水溶涨的特性,并且主 要层系间间层较薄，由于长期强注强采，地层大量出砂导致地层亏空主要在近井地带, 泥岩溶涨脱落，加上层间压力差异就具备了层问窜流的条件，而加速管外窜形

16、成 的另一个主耍原因是作业施工如化学防砂、解堵、堵水调剖等带来的高压。天津犬学研 究生毕业论文.油层窜流现状及典型井分析注水井目前孤东油出主要开发单元馆陶组低压注水井较多，注水压力小于,注入量 大于每天的井有口。主耍分布在六区馆上、七区西馆陶、七区中?馆上、 八区馆上，此外三区、二区、四区管陶组也有部分井存在。所对应油井普遍 存在高液量和高含水。根据近几年的水井调剖经验和所测得压力指数、吸水剖面等资料 表明，油层非均质严重，普遍存在渗透率上低下高，纵向注入水波及程度低。多数井进行 了堵水调剖，应用效果越來越差。从部分监测资料和底边水分析,生产井水源主要为注 入水,可以认为多数井注入水已经突破，

17、并且推进速度较快，通过井间同位素测试证 明部分井注入水推进速度在/以上。在注聚区经对采岀液分析，注入井上层999、 、 、 、等在注入不到时对应油井已产岀高浓度聚合物，证明存在严重油层层内窜流同时在界层上有部分生产井采出高浓度聚合物，说明存在管外窜。在调剖施工过程中也发现有层、井与临层层窜流。在聚合物试验区年的示踪剂监测屮判定、井分别与近井?层、及、窜流。根据夹层分布状况及注入井和生产井的管柱结构、射孔层位等资料分析认为【：层间窜流和管内窜流可能性较小，管外窜可能性较大。另外在年七区调整时,共测口 井的声幅变密度，其中证实井存在第二界而窜。近几年为验证油层窜流做了大量示踪剂试验和井间同位素监测

18、，结果证明孤东油ii管陶组油藏有，井存在不同 程度油层窜流。从以上水井生产资料和部分监测资料可以说明孤东油田主要开发层系严重 存在油层层内窜流和层间窜流,而口随着强注水开发不断发现新的窜流井。并且随 着油田高强度的注水开发窜流状况将越來越严重。生产井目前在主力开发区生产井含水普遍较高，孤东油区综合含水已经达到.。液 量在/以上，含水大于井有口。主要分布在馆陶组，其丈口、四区口、六区、七区西?层口、七区西层口、七区西层口、七区西层口、七区西层口、七区中层口、八区口。根据地质天津大学研究生毕业论文构造和部分监测资料分析,在孤东油田馆陶组油藏小底水和边水较少，产出 水的主要來源为注入水。由于长时间注

19、水开发，并且注入水多为产出污水，根据水性已无 法分析水的来源。从生产井水淹状况上看，与注入井有明显的联动性，即是当注水井停 注时对应生产井液面和产液量明显下降。精确描述油层层间和层内窜流的存在必须经 过大型监测，同时进行综合分析。由于监测费用较高，目前只是有针对性的井组进行测 试,对所有井进行测试难以实现。油层窜流存在状态简要分析口前述找不到对孤东油田油层窜流存在进行精确描述的资料。比较准确的方 法是对考察区域进行取芯分析，近几年分别在不同区块有针对性进行了取芯分析。 发现油层屮有高渗流带的存在，并在高渗流带含汕饱和度几乎为零，渗透率是其他部 位的几十倍。其他约占%部位含油饱和度在%上，儿乎未

20、被驱动，含油饱和度与原始油层原 始地层含油饱和度平均为接近，特高渗流带一般只占油层厚度的%。这些 说明部分区域严重存在渗透率差异，油层窜流非常严重。从典型作业井也可以粗略了解一些汕层窜流情况。例如，年月日采用超细 树脂砂封堵井馆上层，在施工过程小发现对应生产井砂卡。经 取砂样分析,？井所取砂样为井注入的封堵剂，最大粒径为，封堵剂推进速度达/。从这一点可以说明该井之间存在孔径以上的 通道。另外在儿井主要在上层调剖施工屮，所用聚合物凝胶颗粒膨润土 调剖剂在邻近生产井中产岀，有相同层位的井,也有邻层上层产岀。聚合物 凝胶颗粒在卸.，也说明地层存在.以上的孔道。而与z有同等油层特性和 同等开发强度的井

21、组也有可能存在和同的状况。从以上调查情况上看，孤东油出管陶组油藏水驱突进程度高，油层非均质程度大大的加剧，层间和层内注入水窜流普遍,并且高渗透带岩石孔隙度大。注入水波 及体积低,油层存在“三大富集区”，严重影响注水开发效率，大大降低油出采收率和叮 采储量。同时也说明如果对其进行有效的治理，对油tn进一步开发有非常大的潜力。油层窜流认识技术发展现状'汕层窜流的研究描述技术已经有多年历史，最初使用的井间示踪测试法仅被 用来定性了解地下流体运动状况。年代末,，和先后在和提岀的五点井网中示踪剂流动特性预测方法基础上，提出了用井间示天津大学研究生毕业论文踪资料解释汕藏非均质特性，使井间示踪资料的

22、解释向定量化发展。口前国 内外研究方法及现状如下：.矿场直接分析法直接利用矿场所取得的资料进行分析利用取心井、测井资料定性分析大孔道。岩心取出后,观察其岩性、颜色、 含油性，大孔道高渗层往往呈白色，冲洗的比较干净,如果结合岩心剖面的韵律性，可 基本准确的判断出大孔道的分布位置及厚度。在测井资料上的反映，主要是微电阻测井的离差小、口然电位基线的偏移、电感曲线明显偏低，结合数字解释，判断大孔道的位 置、厚度及大孔道的平均渗透率，这基本上也是定性的，因为测井解释以常规油水渗流 方程为基础。利用试井资料解释大孔道。通过干扰试井、不稳定试井等试井方法进行 测试，但该方法往往是地下渗透性的综合反映,不稳定

23、试井只能确定地下平均渗透 率,不能确定方向，干扰试井可以确定大孔道的方向。利用生产动态资料进行判断。主要是大孔道形成后，注入压力下降，吸水 指数上升，对应汕井的采液指数上升，流压上升，含水上升。.示踪剂方法化学示踪荆法示踪剂测试是从注入井注入示踪剂段塞,然后监测其产岀情况，并绘出示踪 剂产岀曲线,通过对示踪剂产出曲线的分析来判断地层参数。这一技术是近年来发 展起来的对油藏进行精细描述的一重要手段。不仅可定性的判断地层中高渗透条带的存 在与否,而且可定量地求出高渗条带的有关地层参数，如高渗层厚度、渗透率、含油饱和度，并且求出孔道半径，为调剖堵水中堵剂类型的选择及堵剂用量的大小提供依据。 示踪剂方

24、法可分种方式:单井测试和井问测试。单井示踪剂方法，据非分配性示踪剂突破时间与分配性示踪剂的突破时间的 差别可以得到残余油饱和度程序如下:实验室试验,确定示踪剂的分配系数最 现场试验，绘出示踪剂的浓度曲线,其屮包括注入浓度曲线和产岀浓度曲线;解释试 验结果，其方法有解析方法和数值方法。井间示踪剂方法，井间示踪剂测试与解释是一种确定井间地层渗透率、饱和 度参数包括单井、单井组、多井组，包括单层、多层、层内分布较为先进的技术, 近年來在世界范围内得到了较为广泛的应用，其主要瓶颈为解释软件的不配套。天 津大学研究生毕业论文示踪剂解释方法主耍有数值方法、解析方法和半解析法。数值方法:基本原理是利用多相组

25、分模型处理示踪剂的注入、运移、产岀过程，然后并分处理,形成数值模型最终形成计算机模型。地质模型建立、差 分处理、解法选取、步长处理等的合理与否，直接决定了解释的合理性与精度的高低。其主要缺陷是:机理受限;工作量巨大;解法受限。解析方法的局限性:由于产出浓度计算是基于均质等厚五点井网注采平衡的基础上，而实际油田开发中，这是不可能的，或者是非常少见的。i般考 虑单层单相或者简单的叠加，与实际地层的非均质相差较大，因此解释结果不叮信。 无法完成多井多示踪剂的解释。一个峰值对应一个高渗层的拟合方法难以解决平面 非均质造成的影响。半解析方法:利用流线方法把数值方法与解析法联系起來，由于数值法中压力的求解

26、较为稳定,数值可以满足实际现场操作需要的优点求解油藏层的压 力分布。可以模拟任何可能的地层分布情况。同位素井间示踪剂方法该种方法首先由大港测井公司研制使用。放射性同位素示踪法的原理与化学 示踪的原理基本相同，所不同的是放射性示踪法不需取样化验，可克接用测试探头 在井口测量同位素强度，电脑口动记录判断，因而应用范围增大。常用的放射性同位素 有。、宛水等。口前所用大孔道监测方法的缺点:只反映当时的流动状态和大孔道情况, 不能重复使用。检测范围小，只反映局部井组，孔道参数的解释属于半定性。测 试费用高，经济上难以满足大量测试的需求。以上方法是对油层窜流认识的精确描述方法，由于每种方法都有一定的局限

27、性，并且成木高解释困难，在实际生产中难以实现。.口前在生产过程小初步认识油层窜流的主要方法通过地质、釆油部门对油井含水突然上升和对应水井和异层近井注入情 况分析，判断水的来源。对注入井注入压力突然下降及对应油井和异层近井情况 分析，判断水流去向。根据分层作业过程中压力异常和压井液漏失情况分析。通过措施井施工过程中调剖等同层或异层油井注入液产岀进行判断。天津大学研究生毕业论文通过聚合物驱汕或其它三采试验中同层或异层产岀液进行分析。根据部分井测试吸水剖面，采用不同粒径载体进行多次监测，判断孔道大 小。利用声幅变密度测试资料对第二界面胶结情况分析层间窜流。观察化学防砂、酸化压裂、堵水调剖、作业压井等

28、过程屮压力变化分析。随着测井技术的发展对油藏状况酌了解在逐渐的加深,对油层窜流的认识手 段也在完善，但这些手段实施时间长费用高，难以在大范围进行。近几年利用建立物 理模型进行室内研究和通过建立数学模型进行油藏精确描述研究比较多，对油层窜流 认识有较大的帮助，但对于准确判断窜流方向和孔道大小还有一定的差距。汕层封堵技术发展现状机械堵水工艺'们机械堵水是油井分层开采技术的延伸，是油井多层开釆中封堵高含水层的主 要手段。近年来，机械堵水技术得到了较大的发展，已形成整休式堵水管柱、卡瓦 式堵水管柱、可钻式封隔器插入堵水管柱和平衡式堵水管柱等四大堵水管柱。近 儿年大庆油出先后研制成功了机械可调式

29、和液压可调式堵水工艺技术，把找水测试与堵 水有机地结合起来，实现了找水堵水一体化，提高了堵水成功率，减少了调整作业的工作 量。但机械堵水技术一般只对水层封堵，对层内堵水和层间水窜堵水目前还难以实 现。对于挖潜“三大富集区”原油,提高注入水波及休积起不到应有的作用。化学堵水调剖剂。冽国内外对化学堵水调剖剂的研究和应用发展很快，特别是进入世纪年代，堵水调剖剂品种繁多。按使用对象一般分为油井堵水荆和注水井调剖剂。按有 无选择性可分为选择性堵剂和非选择性堵剂，按使用材料类型可分为水泥类、树脂类、 聚合物凝胶类合成、天然、生物聚合物、无机沉淀类、颗粒类、泡沫类、选堵类、复合 类、工业副产品类等。口前国内

30、外发展水平接近。由于齐油田油层条件的不同所选 用堵剂也不同，各种堵剂的研究也是有一定的针对性。所选择材料主要考虑以下及个方 面:一是原材料价格和生产成本;二是材料来源是否广泛，尽可能选用本地材料;三是在 性能上是否有较好的封堵能力、可注入性能、非目的层段伤害和便于施工；四是环保 和安全方面的要求。目前常用于汕层大孔道和层问窜流的封堵剂主耍有：水泥类。以油井水泥、超细水泥和封窜堵水微细油井水泥为主。适合管 外窜和大天津大学研究生毕业论文孔道的封堵。封窜堵水微细油井水泥是由建材院和石油勘探院联合研制的用于管外窜、已 窜通薄夹层、套管漏和选择性堵水。特点是粒径小最大粒径微米，平均粒径微米、 悬浮性好

31、析水、抗压强度？、适应温度。c、无腐蚀。现场实施效果较好，但施工要求较高，价格高。由于凝结时间短，不适合大剂量深 部封堵。超细水泥。它的粒径是汕井水泥的/左右，封堵强度较高、可泵性好,但成本 较高，凝结时间短，不利于大剂量深部封堵。在部分油得以应用，取得较好的 应用效果，但对于孤东油出特大孔道封堵强度低。年孤东油出试验口井，但效果并不理 想，有效时间短。主要原因是封堵强度低和水泥固化后形成新的缝隙，并且在井壁 附近存在亏空空洞的情况下污染井壁附近地层。油井水泥,成本低，但水泥颗粒大凝结时间短，难以进行较深部封堵。此外还有水基、汕基、活化和膨胀水泥等，此种均存在水泥颗粒大、凝结吋 间短、施工难以

32、控制，不适合进行较深部封堵等局限。有机硅类堵水剂。以甲基氯硅烷为主，此类堵剂国内研究较少，前苏联进行过大量研究并在现场应用屮取得较好效果。有选择性，适合油井堵水和管外窜封堵，强度较高。是利用烷基硅和烷基硅氧烷生产中的废料为基础构成的堵剂。此 种原料来源少，成本高，圃结快，不适合大计量深部封堵。树脂类堵剂。较早的有酚醛、氨基和糠醇树脂，以及环氧树脂、多乙烯及 胺类等。近年有采用三聚氤胺、醛、醇和水乳液树脂，在地下缩合成三聚觥胺网状树 脂。具有耐高温、封堵强度高特点。该类堵剂主耍用于管外窜、封堵炮眼和高出水或高 吸水层，封堵强度较高，但成木高,不适合大计量封堵。高强度氧凝堵水剂主要用于管外窜和炮眼

33、及附近地层封堵，封堵强度高, 但丿施工复朵，成木高，材料来源少，不适合大计量深度封堵。颗粒类。有石灰泥、澎润土、体膨型聚合物、可凝固高炉矿渣颗粒和氧 化硅等。近年來中原油出利用水质处理废料开发的石灰泥堵剂。最大粒径.，小时沉降率,主要成分为碳酸钙和碳酸镁。屮原油出调剖井,增油.x,减水.x,收到较好效果，但封堵强度低，对于特犬孔道的封堵效果较差。膨润土及 体膨型聚合物近儿年在孤东油m应用较多，初期效果较好，但随着窜流的不断 恶化封堵效果已不理想，主要原因是封堵强度低。可凝同高炉矿渣颗粒型堵水剂利用活化水淬高炉天津大学研究生毕业论文矿渣与膨润土封堵油层大孔道和裂缝,主要用于油井堵水。树脂腹膜砂。

34、此类有胜利油出采油院的超细树脂砂和江汉石油学院的深 度调剖剂等。它是根据油层的孔隙选择无机颗粒的大小，在无机颗粒表面涂上树脂膜, 经地下交联而成。封堵强度高。同时具有防砂作用。成本相对较高，施工较为复杂, 封堵后仍有较高的渗透率，由于颗粒较大难以注入地层深部。.聚合物凝胶类。一般聚合物凝胶粘度在万一万.,不能满足大孔道封堵 强度的需要。目前石油勘探院研究成功粘度力力的聚合物凝胶,使用温 度一，以下的高强度聚合物凝胶堵剂止在研究中。以一、一和?为代表的聚合物类调剖剂在多数汕皿有过应用,有较好的应用效果。但成本较高。在孤东油田也进行大孔道封堵试验，但封堵强度较低，有效时间 短,效果并不理想。生物聚

35、合物类。以黄原胶/珞休系、硬葡萄糖,珞体系和改性淀粉为主, 该类主要用于水井调剖，封堵强度低，对大孔道井封堵效果差。复合类。目前主要有聚合物一树脂、超细水泥一粉煤灰、水泥一石灰泥 和无机颗粒一有机树脂无机材料为粉煤灰、碳酸钙、电石渣、石灰、膨润土和煤粉等,有机树脂主要有咲喃树脂和坯类树脂等等。聚合物一树脂和无机颗粒一有机树脂封 堵强度较高，可以进行深部封堵，但价格较高。膨润土一聚合物在孤东油田应用较多, 但封堵“大孔道”封堵强度低，效果并不理想。近几年开发的有超细水泥加固体颗粒如 粉煤灰等有一定的应用，对孤东汕皿人孔道封堵效果不理想。此堵剂成木较低、强度 高、可以进入地层深部，所以近儿年被广泛

36、开发应用。在滨南等油hi应用中得到一定成 功。但还存在强度与悬浮性不能协调的缺点，有待进一步完善。工业副产品类。主要有有机硅、碱性汕、酸渣。国内目前开发较少，国外 在油井选堵大孔道有部分应甩该种材料來源少。水玻璃类。水玻璃单液法和水玻璃氯化钙、水玻璃氟硅酸、水玻璃粘土 双液法等较早开发的封堵剂多数汕皿也有应用，目前较少使用。 堵水机理'目前堵水调剖剂的种类很多，每一种堵剂的应用都是利用一种或多种性质堵 塞冃的层的，为了开发性能良好并有针对性的封堵剂，因此对于不同类型封堵剂封堵机理进行了研究。目前,对封堵机理的研究主要采用模拟技术设计物理模型试验，或利 用核磁共天津大学研究生毕业论文振成

37、像技术平面模拟研究，以观察封堵剂封堵过程和堵塞后对渗流以及驱油 的影响。在物理模型实验的基础上建立三维两相渗流数学模型,认识油水渗流过程。根 据封堵剂类型主要堵水机理有:一是颗粒型堵剂堵塞机理，在固体颗粒堵水剂注入地层 的过程中，由于其流动遵循最小流动阻力原则，所以堵剂绝大部分进入阻力小的地层, 即特高渗流层或高渗透层，并在其中沉降堵塞原水流通道,从而人幅度降低岩石的渗透 率,达到封堵高渗流强吸水层的目的；二是聚合物凝胶类堵剂，聚合物进入地层后通过 胶联剂进行胶联形成凝胶，充填地层空隙屮提高水流阻力，从而达到降低水相渗透率的 目的;三是固结类堵剂，堵剂进入地层后与岩石以及自身进行胶结,形成低渗

38、透率体系, 从而达到封堵fi的：四是吸附类型堵剂，它是通过堵剂吸附岩石表面形成吸附膜改变 岩石的表面性质，增加毛细管水流阻力达到降低水相渗透率的口的。对于特高渗透率地层的封堵主要利用固结类、颗粒型或聚合物凝胶类堵剂, 进行高强度大幅度降低地层渗透率进行封堵。区块调整决策技术随着油出注水开发到高含水开发阶段，注入水窜流井增多，为提高油出注水 波及休积和采收率进行单井堵调效果已经不理想。近几年发展为单元或区块治理, 主要是平衡整体单元压力，达到均衡驱动。目前比较成熟应用广泛的是以石油大学研究 开发的决策技术和决策技术为代表，在孤东油出的应用屮起到很好的治理效果。.大孔道及层间窜流封堵施工工艺大孔道

39、化学封堵施工工艺大孔道水井封堵目前釆用高强度封堵剂，利用大孔道的强吸水和注入启动压 力低的特性进行低压注入。目前施工管柱多采用光油管，也有采用分层管柱。利用 水泥车或专业封堵注塞泵注入。比较普遍的釆用低泵压、大剂量、小排量和多段塞进行 深部封堵。层闻第二界面窜流封堵施工工艺目前对第二界面封堵一般用油井水泥封堵，采用分层管柱，用水泥车小剂量注入修补第二界面?施工留水泥塞，封堵后进行钻塞重新射孔。该工艺施工复杂，对 于井壁附近油层亏空井存在复射后不吸水的问题。调查结果分析从孤东油出现状上看，管外窜和“大孔道”的存在己经得以证实。具体确定 单井的存在还需做犬量工作。由于它们的存在已经影响水驱效率，影

40、响常规堵水调 剖和化学驱犬津大学研究生毕业论文油的应用效果。管外窜和“大孔道”的封堵将是改变这一状况的主要手段, 也将是老油皿进一步挖潜增加可采储量提高采收率重要途径。但从目前国内外应用水平 上看,能满足孤东油皿的封堵技术还没有完善,对管外窜和“大孔道”的认识还不全面。目前国内外还没有能够有效治理孤东油出油层严重窜流的封堵剂。根据孤东 油田管外窜和大孔道存在现状，对堵剂的耍求有以下几个方面，一是要求封堵强度 高;二是凝结时间长有利于深部封堵:三是成木低适合大计量封堵；四是油层温度和地 层水配伍性等要求。对于封堵工艺，n前对管外窜主要采用全封全射，而孤东油田由于出砂严重 井壁附近存在亏空较多,全

41、封后可能导致射不开情况，所以对孤东油出不适合。对大 孔道封堵工艺已有一定经验，并有专业施工设备和施工队伍。但在工艺配套上有待于 进一步完善。对孤东油出油层封堵封窜技术基本设想.对认识管外窜和大孔道的认识利用建立物理模型进行室内研究，了解岩石物性和开发过程对油层大孔道和 管外窜的影响，研究孔道形成机理.通过建立数学模型利用现有资料计算大孔道渗 透率、孔隙半径和井间相关性。 封堵剂的选择与研究孤东油m为高渗透疏松砂岩油藏,大孔道及管外窜的孔喉较大，要求堵剂强 度要大，而对粒径要求范围相对较宽。所以选用以水泥为主的高强度封堵剂,为满足 深部注入能力的需要，需改善水泥的流变性和延长凝结时间，为防止水泥

42、固化后收缩需 降低水泥析水和增加微膨胀性能。.封堵施工工艺大孔道的封堵可以以ri前工艺在施工中总结经验加以完善，采用较大剂量深 部封堵而管外窜的封堵不能完全采用现有工艺，为了简化施工工艺，避免在重新 射孔时射不开，调查结果说明可以采用封堵大孔道的方法进行深部封堵，虽然需要堵 剂量大，但风险降低因为以孤东油出岀砂严重井壁附近存在亏空。全封全射风险较大。 在注入封堵剂后用水顶替井筒小的封堵剂，将封堵剂挤入地层，不留水泥塞。另外, 为坊.对低渗透层段或低渗透部位的伤害，在注入堵剂前可以注入少量聚丙烯酰胺 或弱交联聚合物进行防治。天津大学研究生毕业论文第三章油层封堵剂实验室研究根据孤东油出油层窜流特点

43、，要求油层封堵剂具有封堵强度高、流动性好、 凝结时间长、颗粒小和低成本有利于较大计量封堵的特点。针对这一特点本文选 用特种水泥熟料作为封堵剂胶结材料。选择添加不同的膨胀材料、膨胀稳定材料、强度激发材料和调凝减阻材料等，经过粉磨混调测定设计要求的物理参数，选用材料和配比,结合现有生产工艺确定工业生产工艺。实验室封堵剂研制试验原材料的选择根据设计要求，选用成本低、材料來源广泛和无污染的工业材料。封堵剂的 材料主要有:胶结材料、膨胀材料、膨胀稳定材料、强度激发材料和调凝材料。胶结材料胶结材料在封堵剂中起胶结粉料和地层岩石的作用，使封堵剂进入地层后产 生机械强度。考虑封堵剂的低成本和高胶结强度的需要，

44、本文在选择胶结剂过程屮 主要针对无机胶结材料在对比齐种胶结材料性能的基础上，本文对硅酸盐水泥熟料、油 井水泥熟料、铝酸盐水泥熟料和水玻璃等进行单项指标测定和理论分析。特种油井水 泥贝利特熟料是固井和井下作业常用的汕井水泥胶结材料，在高矿化度地层水和地层 温度条件下对地层岩石以及口身具有很高的固结强度，同时对其他添加材料具有很好的 配伍性，因此贝利特水泥熟料作为进一步试验胶结材料。试验屮选择淄博和乐山两地产工业品进行物理性能试验，主要考察与其他材料研制样品的凝结时间、析水、强度和口 由膨胀性能。淄博产特种油井水泥熟料主要矿物组成为：硅酸三钙，含量为.;硅酸二钙:,含量为.%;铝酸三钙，含量为;铁

45、铝酸四钙.，含量为.。乐山产特种油井试水泥熟料主要矿物组成为：硅酸三钙,含量为.;硅酸二钙:，含量为;铝酸三钙，含量为;铁铝酸四钙。，含量为。在实验室的研究试验中，利用两种胶结材料与和同掺量的膨胀材料、膨胀稳 定材料和调凝剂制成淄博产系列和乐山产系列样品，其屮两组系列掺入调凝剂分别为、.、.、'。封堵剂浓度为.。样品粉磨天津大 学研究生毕业论文。进行。水浴养护成比表面积大于/。最大粒径小于。平均粒径条件下物理性能对比试验。试验结果见表一。表不同胶结剂和不同调凝剂水浴养护条件下物理性能?°c凝结吋间/:常温下强度/自由膨胀率/%编号初凝终凝析水/%抗折 抗压9 一卜.小于一卜：

46、 9 9一？大于从表的试验结果可以看出，由样和样配制的封堵剂中？ 一和一? “一?等组都能满足设计要求，而且两组样品随调凝剂的掺量增加,凝结时 间延长。因此选择成木较低和较近的淄博产的特种汕井水泥熟料。膨胀材料和膨胀稳定材料的选择在水泥水化期间每一种水泥成分都会产生各口的化学收缩8,在水泥凝结过 程中水泥的休积要产生收缩，油井水泥在高温高压下凝同时化学收缩量片水泥浆总体积的?. %。由于水泥的收缩，在封堵地层大孔道或管外窜中就会产生微小裂隙, 使之与地层胶结强度降低，影响封堵效果，因此使封堵剂具有一定的膨胀性能是 非常必要的。在选择膨胀材料中要选择能使封堵剂产生微量膨胀，同时要与调凝剂配伍。

47、使封堵剂增强与地层的胶结强度，提高封堵效果。口前国内外常用的膨胀材料主要有:硫铝酸钙、硫酸盐、半水石膏、氧化钙、 氧化铝和氯化纳等，但这些膨胀剂通常与缓凝剂、降失水荆配伍性较差。镁氧类膨胀剂是一种新型膨胀休系，可以使油井水泥在高温高压下发生膨 胀。这类膨胀荆由钙、镁的氧化物、硫酸盐和碳酸盐以适当配比混合而成，在油井水 泥中遇水水犬津大学研究生毕业论文化后聚合成镁一径基一硫酸盐/氯化物的无机多水混合物。凝固后在高温高 压下具有高强度和稳定膨胀率，同吋与本文研制的调凝剂有较好的配伍性。在多种工业品 屮本文选择铁矿渣作为封堵剂的膨胀剂，同时掺入明矶石和石膏作为膨胀稳定材料和强 度激活材料。铁矿渣是冶

48、金工业主要的废渣，它是高炉冶炼生铁时所加入石灰石、白云石 和铁矿石、燃料等的熔渣。其主要成分为、：、如，等，同时含有少量的，、：、。等。铁矿渣水淬冷却后主要呈玻璃体形态，其屮分出的连续相是化学 稳定性差的富钙项，具有化学活性，同时。一晶相也有一定活性。在封堵剂中主 要膨胀源为和，主要来源于铁矿渣，辅助膨胀源为硫酸盐，来源于明矶石。这些物质在水化过程小生成钙矶石、轻钙石。和水镁石:，并伴随体积膨胀。铁矿渣來源较广,每年我国排量在力吨以上。本文选择活不同性系数的矿渣进行掺入试验。其中质量活性系数。大于的铁矿渣掺入均能达到设计的强 度和膨胀性能，同时与调凝剂具有较好的配伍性。掺入相同比例的不同矿渣对

49、封堵 剂性能的影响见表，其中旷分别为不同产地的矿渣，主要化学成分见表？。试验配比为:特种水泥熟料:铁矿渣：明矶石:石膏:调凝剂为：。封堵剂浓度为。表？掺入不同铁矿渣°c水浴养护条件下物理性能9凝结时同/:常温下 强度/自由膨胀率编号初凝终凝析水抗折 抗压？：从农中可以看岀质量活性系数较人的铁矿渣掺入物理性能较好。其中?样品 物理性能最为理想，在产生较好膨胀效果的同时不影响试样强度和调凝效 果。因此木文选择首钢作为试验用料。但通过不同批次矿渣试验所测得物理性能有一定的 差距，质量活性系数大于性能稳定。天津大学研究生毕业论文表?不同产地铁矿渣的主要化学成分表?/% /%产地 /% /%

50、/% /%编号济钢一本钢禄钢一柳钢调凝剂的选择为了达到深部封堵的目的。封堵剂必须具备缓凝性质和良好的可泵性能。因 此本文研制的调凝剂同时具备调节凝结时间、减少封堵剂析水和改善浆体流动性的 性能。口前应用水泥缓凝、减水、减阻的外加剂品种较多，如木质素磺酸盐、轻基 竣酸盐、多元竣酸、氟化镁、磷酸及其盐或脂类、硼酸类、氨基酸及其盐、聚丙烯酸 类化合物、单宁酸、苯酚、甘汕、多元醇复合体、三聚氧胺磺酸甲醛缩聚物、杂酚汕磺 酸甲醛缩聚物、聚氧化乙烯烷基烯丙基瞇等。在单项指标测定和理论分析的基础上，通 过复配和掺加试验确定调凝剂配方。其屮木质索磺酸钙具有缓凝、减水和减阻等性能, 在所研究的调凝剂小起到主要作

51、用。在表？小可以看出，调凝范围可以达到初凝时间小 时，浆体析水少，流动性能好，同时不明显影响封堵剂强度、膨胀性。根据孤东油地层温度和矿场施工的需要选择调凝剂掺加浓度为，在不同温度下测定调凝剂对 封堵剂物理性能的影响，结果见表。表?掺加%调凝剂在不同温度水热养护条件下物理性能?%试验温凝结时问/:强度自由膨胀串下编号度/°c初凝终凝抗折抗压稠度/oo由表的试验结果可以看出，随着温度的升高初凝时间变短，强度和膨胀率逐渐增大，稠度降低。但在g°c之间差距不大，均能满足设计要求。.试验方法犬津大学研究生毕业论文析水试验方法仪器:和玻璃量筒;搅拌锅:天平，感量为。试验步骤:称取样品和水倒入搅拌锅内，人工搅拌。搅拌完毕，随即将浆体倒入一清洁干燥的玻璃量筒内