油田化学第5章 注水井调剖与油井堵水

1、第五章,第二篇 采油化学,注水井调剖与油井堵水,前 言,（1）为什么进行油水井改造？,油水井在生产过程中存在各种问题，影响油田的正常生产。,（2）油水井存在哪些问题？,油井：5个问题，5字概括 水井：3个问题,前 言,（1）砂、（2）蜡、 （3）水、（4）稠、 （5）低。,（1）出砂 （2）吸水剖面不均匀 （3）水注不进去,油井问题,水井问题,第一节,注水井调剖,第五章 油水井化学改造,一、什么叫注水井调剖,油 层 采 收 率 低,驱油体系的 波及系数低,驱油体系的 洗油效率低,水油流度比,地层非均质性,润湿性,界面张力,吸水能力好,吸水能力差,一、什么叫注水井调剖,油层是不均质的； 注入水沿

2、阻力最小的地方前进； 高渗透层流动阻力小； 由于注入水的冲刷，使油层的 不均质性随着时间的推移而加剧； 注入水的波及系数低，采收率低，油井含水上升快。,（含油饱和度低）,含油饱和度高,一、什么叫注水井调剖,一、什么叫注水井调剖,调整注水油层 的吸水剖面。,“调剖”含义 ：,一、什么叫注水井调剖,调整注水油层的吸水剖面。,“调剖”的含义：,从注水井进行封堵高渗透层的工作，从而迫使注入水波及到含油饱和度较高的中、低渗透层，从而起到提高注入水的波及系数和降低油井含水的目的。,“调剖”的目的：,一、什么叫注水井调剖,改善地层非均质性，提高注入水波及系数，从而提高采收率。,注水井调剖提高采收率可视化模拟

3、录像,从19世纪70年代提出，已由单纯的“剖面调整”发展为深部封堵高渗透层。,深部 调剖,浅层 封堵,一、什么叫注水井调剖,二、调剖技术的分类,（1）单液法调剖：一种工作液 （2）双液法调剖：两种工作液,按起作用的 工艺分类,1、单液法,向油层注人一种工作液，这种工作液所带的物质或随后变成的物质可封堵高渗透层,流 体,流动性降低,溶液、乳状液、 溶胶、悬浮体,凝胶、冻胶、 沉淀、固化物,注入过程中,进入地层后,基本原理：,定义：,2、双液法,向地层注入相遇后可产生封堵物质的两种工作液（或工作流体）。,定义：,注水,注水,基本原理：,调节封堵位置,隔离液作用：,三、单液法堵剂,调剖剂：又称堵剂，

4、注入地层起封堵作用的物质。,了解堵剂的适应性、了解堵剂的作用机理,1、硫 酸,（1）调剖机理,硫酸先与近井地带的碳酸盐反应，增加了注水井的吸水能力； 产生的硫酸钙、硫酸镁将随酸液进入地层，饱和后析出，形成堵塞； 由于高渗透层进人的硫酸多，主要堵塞发生在高渗透层。,（2）特点,近井增注，远井调剖。,2、硫酸亚铁,硫酸是增注调剖剂； 氢氧化亚铁是一种沉淀，同样可起调剖作用。,（1）调剖机理,（2）特点,近井增注，远井调剖。,3、硅酸凝胶,又名硅酸钠，分子式为Na2OmSiO2 m:模数(即水玻璃中SiO2的物质的量与Na2O 的物质的量之比)。 模数一般在14范围。 水玻璃的性质随模数而变。模数越

5、小，水玻璃碱性越强，越易溶解。,硅酸凝胶是由水玻璃与活化剂反应生成。,（1）什么是水玻璃？,是指可使水玻璃由先变成溶胶再变成凝胶的物质。 常用的活化剂是盐酸。 根据盐酸和水玻璃的混合顺序可分为酸性硅酸凝胶和碱性硅酸凝胶。,硅酸凝胶是由水玻璃与活化剂反应生成。,（2）什么是活化剂？,3、硅酸凝胶,酸性硅酸溶胶,酸性硅酸溶胶胶团示意图 （假定模数为1）,生成:,胶粒带正电。,酸性硅酸溶胶是由水玻璃加到盐酸中生成。,特点:,碱性硅酸溶胶,碱性硅酸溶胶胶团示意图 （假定模数为1）,生成:,胶粒带负电。,碱性硅酸溶胶是将盐酸加到水玻璃中生成。,特点:,4、锆冻胶（实验七）,（1）锆冻胶如何形成？,用Zr

6、4+组成的多核羟桥络离子交联溶液中带COO-的聚合物（如HPAM）生成。 Zr4+可来自ZrOCl2或ZrCl4,聚丙烯酰胺的锆冻胶示意图,（2）锆的多核羟桥络离子如何形成？,络合,水解,羟桥作用,多核羟桥络离子形成,进一步水解和羟桥作用,大的无机阳离子,多核羟桥络离子形成,多核羟桥络离子与HPAM交联,5、铬冻胶,（1）铬冻胶如何形成？,用Cr3+组成的多核羟桥络离子交联溶液中带COO-的聚合物（如HPAM）生成。,聚丙烯酰胺的锆冻胶示意图,Q：Cr3+的多核羟桥络离子如何形成？,（2） Cr3+ 可有哪些来源？,KCr(SO4)2、CrCl3、Cr(NO3)2、Cr(CH3COO)3,由C

7、r6+（如K2Cr2O7、Na2Cr2O7）用还原剂（如 Na2S2O3、Na2SO3、NaHSO3）还原得到,5、铬冻胶,6、水膨体,水膨体是一类适当交联遇水膨胀而不溶解的聚合物。,6、水膨体,一种聚丙烯酰胺水膨体的膨胀性,6、水膨体,供选用的携带介质有三类： 非极性物质（如煤油） 半极性物质（如乙醇、异丙醇）， 电解质溶液（如 NaCl、HCl、CaCl2、FeCl3等） 有些是通过去溶剂化和压缩水膨体扩散双电层来抑制膨胀的作用（如NaCl溶液）； 有些通过与水膨体中的-COO-反应生成弱亲水能力的基团来抑制水膨体的膨胀（如HCl、CaCl2、FeCl3等溶液）。,7、石灰乳,石灰乳是将氧

8、化钙分散在水中配成的氢氧化钙悬浮体。 特点： 氢氧化钙的粒径较大（ 62m左右），特别适合于封堵裂缝性的高渗透层。由于氢氧化钙颗粒不能进入中、低渗透层，因此对中、低渗透层有保护作用。 氢氧化钙的溶解度随温度升高而减小，所以可用于封堵高温地层。 氢氧化钙可与盐酸反应生成可溶于水的氯化钙，在不需要封堵时，可用盐酸解除。,8、粘土水泥分散体,粘土水泥分散体由粘土与水泥悬浮于水中配成。 特点 适合于封堵特高渗透地层。粘土与水泥进入地层后，可在孔隙结构的喉部形成滤饼。在滤饼中，水泥的水化反应，使滤饼固结，对特高渗透层产生有效封堵。 类似石灰乳中的氢氧化钙，粘土和水泥也不能进入中、低渗透层，所以对中、低渗

9、透层有保护作用。 可用常规土酸除去。,四、双液法堵剂,沉淀型双液法堵剂 凝胶型双液法堵剂 冻胶型双液法堵剂 泡沫型双液法堵剂 絮凝体型双液法堵剂,1、沉淀型双液法堵剂,指两种工作液相遇后可产生沉淀封堵高渗透层的堵剂。,2、凝胶型双液法堵剂,指两种工作液相遇后可产生凝胶封堵高渗透层的堵剂。,3、冻胶型双液法堵剂,例1 第一工作液HPAM溶液或XC溶液 第二工作液柠檬酸铝溶液 例2 第一工作液 HPAM溶液或XC溶液 第二工作液丙酸铬溶液 例3 第一工作液溶有Na2 SO3的HPAM溶液或XC溶液 第二工作液溶有 Na2Cr2O7溶液 例4 第一工作液HPAM溶液 第二工作液ZrOCl2 溶液,指

10、两种工作液相遇后可产生冻胶封堵高渗透层的堵剂。,4、泡沫型双液法堵剂,可用的起泡剂包括 非离子型表面活性剂加聚氧乙烯烷基苯酚醚 阴离子型表面活性剂如烷基芳基磺酸盐。 可用的气体包括 氮气 二氧化碳气。,若将起泡剂溶液与气体交替注入地层，就可在地层（主要是高渗透层）中形成泡沫，产生堵剂。,5、絮凝体型双液法堵剂（实验七）,若将粘土悬浮体与HPAM溶液交替注入地层，它们在地层中相通形成絮凝体。这种絮凝体能有效地封堵特高渗透地层。,第二节,油井堵水法,第五章 油水井化学改造,前 言,注入水指进和窜流 底水锥进 边水,（1）油井出水的主要原因,近井地带窜漏,射孔段太靠近底水底水锥进,水驱指进现象,注水

11、井,生产井,裂缝或高渗通道使油水井单向连通,前 言,消耗地层能量 油井大量出水，造成油井出砂更为严重 危害采油设备 加重脱水泵站负担 增加污水处理量,（2）油井出水的危害性,二、油井堵水技术,技术关键： （1）堵水，不堵油 （2）堵水层，不堵油层 实现方法： （1）非选择性堵水法 （2）选择性堵水法,1、非选择性堵水法,（1）适应条件：,适用于封堵单一水层或高含水层,（2）封堵原理：,将堵剂注入目的层，起到封堵作用。,（3）技术关键：,油层和水层能明显分开；堵剂注入目的层。,通过封隔器实现目的层选择,2、选择性堵水法,（1）适应条件：,适用于封堵不易用封隔器将水层与油层分隔开的油井,（2）封堵

12、原理：,堵剂都是利用油与水的差别或油层与水层的差别，达到选择性堵水的目的。,（3）技术关键：,堵剂的选择性。,三、选择性堵水剂,水基堵剂 油基堵剂 醇基堵剂,如何实现 选择性？,l、HPAM（水基）,它优先进人含水饱和度高的地层 进入地层的HPAM可通过氢键吸附在由于水冲刷而暴露出来的地层表面 HPAM分子中未吸附部分可在水中伸展，减小地层对水的渗透性,HPAM在水中伸展增加水流阻力,HPAM能提供减少油流动阻力的水膜,2、泡沫（水基）,以水作分散介质的泡沫可优先进入出水层； 在出水层稳定存在； 通过叠加的Jamin效应，封堵来水； 油可引起泡沫的破坏，所以进入油层的泡沫不堵塞油层。,3烃基卤

13、代甲硅烷（油基）,烃基卤代甲硅烷可与水反应，生成相应的硅醇。硅醇中的多元醇很易缩聚，生成聚硅醇沉淀，封堵出水层。,4、松香二聚物醇溶液（醇基）,当松香二聚物的醇溶液与水相遇，水即溶于醇中，降低了它对松香二聚物的溶解度，使松香二聚物饱和析出。,5、水包稠油（水基 ）,这种堵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，乳状液破坏，产生高粘的稠油。 水包稠油的乳化剂最好用阳离子型表面活性剂，因为它易吸附在带负电的砂岩表面，引起乳状液的破坏。,四、非选择性堵水剂,1树脂型堵剂 2冻胶型堵剂 3凝胶型堵剂 4. 沉淀型堵剂 5分散体型堵剂,1、树脂型堵

14、剂,由低分子物质通过缩聚反应产生不溶不熔高分子物质的堵剂。 酚醛树脂 脲醛树脂 环氧树脂,2、冻胶型堵剂,由聚合物水溶液用交联剂交联所产生的堵剂。 铝冻胶 铬冻胶 锆冻胶 钛冻胶 醛冻胶,3、凝胶型堵剂,由溶胶胶凝产生的堵剂。 使用方法 ： 将硅酸钠溶液和活化剂溶液混合后注入地层； 也可将它们分成几个段塞，中间以隔离液隔开，交替他注入水层，让它们进入水层一定距离才混合。 硅酸钠与活化剂混合后，首先生成硅酸溶胶，随后转度为硅酸凝胶。,4、沉淀型堵剂,由两种能反应生成沉淀的物质组成 。,5、分散体型堵剂,主要是固体分散体。 用于封堵特高渗透层。 粘土水泥 碳酸钙水泥和粉煤灰 水泥,第三节,油水井防

15、砂法,第五章 油水井化学改造,前 言,油井出砂： （1）采油层段堵塞； （2）管线和设备堵塞； （3）抽油泵磨损； （4）井壁坍塌，使套管受挤压而变形； 水井(主要在洗井或排液时发生): 引起水层堵塞。,（1）出砂危害,前 言,化学桥接防砂法 化学胶结防砂法 人工井壁防砂法 滤砂管防砂法 绕丝筛管砾石充填防砂法,（2）防砂的方法,一、化学桥接防砂法,由桥接剂将松散的砂在它们接触点处桥接起来，达到防砂的目的 。,（1）防砂的原理,一、化学桥接防砂法,桥接剂是指能将松散砂粒在接触点处桥接起来的化学剂。,（2）什么是桥接剂,无机阳离子型聚合物,有机阳离子型聚合物,无机阳离子型聚合物,由铝离子、锆离子

16、组成的多核羟桥络离子,有机阳离子型聚合物,支链上有季铵盐结构的有机阳离子型聚合物,二、化学胶结防砂法,用胶结剂将松散的砂在它们接触点处胶结起来，达到防砂的目的 。,（1）防砂的原理,二、化学胶结防砂法,胶结剂是指能将松散砂粒在接触点处胶结起来的化学剂 。,（2）什么是桥接剂,冻胶胶结剂：交联剂+HPAM,树脂胶结剂：树脂+固化剂,偶联剂,能使两种材料或分子发生偶合作用的物质。 偶合剂和两种材料之间都有较好的亲和力，由此可以改变两种材料之间的界面性能，提高其界面粘合性。,偶合剂,-氨丙基三乙氧基甲硅烷,偶合剂,二、化学胶结防砂法,（3）化学胶结防砂步骤,胶结剂注入,胶结剂固化,地层预处理,增孔液注入,地层的预处理,不同目的的预处理用不同的预处理剂： 若要顶替出砂层中的原油，可用盐水。 若要除去砂粒表面的油，可用油溶剂处理。油溶剂包括液化石油气，汽油、煤油。 若要除去影响胶结剂固化的碳酸盐，可用盐酸。 若要为砂准备一个为胶结剂润湿的表面，可用醇或醇醚，如正己醇、乙二醇丁醚。,胶结剂的注入,将胶结剂注到松散砂层，与砂接触。 为使胶结剂均匀注入，在注胶结剂前可先注一段塞转向剂。,增孔液的注入,增孔液是将多余胶结剂推至地层深处的液体。 要求： 增孔液不溶解胶结剂 不影响胶结剂固化。,胶结剂的固化,若固化剂在胶结剂注入时已加入，这一