油井堵水技术方案

第一章前言

油气井出水是油田开发过程中普遍存在的问题，特别是采用注水开发方式，随着水边缘的推进，由于地层非均质性严重，油水流度比的不同及开发方案和措施不当等原因，均能导致油田含水上升速度加快，致使油层过早水淹，油田采收率降低。目前油田随着开发进入中后期，而地下可采储量依然较大，其高含水情况特别明显。严重影响油田的经济效益。找水，堵水，对油田出水进行综合治理是油田开发中必须及时解决的问题，因此堵水变得日益重要。

1、油井出水原因

油井来水按照来源分为

所以油井出水原因一般包括：

（1）、注入水及边水推进。对于用注水开发方式开发的油气藏，由于油层的非均质性及开采方式不当，使注入水及边水沿高、低渗透层及高、低渗透区不均匀推进，在纵向上形成单层突进，在横向上形成舌进或指进现象，使油井过早水淹。

（2）、底水推进。底水即是油层底部的水层，在同一个油层内，油

气被底水承托。“底水锥进”现象:当油田有底水时，由于油井生产压差过大，破坏了由于重力作用所建立起来的油水平衡关系，使原来的油水界面在靠近井底处呈锥形升高的现象。“同层水”进入油井，造成油井出水是不可避免的，但要求缓出水、少出水，所以必须采取控制和必要的封堵措施。

（3）、上层水、下层水窜入。所谓的上层水、下层水，指油藏的上层和下层水层。固井不好，套管损坏，误射油层采取不正确的增产措施，而破坏了井的密封条件;除此之外还有一些地质上的原因，如有些地区由于断层裂缝比较发育，而造成油层与其它水层相互串通。

（4）、夹层水进入。夹层水又指油层间的层间水，即在上下两个油层之间的水层。由于固井不好或层间串通，或者补水时误射水层，都会使夹层水注入油井，使油井出水。

2、油井出水的危害

油井出水后若不及时进行堵水作业，可能会造成以下后果：

（1）油井出砂，使胶结疏松的砂岩层受到破坏，严重时使油层塌陷或导致油井停产。

（2）油藏停流，见水后含水量不断增加，井筒液柱重量随之增大，导致油层被压力封住停止外流。

（3）形成死油区，油井过早见水，会导致在地下形成一些死油区，大大降低了油藏的采收率。

（4）设备腐蚀，会腐蚀油井设备及破坏井身结构，增加修井作业任务和难度，缩短油井寿命。

（5）增加采油成本，增大地面注水量，相应增加了地面水源、注水设施及电能消耗。

因此，油井堵水是油田开发中必须及时解决的问题，是油田开发中一

项很重要的任务。

第二章堵水原理与化学堵水工艺技术

油井的堵水技术就是指采用机械方法或化学方法对油井的高产水井段或层段进行临时性封隔或封堵，从而改善油井的产液剖面，降低产水量。由于减少了相应井内的层间干扰或一层内层段间的干扰而增加产油量，从而达到降水增油，从而改善开发效果。简而言之就是堵水就是从油井控制水（注入水、边水、底水）的产出。

油井堵水分为机械堵水和化学堵水。

1、化学堵水的机理

化学堵水是以某些特定的化学剂作为堵水剂，将其注入地层高渗透层段，通过降低近井地带的水相渗透率，达到减少油井产水、增加原油产量的目的。

油井化学堵水的作用机理为：依靠工艺手段使化学堵剂选择性地进入含水饱和度较高的中低渗透层或出水裂缝，在残余阻力（主要是物理堵塞）作用下，层内或缝洞内形成人工遮挡，抑制水的窜流、锥进，从而使驱替能量扩大到含油饱和度较高的中低渗透层或裂缝孔道，改变纵向上的产液剖面和裂缝系统的产量布局，提高水驱效率，从而改善油藏的开发效果。

2、常用的化学堵水方法

非选择性化学堵水：施工管柱组合中需下入封隔器，分离出堵水目的层，再注入堵剂。适用于封堵单一水层或高含水层。

选择性化学堵水：因选择适当的化学剂，堵塞水层或改变油、水、岩石间的界面张力，降低油水同层的水相渗透率，而对油相渗透率影响甚小。即施工管柱组合中不需要下入封隔器。其工艺原理为：首先是注入一些水，使得低渗透层内压力升高，再注入聚合物处理液进入射孔层，然后注入堵剂，由于高渗透层产水层内的聚合物突破压力肯定低于低渗透层的，所以

堵剂应该是优先进入高渗透层的，达到分离目的层的目的。

3、化学堵水主要工序

（1）找水：可用测井组合图、产液剖面、井温、碳氧比、抽汲等方法；（2）卡层：可用填砂、打灰塞、下封隔器、打电缆桥塞等方法；

（3）挤堵水剂：选择性化学堵剂；

（4）注顶替液：用顶替液将堵水剂顶替至地层；

（5）关井候凝：使堵水剂强度增至最大值；

（6）恢复生产：为保持产液量，应适当改变泵的参数

4、堵剂的选择原理与堵剂的类型

堵剂的选择原理主要考虑堵剂与地层的配伍性，其中堵剂粒径与地层孔喉的关系、堵剂的化学性质与地层水矿化度的关系、堵剂的热稳定性与地层温度的关系、堵剂的酸碱度与地层水PH值关系等是最重要的筛选条件。

堵剂类型有颗粒型的堵剂（主要是粘土悬浮体）；非颗粒型的堵剂（主要包括冻胶、凝胶等）两大类。随着油田注水开发的不断深入，堵剂配方也在不断创新，应用可动凝胶和预交联颗粒组合堵剂，采用段塞式注入工艺，不仅能进行深度堵水，而且具有更高的强度，有效地提高了堵水效果和有效期。水膨型凝胶颗粒的加入，对于处理存在裂缝及大流通孔道，施工压力上升慢的油井，可先进行预处理，待颗粒膨胀后再注入可动凝胶堵剂，可减少堵剂的用量，降低施工成本。

5、油井堵水选井原则

（1）初期产能高，产液量高，累计水油比不大于1，一般不超过2。（2）综合含水高（不低于80%），以注入水型为主，注采关系清楚。（3）油井单层厚度较大。

（4）油井固井质量好，无层间窜槽。

（5）出水层位清楚。

（6）油井各油层纵向渗透率差异较大。

第三章底水、注入水、底水+注入水等不同来水堵水方法技术原理及特点

底水、边水和注入水，是油田开发的能量来源，但它们都不可避免地要从油井产出，因此建立不同来水的控制技术，是油井堵水发展的一个必然趋势。

利用化学方法，向油井中注入一定的化学堵剂，封堵油井出水层，起到控制油井出水量的作用，这一过程就是化学堵水。它包括两种情况：一是控制油层出水量，即堵而不死；二是封堵出水层，即堵死出水部位。根据实践来看，目前封堵油井出水层工艺相对简单，技术比较成熟；控制油层出水量技术难度相对较大，风险也相对大。

(1)、底水堵水方法及控制技术

底水即是油层底部的水层，在同一个油层内，油气被底水承托。由于油井投产后，生产压差越来越大，破坏了由于重力作用所建立起来的油水平衡关系，使原来的油水界面在靠近井底处呈锥形升高。当底水进入油井后，造成油井出水是不可避免的，如不加以控制，含水量将很快升高，甚至水淹，更严重着可能完全破坏油井的工业开采价值。

一般来说，控制底水锥进的方法分为关井压锥法、人工隔板法、采水消锥法、双层完井法、注气抑制法等。但有的工艺简单，却影响产量大，经济价值小。有的虽然效果较好，但施工难度大，成本高，不适用于大规模开展。先主要采用化学人工夹层（隔板）法进行化学堵水。

化学人工夹层（隔板）法进行化学堵水是指在油水界面之上挤入大量高强度堵剂建立人工夹层（隔板）以减缓底水向油井突破。凝胶堵剂流动性好、在油相中不交联（具有选择堵水功能），凝胶时间可控、进入地层

距离长、强度高，是目前广泛选用的隔板材料，现多数选用聚合物冻胶类堵剂（以聚丙烯酰胺和部分水解聚丙烯酰胺堵剂为主）。

施工一般分为以下步骤：

<1>分析地质要求，明确封堵目的。

<2>了解套管组合、固井质量、作业井史、以前是否封堵及工艺、周围水井注水情况及层位，邻井作业压力等。

<3>现场测吸水，验证设计挤堵压力及用量。

<4>①控制压力和排量沿底水入侵通道注入水基堵水剂；

②将水基堵水剂顶替至油水界面附近；

③水基堵水剂的作用控制了底水入侵。

<5>验效。

（2）、注入水堵水方法及控制技术

由于油层的非均质性，使注入水沿高渗透层及高渗透区不均匀推进，在纵向上形成单层突进，在横向上形成舌进，使油井过早水淹。在化学堵水中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。根据堵水剂对油层和水层的堵塞作用，又可分为选择性堵水法和非选择性堵水法。采用选择性堵水所用的堵水剂只与水起作用而不与油起作用，故只在水层造成堵塞而对油层影响甚微，或者可改变油、水、岩石之间的界面特性，降低水相渗透率，从而降低油井出水量。

由于该化学剂水溶性好，单液粘度小，穿透力强。它在地层内，可以在预定时间、深度发生化学反应，形成具有弹性且不溶于水达到高分子有机凝胶。凝胶分子中的阳离子链可与带负电的岩石表面反应，产生牢固的化学吸附；非离子链节除有一定数量吸附外，遇水稀释时，其亲水基团与水形成氢键，表现出强的亲水能力，分子链充分舒展，伸展到水中，发生体积膨胀，对流经地层孔隙和毛管的水产生较高的摩擦阻力，使水相渗透

率大大降低。而它在油中发生收缩，分子链节蜷曲在岩心的毛管和孔喉中，对油的流动影响较小。因此，有机凝胶堵水剂对水流产生较大的阻力，而对油流产生较小的阻力，体现出了较好的选择性。这样高产水层产出液得到抑制，低渗油层仍可继续生产，达到改善产液剖面和调整高渗层与低渗层渗流能力的目的。

施工一般分为以下步骤：

<1>分析地质要求，明确封堵目的。

<2>了解套管组合、固井质量、作业井史、以前是否封堵及工艺、周围水井注水情况及层位，邻井作业压力等。

<3>①对应注水井关井泄压；

②高压注水，使低渗透层升压；

③低注入速度下注水基堵水剂；

④用低流度过顶替液将堵剂顶替至离井眼3米以外；

⑤关井候凝；

<4>恢复生产。

（3）、底水+注入水堵水方法及控制技术

在底水和注入水同时存在的油井中，注水后由于重力分异，注入水将移向底水层减少了注入水在油层中的存水率；也由于重力分异和水平渗透率高于垂直渗透率，中等密度的注入水将沿油层与水层的交界面移向油井。沿油层向底水界面移动的注入水，强化了油井的底水锥进现象。注入水沿着油层与底水层的交界面延伸，到达油井附近时，就会沿着水锥面推进，这样注入水就会很快进入油井，水锥现象不断加剧。

特别在油层很薄的情况下，注入水很快就能穿透油层，进入底水层，形成一条阻力较低的渗流通道。在油层和底水层的交界面延伸，直到突入油井，在油层和底水层间形成一条过渡带。这是由于注入水的密度高于油

的密度，而低于底水层的密度，由于重力分异及水平渗透率高于垂直渗透率，注入水只能在油层与底水层之间向油井推进。当注入水到达油井井底，加剧了底水锥进，注入水很快突入油井，含水率迅速上升，水驱效果明显减弱。这样不仅造成了注入水的浪费，增加了注入水的成本，还使得水驱情况明显变差。从注入井到油井的水流通道一旦形成，注入水就会一直沿此通道推进，从注入井注入的水就会直接在油井产出，这是毫无意义的。

为了控制注入水过早进入底水层所产生的浪费，以及由于注入水进入底水层强化的水锥现象，我们可以采用在油层内建立层内隔板和在油层和底水层之间建立底水隔板的方法，来控制注入水，以便提高底水油藏水驱采收率。

因为油层内有高渗透层。注入水基堵剂将优先进入该层，形成层内隔板。油层有垂直渗透性，也是不均质的，堵剂也可随重力分异的水进入底水层。由于底水层密度高，堵剂密度低，它将沿油水界面推进，成冻后,即可在油水界面附近形成底水隔板，控制注入水向底水移动。重新注水后，注入水将主要在层内隔板和底水隔板限定的空间内推进，提高了波及系数，从而提高采收率。

底水油藏的水驱采收率是很低的，特别是薄油层底水油藏。注入水很快就进入底水层，水驱得不到效果，并且强化了油井的水锥现象。所以如果配合采用从注入井注入水基堵剂建立隔板的方法，即在水驱没有采收率时，我们从注入井中注入水基堵剂，注入的堵剂大部分沿原来水驱时水推进的孔道推进，但由于注入堵剂的粘度高于注入水的粘度，降低了流度比，堵剂所波及的面积略大于水驱时的面积。注入水基堵剂后，用顶替液将堵剂顶入预定位置，等待交联。由于水基堵剂的密度在油的密度和地层水的密度之间，这样水基堵剂就可在油层和水层之间延伸，形成底水隔板。刚注入的水基堵剂在油层和底水层间形成较厚、较短的水基堵剂区域。水基

堵剂与油层和底水层的交界面也参差不齐，这是由于注入水在注入压力的影响下造成的。在停止注水后，由于重力的原因，水基堵剂将沿油层与底水层的交界面延伸，形成一条较薄的隔板。这样，注入水就不会直接从油层进入底水层，而要在油层中延伸。注入水在油层中推进，就会提高波及系数，从而提高了水驱采收率。形成底水隔板后，再进行水驱。如隔板较短，注入水仍沿垂向高渗透孔道推进，到达底水隔板后，沿着底水隔板向油井推进。注入水的继续注入，重力分异现象将继续发生。注入水沿着隔板向油井推进，越过隔板边沿后进入底水层。这时注入水的损失和注入水存水率减少的现象将再次发生。可以再次注入堵剂，建立层内隔板。堵剂进入层内的高渗透带，封堵这些大孔道。这样，注入水进入低渗透带，就会增加水驱波及系数。

第四章堵水技术指标及评价

1、堵剂指标及评价

弱凝胶又称可动凝胶或胶态分散凝胶，是在低浓度的聚合物溶液中加入的交联剂、稳定剂等，通过分子内和分子间交联而形成的一种粘度或分子尺寸较大的体系。

弱凝胶堵剂特点：

（1）可流动性强

（2）耐温性能好，在30℃～80℃条件下稳定性能好

（3）耐盐性能好，适应的矿化度上限为150000mg/L

根据施工需要，从溶解性能指标、成胶性能指标、封堵性能指标、配伍性能指标，以溶解时间、溶液粘度、溶液过筛率、成胶时间、凝胶强度、长期热稳定性、阻力系数、突破压力、封堵率、残余阻力系数等主要参数选择合适的堵剂。

2、施工工艺技术指标及评价

（1）挤注压力升压快

原因:地层吸水能力差、堵剂浓度高、施工排量大、堵剂初凝时间短。

危害：易造成封堵层堵剂进入量少，封堵效果差，封堵达不到要求，有效期短。

防范措施：施工前测吸水，吸水量小于6m3/h时，施工最好先顶替到位，再挤堵；堵剂浓度开始不要太高，密度控制在1.3-1.6g/ml，并适当添加缓凝剂；施工时，施工排量不要太大，控制在6-12m3/h；堵剂初凝时间应在3-4h。

（2）挤注压力高

原因：地层吸水能力差、堵剂浓度高、施工排量大、堵剂初凝时间较短。危害：轻者易造成封堵层堵剂进入量少，封堵效果差，验堵达不到要求，有效期短。重者在施工时易挤破油套管。

防范措施：施工管柱验套时应验管，施工时，控制施工排量和压力，主要控制施工时套压。超压反洗井直至出水合格，泄压起管。

（3）堵剂上返埋管柱

原因：施工前没有用水灌满油套环空、没有排净油套环空气体、挤堵层负压。

危害：施工时堵剂上返，埋施工管柱，易造成卡管柱井下事故。轻者给作业造成难度，重者造成该井大修甚至报废。

防范措施：施工前应用水灌满油套环空，排净油套环空气体，对挤堵层负压井，施工的同时向套管灌水，当计算判断堵剂进入地层时停止灌水，可以保证油套环空充满。

（4）堵层漏失量较大施工压力上升较慢

原因：地层亏空或者套管固井质量不高发生串层。

危害：增大堵剂用量和施工成本及时间，堵不住或效果差。

防范措施：挤堵前先用其他填塞，施工时堵剂浓度要高，密度控制在1.6-1.7g/ml左右，并适当添加速凝剂；施工时，施工排量要大，控制在12m3/h左右；堵剂初凝时间应在3h左右。

（5）堵层多，跨度大

危害：一次或两次堵不住，增大堵剂用量和施工成本

防范措施：施工时堵剂浓度不要太高，密度控制在1.5g/ml左右，并适当添加缓凝剂；施工时，施工排量要大，控制在12m3/h左右；堵剂初凝时间应在3h左右。

3、施工结果技术指标及评价

（1）验堵。

（2）投产后油井含水量测定。

(3)采收率评定。