调剖堵水

油田开发到中后期,地层能量降低，采收率降低，我国大部分油田开始通过注水补充地层能量以提高采收率。

但由于地层、油层的非均质性和复杂性，会出现水在油层中的“突进”和“窜流”现象。

随着注水量的增加，注水剖面的不均匀性增加，导致油井大量出水。

目前，油井平均含水已达80%以上，东部地区的一些老油田含水高达90%以上，甚至于超过了经济极限（含水率95%-98%）。

因此，堵水调剖的工作量逐年增大，工作难度增加，而增油潜力降低，这种形式促进了堵水调剖技术的不断发展[1]。

我国自上个世纪50年代开始进行堵水技术的探索和研究，至今已有50多年历史。

堵水就是控制水油比或控制产水，其实质是改变水在地层中的流动特性，即改变水在地层中的渗透规律[2]。

堵水作业根据施工对象的不同，分为油井（生产井）堵水和水井（注入井）调剖两类，其目的是补救油井的固井技术状况和降低水淹层的渗透率（调整流动剖面），提高油层的采收率。

一、我国油田堵水调剖技术经历的发展阶段上个世纪50-60年代我国处于探索研究阶段，探索研究堵水的一些方法和化学剂，开展了少量的油田应用实践，取得了一定成效。

60-70年代主要以油井堵水为主，大庆油田在机械堵水方法和井下工具、胜利油田在化学堵水方面发展较快，其他油田也有相应的发展。

80年代注水井调剖技术大为发展，为形成油田区块、井组为单元的整体措施奠定了基础。

80-90年代初期，堵水技术由单井处理发展到区块综合治理，大规模地开展了从油藏整体出发，以油田区块为单元的整体堵水调剖处理。

90年代中后期，提出了在油藏深部调整吸水剖面，促进了油藏深部调剖技术的发展[3]。

二、我国油田堵水调剖剂的利用现状调剖堵水技术对油田稳产增产有着重要的意义，随着高含水油藏水驱问题的日益复杂对该领域技术要求越来越高,推动着堵水调剖及相关技术的不断创新和发展,尤其近年来在深部调剖(调驱)液流转向剂研究与应用方面取得了许多新进展[4]。

油田中常用的堵水方法分为机械堵水和化学堵水两类，化学法堵水是化学堵水剂的化学作用对出水层造成堵塞，机械法堵水是用分隔器将出水层位在井筒内卡开，以阻止水流入井内。

我国化学堵水调剖技术始于20世纪50年代，早期使用的主要是水泥浆、油基水泥和活性稠油等，60年代以树脂为主，70年代水溶性聚合物及其凝胶开始在油田应用，从此，油田堵水调剖技术进入一个新的发展阶段，堵剂品种迅速增加，处理井次增多，经济效益也明显提高。

就目前应用和发展情况看，主要是化学方法堵水调剖。

2.1油田化学堵水剂的种类化学剂技术是堵水调剖中发展最活跃、最引人关注的技术。

根据堵水剂对油层和水层的不同堵塞作用，化学堵水剂可分为非选择性堵水剂和选择性堵水剂。

非选择性堵水剂是指堵水剂在油层中能同时封堵油层和水层的化学剂；选择性堵水剂是指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[4]。

非选择性堵水剂的方式只适用于封堵单一层位，且施工复杂，要找准水层段，这就限制了它的使用。

而在油田堵水调剖作业过程中，往往会遇到以下情况，油田出水层位不明确、固井质量不合格、套管变形、隔层薄和特殊的完井方式，这时只能采用选择性堵水剂[4]。

选择性堵水剂是相对的，它进入目的层后，对水的堵塞率可达80%以上，而对油的堵塞率小于30%。

选择性堵水剂是通过油和水，产油层和产水层的差别进行堵水调剖[5]。

选择性堵水剂的种类较多，根据配制堵水剂时所用的溶剂或分散介质，可分为水基选择性堵水剂、油基选择性堵水剂、醇基选择性堵水剂，而醇基选择性堵水剂在油田现场应用较少。

2.1.1水基选择性堵水剂水基选择性堵水剂是选择性堵水剂中应用最广、品种最多、成本较低的一种堵水剂，包括各类水溶性聚合物、泡沫等，其中最常用的是水溶性聚合物[6]。

（1）聚丙烯酰胺（PAM）堵水剂：油田现场应用较早的聚合物主要是聚丙烯酰胺，注入地层后限制出水，而不影响油气产量，是一种廉价的处理方法。

聚丙烯酰胺在进入低渗透层时通过桥式吸附实现低的侵入量，从而实现选择性封堵。

聚丙烯酰胺堵水剂的缺点是封堵强度较低。

法国学者[7]用两种改进的方法（PAM就地膨胀）堵水，既改变了常规PAM处理的效果，又消除了对地层的伤害，而且封堵地层后产油量提高一倍，有效期长达三年以上[8]。

部分水解聚丙烯腈（hydropolyacrylonitrile, HPAN）有着与HPAM大体相同的分子结构，因此，它也具有与HPAM大体相同的选择性堵水机理和性能[9]。

（2）凝胶类堵水剂：水溶性聚合物凝胶通过被地层吸附而使渗透率不均衡降低，从而使水相渗透率降低幅度大于油相和气相渗透率的降低幅度。

具有代表性的凝胶类堵水剂包括：延缓交联型凝胶堵水剂、互穿聚合物网络型油田堵水剂、预凝胶和二次交联凝胶。

①延缓交联型凝胶堵水剂:所使用的堵水剂在配制初期，交联剂与聚合物不发生反应，注入地层后在地层条件下缓慢交联，成胶后强度高，主要封堵大孔道和高渗透层。

目前人们常采用单液法和双液法，也就是地面交联和地下交联两种方法，以期达到延缓交联的目的，其中以单液法为主[10]。

延缓交联型凝胶堵水剂较为优秀的代表是Cr3+/HPAM凝胶，是由部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）和Cr3+交联剂发生交联反应形成具有三维网格结构的凝胶。

②互穿聚合物网络型油田堵水剂[11]：互穿聚合物网络（Interpenetrating Polymer Network, IPN）是由两种或两种以上的聚合物网络相互穿透或缠结所构成的一类化学共混网络合金体系，其中一种网络在另一种网络的直接存在下现场聚合或交联形成，各网络之间为物理贯穿。

③预凝胶：采用部分水解聚丙烯酰胺溶液与乙酸铬在地面条件下快速交联形成预凝胶来降低裂缝性油藏调剖作业的滤失量，降低滤失的机理是通过在裂缝壁面上形成凝胶滤饼来控制堵水剂的滤失[12]。

④二次交联凝胶：在地面条件下，将部分水解聚丙烯酰胺溶液、乙酸铬（第一交联剂）和甲醛、苯酚（第二交联剂）混合。

由于室内研制的乙酸铬交联剂反应活性较高，在地面温度下部分水解聚丙烯酰胺与乙酸铬发生交联反应形成了预凝胶，而第二交联剂酚醛不会在地面温度下发生交联反应。

预凝胶被挤入地层，然后在地层温度下（大于60℃）与酚醛发生第二次交联形成的高强度二次交联凝胶。

与预凝胶相比，二次交联凝胶强度更高，适用于强力封堵大裂缝，而预凝胶适用于封堵中小裂缝。

（3）泡沫类堵水剂：泡沫分为二相泡沫和三相泡沫，前者包括起泡剂和水溶性添加剂，后者还含有固相如膨润土、白粉等。

三相泡沫比二相泡沫稳定得多，故现场多使用三相泡沫[13]。

当泡沫中气泡通过直径比它小的地层岩石孔喉时会产生贾敏效应。

当泡沫通过非均质地层时，它首先进入高渗透层段，由于贾敏效应的叠加原理，其流动阻力逐渐增大。

随着注入压力的增大，注入流体可以依次进入那些因孔喉半径小、流动阻力大而未被注入水波及的中、低渗透率油层，提高波及系数[9]。

2.1.2油基选择性堵水剂（1）油溶性聚合物：油溶性聚合物与其他材料复配，制备油溶性聚合物选堵剂，并添加适量的增强材料，以增加其封堵强度。

油流通过时，选堵剂能逐渐被溶解分散，使其网络结构强度降低，因而油相渗透率可慢慢恢复，而在水相中，选堵剂不能被溶解，起到很好的选择性堵水作用。

（2）油基水泥：油基水泥是水泥在油中的悬浮体。

水泥表面亲水，当它进入产水层时，水置换水泥表面的油并与水泥作用，形成水泥固结体，封堵产水层。

所用水泥为适用于相应深度的油井水泥，所用油为汽油、煤油、柴油或低黏度原油。

为改变悬浮体的流度，油基水泥中还添加有表面活性剂。

（3）活性稠油：活性稠油是溶有乳化剂的稠油。

该乳化剂为油包水型乳化剂，它可以使稠油遇水后产生高黏度的油包水乳化液。

由于稠油中含有相当数量的油包水型乳化剂如环烷酸、胶质、沥青质等，所以可将稠油直接用作油井选择性堵水，也可将氧化沥青溶于油中配成活性稠油。

这种沥青既是油包水型乳化剂，也是油的稠化剂。

2.1.3非选择性堵水剂非选择性堵水剂包括树脂型堵水剂、冻胶型堵水剂、凝胶型堵水剂、沉淀型堵水剂、分散体型堵水剂，它们的基本性质将在调剖剂中介绍。

2.2油田化学调剖剂的种类调剖剂的作用是封堵地层中的高渗透大孔道，目前已应用于油田的调剖剂种类繁多。

2.2.1树脂型调剖剂树脂型调剖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[14]，以树脂作为封堵物质。

按树脂受热后性质的变化可分为热固性树脂和热塑性树脂两种，在油田现场最常用的树脂是酚醛树脂[15]。

施工时，可将热固性酚醛树脂预缩液与固化剂混合后挤入水层，在地层温度和固化剂的作用下，热固性酚醛树脂可在一定时间内交联成不溶不熔的酚醛树脂将水层堵住。

2.2.2冻胶型调剖剂冻胶型调剖剂是由聚合物溶液和适当的交联剂配制而成的[16]，以冻胶作为封堵物质。

冻胶是聚合物和交联剂形成的具有三维结构的网状分子。

当交联剂含量很小时，聚合物只能形成弱冻胶。

冻胶型调剖剂最典型的例子是以聚丙烯酰胺水溶液为主剂，以铬或铝离子为交联剂，两者在地层温度下发生交联反应，生成具有三维结构的聚合物冻胶。

2.2.3凝胶型调剖剂凝胶型调剖剂以凝胶作为封堵物质，凝胶是固态或半固态的胶体体系，具有由胶体颗粒、高分子或表面活性剂分子互相连接形成的空间网状结构，结构空隙中充满了液体，液体被包在其中固定不动，使体系失去流动性，其性质介于固体和液体之间[17]。

凝胶型调剖剂最典型的例子是以硅酸钠碱性水溶液为主剂，以酸性物质为胶凝剂，两者在地层中发生中和反应，生成黏稠的硅酸凝胶。

2.2.4沉淀型调剖剂以沉淀作为封堵物质的调剖剂称为沉淀型调剖剂，这类化学剂向地层注入，在地层形成沉淀堵塞物封堵地层孔道。

由于这种反应物均系水溶液，且粘度较低（与水相近），因而能选择性地进入高吸水层，在地层中反应后对高渗透层产生更有效的堵塞作用[18]。

例如，碳酸钠水溶液和三氯化铁水溶液在地层内发生反应，生成氢氧化铁沉淀。

这种调剖剂来源广，成本低，施工安全方便，解堵容易（高压酸化、碱液压裂），但在施工时必须采取有效的保护措施，否则会堵塞油层，污染地层[2]。

2.2.5颗粒固结型调剖剂以颗粒固结体作为封堵物质，一般指水泥或其他可以形成坚硬固结体的矿物粉，用于封堵高渗透或裂缝性地层。

水泥最早使用，具有价格便宜、强度大、可用于各种温度等优点。

堵水机理是利用水泥凝固后的不透水性进行封堵。

但是，由于水泥颗粒大，不易进入中低渗透性地层，因而用挤入水层的方法堵水时，封堵强度不高，成功率低，有效期短。

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