油田化学 第五章 注水井调剖与油井堵水
我国油田化学堵水调剖剂开发和应用现状
我国油田化学堵水调剖剂开发和应用现状一、引言油田堵水包括在生产井堵水和在注水井调整吸水剖面两种措施。
堵水剂一般是指用于生产井堵水的处理剂, 调剖剂则是用于注水井调整吸水剖面的处理剂, 两种剂有共性, 也有特性,但以共性为主, 多数情况两剂可以互相通用。
为方便起见, 有时把两种剂统称为堵剂。
可以通用的堵剂, 在使用时性能上需作适当调整。
一般情况下, 用于堵水时用量较少, 相应的可泵时间较短, 要求强度较高。
用于调剖时用量较大, 可泵时间则要求较长, 有些剂需用延迟凝胶技术或双液法注入工艺才能满足大剂量注入的要求。
当然也有一些剂不能或不宜通用。
堵水调剖技术要在油田应用中获得成功、产生效益，除有好的堵剂外，还必须深入研究油藏及处理工艺，三者互相配合，不可偏废。
二、油田化学堵水调剖开发研究1.堵水调剖物理模拟由于油田在开采过程中，无法预知地底的实际情况，仅能够依据地面影像、超声波、附近区域地质等情况预测地层下实际的油层情况，因此通过微观模拟技术和核磁共振成像技术研究了聚合物冻胶在多孔介质中的充填、运移和堵塞规律，从而初步模拟化学堵水调剖剂在深入地层之后的具体情况，例如：聚合物冻胶提高注入水的波及体积、调整吸水剖面、改善水驱采收率的微观机理。
从整个研究表面，冻胶类的调剖剂能够对高渗透的大孔道实现堵塞，强迫注入水向低渗透层进行挤压，这扩大了注入水的波和体积，从而提高了注入水的利用率。
注入水进入低渗透层后使原来未驱动到的原油被驱替出来，提高了产油量和阶段采出程度。
同时，试验对层内堵水调剖时的堵剂用量、调剖时机、段塞个数等因素对堵水调剖效果的影响进行了研究，结果表明：多段塞效果好于单段塞；调剖时机越早越好；堵剂用量越大越好，但从经济效益考虑，认为0.2PV较为合适。
影响冻胶类堵荆封堵效果因素分析从冻胶类堵水效果进行分析表明了，冻胶类堵剂随着堵后注水速度的增加封堵率下降，且两者具有较好的双对数直线关系；弱冻胶随着渗透率的增加封堵率下降，强冻胶可使不同渗透率的岩心的渗透率减少到近似同一个值，同时对冻胶类堵剂堵水不堵油的机理进行了探讨。
油田化学堵水调剖综述
油田化学堵水调剖综述[摘要]堵水调剖技术及其相关技术在油田控水和增产方面有着至关重要的地位，本文主要阐述了油田堵水调剖技术的相关知识以及其发展过程，并介绍了几种常见的化学堵水调剖剂，最后本文在分析目前化学堵水调剖技术现状的基础上对于化学堵水调剖的进一步研究提出了一些相关的建议。
[关键词]油田堵水调剖建议中图分类号：te34 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）09-0065-01一、油田化学堵水调剖技术1.1 化学堵水调剖技术的相关概念化学堵水调剖技术是指在油井中注入相应的化学药剂（也就是化学调剖剂），从而来阻塞含水量比较高的层，实现降低无效水循环、减少油井底部的水流压力以及降低油井含水量的目的。
化学堵水调剖技术是通过不均匀的油层之间吸水能力的不同来实现的，其基本原理是在比较低的注入压力的前提下注入化学调剖剂，然后阻塞压力比较低的高吸水部位，因此来提高油井的注水压力，降低油井的吸水能力，从而实现对低渗透部位注水量的提高。
化学堵水调剖技术是分层开采的主要技术之一，其可以对以下三方面的问题做出相应的解决。
首先，在受层间隔层厚度以及分层注水管柱分层程度的要求条件下，经常出现在一个层内可能会出现几个吸水能力不同的油层的情况，此时可以采用化学调剖剂对层内的吸水量做出相应的调度和调整。
其次，对于一些由于套损而造成无法正常工作的油井，在笼统注水的前提要求下，可以使用相关的化学调剖技术来对油井的吸水面做出相应的调整。
再次，对于不均匀的比较厚的油层，可以使用化学调剖方法来使得中高渗透部位的注水量向低渗透部位逐渐进行转移。
1.2 化学堵水调剖技术的发展历程油田化学堵水调剖技术的发展过程大致可以划分为四个阶段，下面分别对这四个阶段进行相关的介绍。
第一阶段：试验阶段。
油田化学堵水调剖技术的初期试验阶段是指从1986年到1990年。
在这段时间内，机械卡堵水技术有着非常重要的地位。
一些主要的油田分别与相关科研院所进行合作，他们引进和使用了一些聚合物调剖剂，例如603堵剂、pia-601、pmn-pf等。
调剖、堵水选井原则方法 -
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图1.2 选剂流程图
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3.多参数对比法
将化学剂对地层温度、地层水矿化度和注 水井的PI值的适用范围分类列出。编成数据库 进入筛选软件系统。堵剂筛选的第一步是根据 以上三项指标筛选出一种或数种可用的化学剂 。第二步是对初选的化学剂进行成本对比，选 择优质廉价的化学剂。
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五、区块整体调剖筛选
根据效果预测得出的投入产出比，对照中国 石油天然气集团公司统一制定的筛选标准，若投 入产出比大于 1:4，则该区块为适合整体调剖区 块；若投入产出比小于 1:4，则为不适合整体调 剖区块，不宜进行区块整体调剖。
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筛选决策的主要内容
目前国内研制和开发了3 套筛选方法和软件系 统。即由中国石油天然气总公司石油勘探开发科学 研究院研制的 RS(油藏模拟) 筛选方法和软件系统 ，石油大学( 华东 )研制的PI决策技术和RE( 油藏 工程) 优化决策技术等三套筛选决策技术。筛选方 法是在进行 5个单项筛选结果的基础上，进行综合 评价，作出一个油田区块的整体筛选评价结果。
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1. PI值筛选方法
参照油井含水状况和生产动态及油井产液剖面选择 低 PI 值区的有潜力层段的油井作为油片堵水的处理 目标。 2.生产动态参数综合评定法 (1) 产液剖面法：多层产液剖面中有明显的高产水 层段的油井，单层生产产液剖面明显差异的高含水井 ，封堵目标是高含水层或高含水层段。 (2) 存在多条裂缝或水平缝较发育的高含水井，封 堵高压高含水裂缝段。
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图1.1
选井过程流程图
选井
视 吸 水 指 数
指 示 曲 线
压 降 曲 线 分 析
渗 透 率 非 均 质 性 垂 向 非 均 质 性
吸 水 剖 面
平 面 非 均 质 性
第5章 油水井化学堵水与及调剖技术
第5章油水井化学堵水与调剖技术5.1油井出水原因及堵水方法 (2)5.1.1油井产水的原因 (2)5.1.2堵水方法和堵水剂分类 (3)5.2油井非选择性化学堵水剂 (5)5.2.1树脂型堵剂 (6)5.2.2沉淀型堵剂 (8)5.2.3凝胶型堵剂 (10)5.2.4冻胶堵剂 (13)5.3油井选择性堵水剂 (13)5.3.1水基堵剂 (14)5.3.2油基堵剂 (23)5.3.3醇基堵剂 (24)5.4油井堵水工艺和堵水成效评定 (25)5.4.1油井堵水选井原则 (25)5.4.2油井堵水工艺条件 (25)5.4.3油井堵水成效评定 (27)5.5注水井化学调剖技术 (28)5.5.1调剖剂 (28)5.5.2注水井调剖工艺条件和效果评定 (40)5.6用于蒸汽采油的高温堵剂 (42)5.6.1用于蒸汽采油的高温堵剂 (43)5.6.2高温注蒸汽调剖剂 (44)参考文献 (47)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，世界上许多油田都相继进入中高含水期,而地下可采储量依然较大，我国主要油田也已进入中高含水期，现仅采出注水开采储量的62%。
原注水条件下广泛应用的增产增注措施效率越来越低，技术难度越来越大，产量递减，产水量大幅度增加，经济效益差。
所以，急需寻找有效的新方法，改善高含水产油效果。
当前运用较广泛的措施就是调剖堵水技术，它是在原开采井网不变的情况下通过调整产层结构来实现的。
注水井调剖和生产井堵水技术在现场进行了广泛的应用，有效地改善了注入水波及体积，调整了油藏开采结构，提高了产量，因而它是注水开发过程中一种关键技术。
堵水作业是“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，即改变水在地层的渗流规律。
深度调剖及堵水
深度调剖及堵水国内几十年来在治水方面积累了大量的经验教训。
关于水井深度调剖，开始采用高强度堵剂，挤死高吸水层段，这种工艺对全层水淹的井效果显著。
而我国油田属于陆相沉积，非均质性很强，在剖面上层内渗透率差异较大，如果深度调剖施工时将水淹层段堵死，这时注水井主要吸水层段被堵死，原来弱吸水段或不吸水段开始吸水，吸水剖面改变很理想。
但是，由于注入堵剂数量有限，2m 油层挤入500m3堵剂，挤入深度只有12．6m，当低渗透层水线推进到此处时，注入水又会窜入特高渗透层，造成深度调剖失效。
这种工艺每施工一口井增产油量一般不超过500t，个别有相对隔挡层的井或有相当好的潜力层的效果会好些。
根据这一情况发展了深度调剖，即加大堵剂用量，但是，深度调剖深度与堵剂用量是平方的关系，所以堵剂用量加大很多，深度调剖深度增加得并不多。
如2m 油层挤入1000m3堵剂进行深度调剖，深度也只有17．8m ，增产量和有效期改善仍不理想。
近年来深度调剖工艺发展成调驱工艺，即将深度调剖剂改进为可动的弱凝胶（调驱剂），使得深度调剖后调驱剂段塞推进速度稍快于低渗透层段水线推进速度，直到调驱剂段塞薄到一定程度后突破，再注第二个段塞，增产量和有效期都会大幅度提高。
下面只重点介绍调驱工艺。
值得注意的是调驱工艺有两个技术关键，一是必须根据渗透率，用岩心优选驱替剂的粘度，以保证调驱剂推进速度略快于新进水层段的水线推进速度；二是为了挤入调驱剂时尽量减少加强层的伤害，注入压力必须大于调剖层段的启动压差，小于加强层段的启动压差。
这两方面都可以用岩心（或人造模拟岩心）实测。
油井堵水也有类似问题，由于堵塞半径有限，增产量和有效期都很小，所以对孔隙性油藏来说，除非全层水淹否则对层内某层段出水不宜采用堵水措施。
而对块状裂缝性底水油藏，由于无法在水井进行调整，只能利用这类油田的非均质性在油井进行堵水，开始将大裂缝堵死，这样虽然将出水通道堵死，同时也将与大裂缝连通的小裂缝的出油通道堵死，所以效果也不理想。
油井堵水与调配作业
图３—９ 注水井深部调剖示意图
剖的常用方法 化学堵水 机械堵水 资料录取
堵水、调剖的常用方法
堵水与调剖工艺的分类 工艺方面，在油井内所采用的堵水方
法分为机械堵水和化学堵水两类： 1）、机械法封堵水层是用封隔器将出水层
位在井筒内卡住，以阻止水流入井内。 2）、化学堵水是利用化学堵水剂对水层造
图３ 梷
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油井堵水示意图
图1—8 油井堵水示意图
图３ 梷
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注水井调剖示意图
图1—9 注水井调剖示意图
堵水与调剖分类和作用
2）、注水井调剖技术
对注水开发的油田，注水井主要 是用机械或化学方法控制高吸水层 的吸水量，相应地提高低吸水能力 油层的吸水量，达到满足合理配注 的要求，从而扩大注水的波及体积， 提高注水开发的采收率，如图1-9所 示。
堵水与调剖分类和作用
用不同的注入方法，如段塞法、 大剂量法或采用延迟交联注入法等 将化学剂注入油藏深部，封堵高渗 透高吸水层段，达到在油藏深部而 不仅是在近井地带改善吸水剖面， 迫使液流转向，扩大波及体积，提 高注水开发效果和水驱采收率，如 图1——11所示
堵水与调剖分类和作用
图3—８ 油水井对应堵水调剖示意图
化学堵水
3）、颗粒类堵水、调剖化学剂
常用的有果壳、青石粉、石灰 乳、膨润土、轻度交联的聚丙烯酰 胺、聚乙烯醇粉等。其中膨润土具 有轻度体积膨胀性，聚丙烯酰胺和 聚乙烯醇在岩石孔隙中吸水膨胀性 好，可增加封堵效果
化学堵水
（1）、石灰乳复合堵剂
其化学反应原理为石灰粉与水结 合后迅速反应，生成产物为Ca(OH)2 胶体粒子的凝聚结构，在地层水中 的CO2作用下，可继续发生如下反应： Ca（OH）2＋CO2 ＋ nH2O
油田化学第5章调剖与堵水
（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）。
基本原理：
隔离液作用：
注水
注水
调节封堵位置
第一工作液 第二工作液
隔离液 注入水
封堵物质
5.1注水井调剖 5.1.3 主要的单液法调剖剂 调剖剂分类：
（1）按注入工艺分类：单液法调剖剂（如铬冻胶）、双液法调剖剂（如水 玻璃－氯化钙）。
添加纤维、木屑、橡胶、塑料等；
大剂量、多段塞深度调剖；
调剖与堵水相结合技术。
5.1注水井调剖 5.1.4 主要的双液法调剖剂
(1) 沉淀型双液法堵剂 (2) 凝胶型双液法堵剂 (3) 冻胶型双液法堵剂 (4) 泡沫型双液法堵剂 (5) 絮凝体型双液法堵剂
5.1注水井调剖 5.1.4 主要的双液液法调剖剂
三氯化铝与尿素配成溶液注入地层，尿素分解后由酸性变成碱性， 生成溶胶，再转化为凝胶。
5.1注水井调剖 5.1.3 主要的单液法调剖剂
(7) 铬冻胶 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。 Cr3+可来自
KCr（SO4）2、CrCl3、Cr（NO3）2、Cr（CH3COO）3， 由Cr6+（如K2Cr2O7、Na2Cr2O7）用还原剂（如Na2S2O3、Na2SO3、
溶解。
5.1注水井调剖 5.1.3 主要的单液法调剖剂
（A）活化剂 是指可使水玻璃变成熔胶随后变成凝胶的物质。
无机活化剂：如盐酸、硝酸、硫酸、氨基磺酸、碳酸 铵、碳酸氢铵、氯化铵、硫酸铵、磷酸二氢钠等，
有机活化剂：如甲酸、乙酸、乙酸铵、甲酸乙酯、乙 酸乙酯、氯乙酸、三氯乙酸、草酸、柠檬酸、甲醛、 苯酚、邻苯二酚、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、 间苯三酚等。
注水井调剖与油井堵水优秀课件
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(水解聚丙烯酰胺)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
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
第二节 注水井调剖
一、什么叫注水井调剖
油
驱油体系的
层
洗油效率低
采
收
率
低
驱油体系的
波及系数低
界面张力 润湿性
水油流度比 地层非均质性
一、什么叫注水井调剖
吸水能力好 吸水能力差
一、什么叫注水井调剖
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。
一种阻力效应。油中气泡或者水中的油滴由于界面张力而力图保持成球形。 当这些气泡或者油滴通过细小的孔隙喉道时,由于孔道和喉道的半径差使得 气泡或油滴两端的弧面毛管力表现为阻力，若要通过半径较小的喉道必须 拉长并改变形状,这种变形将消耗一部分能量,从而减缓气泡或油滴运动,增 加额外的阻力,这种现象称为贾敏效应。
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．
基本原理：
注入过程中 流 体
溶液、乳状液、 溶胶、悬浮体
进入地层后 流动性降低
凝胶、冻胶、 沉淀、固化物
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3、硅酸凝胶
硅酸凝胶是由水玻璃与活化剂反应生成。
（1）什么是水玻璃？ 又名硅酸钠，分子式为Na2O·mSiO2 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1～4范围。 水玻璃的性质随模数而变。模数越小，水玻 璃碱性越强，越易溶解。
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；
由于高渗透层进入的硫酸多，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
（1）调剖机理
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、冻胶微球
冻胶微球是粒度达到纳米级的冻胶分散体。 它采用微乳聚合的方法制得。
在地层中，冻胶微球有一定的膨胀倍数， 它可在高渗透的通道中通过运移、捕集、变 形、再运移、再捕集、再变形……的机理， 由近及远地起调剖作用。
COO-的聚合物（如HPAM）生成。 Zr4+可来自ZrOCl2或ZrCl4 氧氯化锆
聚丙烯酰胺的锆冻胶示意图
多核羟桥络离子形成
（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
（3）水注不进去
第五章 油水井化学改造
第一节 注水井调剖
一、什么叫注水井调剖
油
驱油体系的
层
洗油效率低
采
收
率
低
驱油体系的
波及系数低
界面张力 润湿性
水油流度比 地层非均质性
一、什么叫注水井调剖
吸水能力好 吸水能力差
一、什么叫注水井调剖
低渗透层 含油饱和度高
•油层是不均质的； •注入水沿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
酸性硅酸溶胶胶团示意图 （假定模数为1）
碱性硅酸溶胶（实验七）
生成: 碱性硅酸溶胶是将盐酸 加到水玻璃中生成。
特点:
溶胶优先吸附与其成分相 同的离子（SiO32-），胶粒带 负电。
碱性硅酸溶胶胶团示意图 （假定模数为1）
4、锆冻胶（实验七）
（1）锆冻胶如何形成？ 用Zr4+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？
5、铬冻胶
（2） Cr3+ 可有哪些来源？
醋酸铬
KCr(SO4)2、CrCl3、Cr(NO3)2、Cr(CH3COO)3
重铬酸钾
由Cr6+（如K2Cr2O7、Na2Cr2O7）用还原剂（如 Na2S2O3、Na2SO3、NaHSO3）还原得到
硫代硫酸钠
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。
在丙烯酰胺聚合过程中加入少量交联剂 N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，聚合后干燥、磨 细，就可得到聚丙烯酰胺水膨体 。
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
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。
单井油井堵水
k2> k3 > k1
高渗透层 （含油饱和度低）
一、什么叫注水井调剖
“调剖”含义 ：
调整注水油层 的吸水及系数，从而 提高采收率。
一、什么叫注水井调剖
3、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？
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。
酸性硅酸溶胶
生成: 酸性硅酸溶胶是由水玻 璃加到盐酸中生成。
特点:
溶胶优先吸附与其成分相同 的离子（H+），胶粒带正电。
深部液流转向
浅层 封堵
深部 调剖
单井油井堵水
调剖剂
单井油井堵水
调剖剂
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。
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
定义：
向油层注入一种工作液，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．
基本原理：
注入过程中 流 体
溶液、乳状液、 溶胶、悬浮体
进入地层后 流动性降低
凝胶、冻胶、 沉淀、固化物
2、双液法
定义： 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）,封堵高渗透层。
基本原理：
隔离液作用：
注水
注水
调节封堵位置
第一工作液 第二工作液
隔离液 注入水
封堵物质
三、单液法堵剂
调剖剂：又称堵剂，注入地层起封堵作用的物质。
8、石灰乳
石灰乳是将氧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（ 62μm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。
9、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。
第二篇 采油化学
第五章 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
油井问题
水井问题
（1）砂、（2）蜡、 （1）出砂
（3）水、（4）稠、 （2）吸水剖面不均匀
（5）低。