油田化学：第五章 注水井调剖与油井堵水

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1、第五章第五章第二篇第二篇 采油化学采油化学注水井调剖与油井堵水注水井调剖与油井堵水前前 言言（1 1）为什么进行油水井改造？）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，影响油田油水井在生产过程中存在各种问题，影响油田的正常生产。的正常生产。（2 2）油水井存在哪些问题？）油水井存在哪些问题？ 油井：油井：5 5个问题，个问题，5 5字概括字概括 水井：水井：3 3个问题个问题前前 言言（1 1）砂、（）砂、（2 2）蜡、）蜡、（3 3）水、（）水、（4 4）稠、）稠、（5 5）低。）低。（1 1）出砂）出砂（2 2）吸水剖面不均匀）吸水剖面不均匀（3 3）水注不进去）水注不进去油井

2、问题油井问题水井问题水井问题第一节第一节注水井调剖注水井调剖第五章第五章 油水井化学改造油水井化学改造 一、什么叫注水井调剖一、什么叫注水井调剖油油层层采采收收率率低低驱油体系的驱油体系的波及系数低波及系数低驱油体系的驱油体系的洗油效率低洗油效率低水油流度比水油流度比地层非均质性地层非均质性润湿性润湿性界面张力界面张力 吸水能力好吸水能力好吸水能力差吸水能力差一、什么叫注水井调剖一、什么叫注水井调剖油层是不均质的；油层是不均质的；注入水沿阻力最小的地方前进；注入水沿阻力最小的地方前进；高渗透层流动阻力小；高渗透层流动阻力小；由于注入水的冲刷，使油层的由于注入水的冲刷，使油层的 不均质性随着时间

3、的推移而加剧；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，注入水的波及系数低，采收率低，油井含水上升快。油井含水上升快。 k2 k3 k1 单井油井堵水高渗透层（含油饱和度低）（含油饱和度低）低渗透层低渗透层含油饱和度高含油饱和度高一、什么叫注水井调剖一、什么叫注水井调剖 一、什么叫注水井调剖一、什么叫注水井调剖调整注水油层调整注水油层的吸水剖面。的吸水剖面。 “调剖调剖”含义含义 ： “调剖调剖”目的：目的：改善地层非均质性，提高注入水波及系数，从而改善地层非均质性，提高注入水波及系数，从而提高采收率。提高采收率。从从1919世纪世纪7070年代提出，已由单纯的年代提出，已由

4、单纯的“剖面调整剖面调整”发展为深部封堵高渗透层。发展为深部封堵高渗透层。单井油井堵水调剖剂调剖剂单井油井堵水调剖剂调剖剂深部深部调剖调剖浅层浅层封堵封堵一、什么叫注水井调剖一、什么叫注水井调剖深部液流转向深部液流转向二、调剖技术的分类二、调剖技术的分类（1 1）单液法调剖：一种工作液）单液法调剖：一种工作液（2 2）双液法调剖：两种工作液）双液法调剖：两种工作液按起作用的按起作用的工艺分类工艺分类1 1、单液法、单液法 向油层注入一种工作液，这种工作液所带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的物质或随后变成的物质可封堵高渗透层流流 体体流动性降低流动性降低

5、 溶液、乳状液、溶液、乳状液、溶胶、悬浮体溶胶、悬浮体凝胶、冻胶、凝胶、冻胶、沉淀、固化物沉淀、固化物注入过程中注入过程中进入地层后进入地层后基本原理：基本原理： 定义：定义： 2 2、双液法、双液法 向地层注入相遇后可产生封堵物质的两种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）工作液（或工作流体）, ,封堵高渗透层。封堵高渗透层。定义：定义： 注水注水注水注水第一工作液第一工作液第二工作液第二工作液隔离液隔离液封堵物质封堵物质注入水注入水基本原理：基本原理： 调节封堵位置调节封堵位置 隔离液作用：隔离液作用： 三、单液法堵剂三、单液法堵剂调剖剂：调剖剂：又称堵剂，注入地层起封堵

6、作用的物质。又称堵剂，注入地层起封堵作用的物质。了解堵剂的适应性、了解了解堵剂的适应性、了解堵剂的作用机理堵剂的作用机理1 1、硫、硫 酸酸（1 1）调剖机理）调剖机理l硫酸先与近井地带的碳酸盐反应，增加了注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；水井的吸水能力；l产生的硫酸钙、硫酸镁将随酸液进入地层，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；饱和后析出，形成堵塞；l由于高渗透层进入的硫酸多，主要堵塞发生由于高渗透层进入的硫酸多，主要堵塞发生在高渗透层。在高渗透层。（2 2）特点）特点近井增注，远井调剖。近井增注，远井调剖。2 2、硫酸亚铁、硫酸亚铁硫酸是增注调

7、剖剂；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。氢氧化亚铁是一种沉淀，同样可起调剖作用。（1 1）调剖机理）调剖机理（2 2）特点）特点近井增注，远井调剖。近井增注，远井调剖。3 3、硅酸凝胶、硅酸凝胶u 又名硅酸钠，分子式为又名硅酸钠，分子式为Na2OmSiO2u m:模数模数(即水玻璃中即水玻璃中SiO2的物质的量与的物质的量与Na2O 的物质的量之比的物质的量之比)。u 模数一般在模数一般在14范围。范围。u 水玻璃的性质随模数而变。模数越小，水玻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。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。硅酸凝胶

8、是由水玻璃与活化剂反应生成。（1）什么是水玻璃？）什么是水玻璃？u 是指可使水玻璃由先变成溶胶再变成凝胶的物质。是指可使水玻璃由先变成溶胶再变成凝胶的物质。u 常用的活化剂是盐酸。常用的活化剂是盐酸。u 根据盐酸和水玻璃的混合顺序可分为酸性硅酸凝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。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。硅酸凝胶是由水玻璃与活化剂反应生成。（2）什么是活化剂？）什么是活化剂？3 3、硅酸凝胶、硅酸凝胶酸性硅酸溶胶酸性硅酸溶胶酸性硅酸溶胶胶团示意图酸性硅酸溶胶胶团示意图 （假定模数为（假定模数为1 1）生成生成: 溶胶优先吸附与其成分相同溶胶

9、优先吸附与其成分相同的离子（的离子（H+），胶粒带正电。），胶粒带正电。酸性硅酸溶胶是由水玻酸性硅酸溶胶是由水玻璃加到盐酸中生成。璃加到盐酸中生成。特点特点:碱性硅酸溶胶碱性硅酸溶胶（实验七）（实验七）碱性硅酸溶胶胶团示意图碱性硅酸溶胶胶团示意图 （假定模数为（假定模数为1 1）生成生成: 溶胶优先吸附与其成分相溶胶优先吸附与其成分相同的离子（同的离子（SiO32-），胶粒带），胶粒带负电。负电。碱性硅酸溶胶是将盐酸碱性硅酸溶胶是将盐酸加到水玻璃中生成。加到水玻璃中生成。特点特点:4 4、锆冻胶（、锆冻胶（实验七实验七）（1）锆冻胶如何形成？）锆冻胶如何形成？ 用用Zr4+组成的组成的多核羟桥

10、络离子多核羟桥络离子交联溶液中带交联溶液中带COO-的聚合物（如的聚合物（如HPAM）生成。生成。 Zr4+可来自可来自ZrOCl2或或ZrCl4聚丙烯酰胺的锆冻胶示意图聚丙烯酰胺的锆冻胶示意图氧氯化锆氧氯化锆（2）锆的）锆的多核羟桥络离子多核羟桥络离子如何形成？如何形成？络合络合水解水解羟桥作用羟桥作用多核羟桥络离子形成多核羟桥络离子形成进一步水解和羟桥作用进一步水解和羟桥作用大的无机阳离子大的无机阳离子多核羟桥络离子形成多核羟桥络离子形成多核羟桥络离子与多核羟桥络离子与HPAM交联交联5 5、铬冻胶、铬冻胶（1）铬冻胶如何形成？）铬冻胶如何形成？ 用用Cr3+组成的组成的多核羟桥络离子多核

11、羟桥络离子交联溶液中带交联溶液中带COO-的聚合物（如的聚合物（如HPAM）生成。生成。聚丙烯酰胺的锆冻胶示意图聚丙烯酰胺的锆冻胶示意图QQ：CrCr3+3+的的多多核羟桥络离核羟桥络离子子如何形成？如何形成？（2） Cr3+ 可有哪些来源？可有哪些来源？uKCr(SO4)2、CrCl3、Cr(NO3)2、Cr(CH3COO)3u由由Cr6+（如如K2Cr2O7、Na2Cr2O7）用还原剂（如用还原剂（如 Na2S2O3、Na2SO3、NaHSO3）还原得到还原得到5 5、铬冻胶、铬冻胶醋酸铬 重铬酸钾 硫代硫酸钠 6 6、水膨体、水膨体水膨体水膨体是一类适当交联遇水膨胀而不溶解的是一类适当交

12、联遇水膨胀而不溶解的聚合物。聚合物。 在丙烯酰胺聚合过程中加入少量交联剂在丙烯酰胺聚合过程中加入少量交联剂NN，N-N-亚甲基双丙烯酰胺，聚合后干燥、磨亚甲基双丙烯酰胺，聚合后干燥、磨细，就可得到聚丙烯酰胺水膨体细，就可得到聚丙烯酰胺水膨体 。6 6、水膨体、水膨体一种聚丙烯酰胺水膨体的膨胀性一种聚丙烯酰胺水膨体的膨胀性6 6、水膨体、水膨体供选用的携带介质有三类：供选用的携带介质有三类：l非极性物质（如煤油）非极性物质（如煤油）l半极性物质（如乙醇、异丙醇），半极性物质（如乙醇、异丙醇），l电解质溶液（如电解质溶液（如 NaCl、HCl、CaCl2、FeCl3等）等）l有些是通过去溶剂化和压

13、缩水膨体扩散双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（如电层来抑制膨胀的作用（如NaCl溶液）；溶液）；l有些通过与水膨体中的有些通过与水膨体中的-COO-反应生成弱反应生成弱亲水能力的基团来抑制水膨体的膨胀（如亲水能力的基团来抑制水膨体的膨胀（如HCl、CaCl2、FeCl3等溶液）。等溶液）。7 7、冻胶微球、冻胶微球冻胶微球冻胶微球是粒度达到纳米级的冻胶分散体。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。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，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、变它可在高渗透的通道

14、中通过运移、捕集、变形、再运移、再捕集、再变形形、再运移、再捕集、再变形的机理，的机理，由近及远地起调剖作用。由近及远地起调剖作用。 8 8、石灰乳、石灰乳石灰乳是将氧化钙分散在水中配成的氢氧化钙石灰乳是将氧化钙分散在水中配成的氢氧化钙悬浮体。悬浮体。特点：特点：l 氢氧化钙的粒径较大（氢氧化钙的粒径较大（ 62 62mm左右），特别适合左右），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、低渗透层有保护作进入中、低渗透层，因此对中、低渗透层有保护作用。用。l 氢氧化钙的溶解度随温度升高而减小，所以可用氢氧化钙的溶解

15、度随温度升高而减小，所以可用于封堵高温地层。于封堵高温地层。l 氢氧化钙可与盐酸反应生成可溶于水的氯化钙，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。在不需要封堵时，可用盐酸解除。9 9、粘土水泥分散体、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。粘土水泥分散体由粘土与水泥悬浮于水中配成。特点特点l适合于封堵特高渗透地层。粘土与水泥进入地层后，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。化反应，使滤饼固结，对特高渗透

16、层产生有效封堵。l类似石灰乳中的氢氧化钙，粘土和水泥也不能进入中、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、低渗透层有保护作用。低渗透层，所以对中、低渗透层有保护作用。l可用常规土酸除去可用常规土酸除去。四、双液法堵剂四、双液法堵剂u沉淀型双液法堵剂沉淀型双液法堵剂u凝胶型双液法堵剂凝胶型双液法堵剂u冻胶型双液法堵剂冻胶型双液法堵剂u泡沫型双液法堵剂泡沫型双液法堵剂u絮凝体型双液法堵剂絮凝体型双液法堵剂1 1、沉淀型双液法堵剂、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指两种工作液相遇后可产生沉淀封堵高渗透层的堵剂。的堵剂。 2 2、凝胶型双液法堵剂、凝

17、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指两种工作液相遇后可产生凝胶封堵高渗透层的堵剂。的堵剂。 3 3、冻胶型双液法堵剂、冻胶型双液法堵剂例例1l 第一工作液第一工作液HPAM溶液或溶液或XC溶液溶液l 第二工作液柠檬酸铝溶液第二工作液柠檬酸铝溶液例例2l 第一工作液第一工作液 HPAM溶液或溶液或XC溶液溶液l 第二工作液丙酸铬溶液第二工作液丙酸铬溶液例例3l 第一工作液溶有第一工作液溶有Na2 SO3的的HPAM溶液或溶液或XC溶液溶液l 第二工作液溶有第二工作液溶有 Na2Cr2O7溶液溶液例例4l 第一工作液第一工作液HPAM溶液溶液l 第二工作液第二工作液ZrOCl2

18、 溶液溶液l指两种工作液相遇后可产生冻胶封堵高渗透层指两种工作液相遇后可产生冻胶封堵高渗透层的堵剂。的堵剂。4 4、泡沫型双液法堵剂、泡沫型双液法堵剂n可用的起泡剂包括可用的起泡剂包括l非离子型表面活性剂加聚氧乙烯烷基苯酚醚非离子型表面活性剂加聚氧乙烯烷基苯酚醚l阴离子型表面活性剂如烷基芳基磺酸盐。阴离子型表面活性剂如烷基芳基磺酸盐。n可用的气体包括可用的气体包括l氮气氮气l二氧化碳气。二氧化碳气。l若将起泡剂溶液与气体交替注入地层，就可在地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。层（主要是高渗透层）中形成泡沫，产生堵剂。 5 5、絮凝体型双液法堵剂

19、（实验七）、絮凝体型双液法堵剂（实验七） 若将粘土悬浮体与若将粘土悬浮体与HPAMHPAM溶液交替注入地层，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。效地封堵特高渗透地层。第二节第二节油井堵水法油井堵水法第五章第五章 油水井化学改造油水井化学改造 前前 言言注入水指进和窜流注入水指进和窜流底水锥进底水锥进边水边水（1 1）油井出水的主要原因）油井出水的主要原因近井地带窜漏近井地带窜漏射孔段太靠近底水射孔段太靠近底水底水锥进底水锥进水驱指进现象水驱指进现象注水井生产井生产井裂缝或高渗通道使油水井单向连通裂缝或高渗通

20、道使油水井单向连通前前 言言（2 2）油井出水的危害性）油井出水的危害性二、油井堵水技术二、油井堵水技术技术关键：技术关键： （1 1）堵水，不堵油）堵水，不堵油 （2 2）堵水层，不堵油层）堵水层，不堵油层实现方法：实现方法： （1 1）非选择性堵水法）非选择性堵水法 （2 2）选择性堵水法）选择性堵水法1 1、非选择性堵水法、非选择性堵水法（1 1）适应条件：）适应条件： 适用于封堵单一水层或高含水层适用于封堵单一水层或高含水层（2 2）封堵原理：）封堵原理： 将堵剂注入目的层，起到封堵作用。将堵剂注入目的层，起到封堵作用。（3 3）技术关键：）技术关键： 油层和水层能明显分开；堵剂注入目

21、的层。油层和水层能明显分开；堵剂注入目的层。 1878.8沙二13-822026.02060.0沙二912068.0底筛堵2071.12灰面2084.124032060.34Y341-112B-32040.0通过封隔器实现目的层选择通过封隔器实现目的层选择2 2、选择性堵水法、选择性堵水法（1 1）适应条件：）适应条件： 适用于封堵不易用封隔器将水层与油层分隔适用于封堵不易用封隔器将水层与油层分隔开的油井开的油井（2 2）封堵原理：）封堵原理： 堵剂都是利用油与水的差别或油层与水层的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。差别，达到选择性堵水的目的。（3 3）技术关键

22、：）技术关键： 堵剂的选择性。堵剂的选择性。三、选择性堵水剂三、选择性堵水剂l水基堵剂水基堵剂l油基堵剂油基堵剂l醇基堵剂醇基堵剂如何实现如何实现选择性？选择性？ l、HPAM（水基）它优先进它优先进入入含水饱和度高的地层含水饱和度高的地层进入地层的进入地层的HPAMHPAM可通过氢键吸附在由于水冲刷可通过氢键吸附在由于水冲刷而暴露出来的地层表面而暴露出来的地层表面HPAMHPAM分子中未吸附部分可在水中伸展，减小地分子中未吸附部分可在水中伸展，减小地层对水的渗透性层对水的渗透性HPAMHPAM在水中伸展增加水流阻力在水中伸展增加水流阻力HPAMHPAM能提供减少油流动阻力的水膜能提供减少油流

23、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；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；在出水层稳定存在；通过叠加的通过叠加的JaminJamin效应，封堵来水；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油可引起泡沫的破坏，所以进入油层的泡沫不堵塞油层。堵塞油层。 3 3烃基卤代甲硅烷（油基烃基卤代甲硅烷（油基）烃基卤代甲硅烷可与水反应，生成相应的硅醇。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，硅醇中的多元醇很易缩聚，生成聚硅醇沉淀，封堵出水层。封堵出水层。 4 4、松香二聚物醇溶液（醇基）松香二聚物醇溶液

24、（醇基） 当松香二聚物的醇溶液与水相遇，水即溶于醇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二聚物饱和析出。 5 5、水包稠油（水基、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这种堵剂是用水包油型乳化剂将稠油乳化在水中配成。配成。因乳状液是水外相，粘度低，所以易进入水层。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。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，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

25、的砂岩表面，引起乳状液因为它易吸附在带负电的砂岩表面，引起乳状液的破坏。的破坏。 6 6、冻胶（水基、冻胶（水基 ）冻胶（如铬冻胶、锆冻胶、酚醛树脂冻胶、聚冻胶（如铬冻胶、锆冻胶、酚醛树脂冻胶、聚乙烯亚胺冻胶等）对油和水有明显的选择性。乙烯亚胺冻胶等）对油和水有明显的选择性。 四、非选择性堵水剂四、非选择性堵水剂l1树脂型堵剂树脂型堵剂 l2凝胶型堵剂凝胶型堵剂 l3. 沉淀型堵剂沉淀型堵剂 l4分散体型堵剂分散体型堵剂 1 1、树脂型堵剂、树脂型堵剂 由低分子物质通过缩聚反应产生不溶不熔高分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。子物质的堵剂。酚醛树脂酚醛树脂 （热固性酚醛树脂

26、热固性酚醛树脂+ +固化剂挤入水层）固化剂挤入水层）脲醛树脂脲醛树脂环氧树脂环氧树脂2 2、凝胶型堵剂、凝胶型堵剂 由溶胶胶凝产生的堵剂。由溶胶胶凝产生的堵剂。 使用方法：使用方法：l将硅酸钠溶液和活化剂溶液混合后注入地层；将硅酸钠溶液和活化剂溶液混合后注入地层；l也可将它们分成几个段塞，中间以隔离液隔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开，交替他注入水层，让它们进入水层一定距离才混合。距离才混合。l硅酸钠与活化剂混合后，首先生成硅酸溶胶，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。随后转度为硅酸凝胶。 3 3、沉淀型堵剂、沉淀型堵剂 由

27、两种能反应生成沉淀的物质组成由两种能反应生成沉淀的物质组成 。 最常用最常用4、分散体型堵剂 主要是固体分散体。主要是固体分散体。用于封堵特高渗透层。用于封堵特高渗透层。l粘土水泥粘土水泥l碳酸钙水泥和粉煤灰碳酸钙水泥和粉煤灰l水泥水泥四、四、 堵水剂的选择堵水剂的选择堵水剂按下列原则堵水剂按下列原则优先选择优先选择：1. 1. 水基堵水剂水基堵水剂因水基堵水剂优先进入含水饱和度高的地层。因水基堵水剂优先进入含水饱和度高的地层。2. 2. 单液法堵水剂单液法堵水剂因单液法堵水剂施工方便。因单液法堵水剂施工方便。3. 3. 冻胶型堵水剂冻胶型堵水剂因冻胶型堵水剂有优异的选择性，适用于温度和矿化度因冻胶型堵水剂有优异的选择性，适用于温度和矿化度较低的地层。较低的地层。4. 4. 水玻璃堵水剂水玻璃堵水剂因在高温高矿化度和因在高温高矿化度和( (或或) )高酸性气体含量地层，水玻璃高酸性气体含量地层，水玻璃堵水剂有理想的选择性。堵水剂有理想的选择性。五、五、 油井堵水的矿场试验例油井堵水的矿场试验例本章完本章完