油田化学第六章油田化学堵水技术

1、1 2020 1 15 油田化学OilChemistry第六章油田化学堵水技术 2 2020 1 15 课程学习内容 绪论第一章表面活性剂第二章油田用高分子第三章化学驱油技术第四章酸化 压裂及添加剂第五章化学清蜡与防蜡第六章油田化学堵水第七章化学防砂第八章油田水处理技术第九章钻井液 完井液及添加剂第十章固井水泥浆及添加剂 3 2020 1 15 本章应理解和掌握的内容1 产水来源及对生产的危害 2 堵水措施分类 3 各种堵水工艺及堵水原理 4 堵水施工方法分类 第六章油田化学堵水 4 2020 1 15 油气井出水是油田开发过程中存在的一个普遍问题 给油气井生产 地面油水分离与处理 油气集输和油田开发工作 尤其对注水开发的油田带来的影响是十分严重的 在油田开发过程中必须及时注意油气井出水动向 利用各种找水措施 确定出水层位 采取相应的堵水方法 概述 5 2020 1 15 一 产水来源 原因 及对生产的危害 第六章油田化学堵水 1 注入水及边水 水驱指进现象 在纵向上形成单层突进 6 2020 1 15 一 产水来源 原因 及对生产的危害 第六章油田化学堵水 1 注入水及边水 裂缝或高

2、渗通道使油水井单向连通 7 2020 1 15 一 产水来源 原因 及对生产的危害 第六章油田化学堵水 1 注入水及边水 2 底水锥进 底水锥进 8 2020 1 15 一 产水来源 原因 及对生产的危害 第六章油田化学堵水 1 注入水及边水 2 底水锥进 3 外来水 近井地带窜漏 9 2020 1 15 一 产水来源 原因 及对生产的危害 第六章油田化学堵水 产水的危害 1 降低油气藏采收率 降低波及效率 2 降低油气井产能与产量 造成储层伤害及出砂 3 造成油气井生产设备腐蚀 4 增加地面作业费用 10 2020 1 15 二 堵水工艺措施分类 第六章油田化学堵水 堵水工艺分类 机械堵水 化学堵水 非选择性堵水 选择性堵水 堵水与调剖 产油井与注水井 11 2020 1 15 三 堵水工艺方法 第六章油田化学堵水 堵水工艺方法 补注水泥 单液法 双液法 非选择性堵水 选择性堵水 水泥回堵 挤水泥 在一定压力下向采油或注水井的特定层段挤注水泥浆进行封堵 目的是用水泥浆封堵炮眼的通道 窜槽及水泥环中存在的缝洞 使套管和地层之间密封 是在套管内打水泥塞隔绝注入水或采油井段 或井段的一部分

3、回采上部层段 目的是封堵井筒通道使液体不能从井筒下部产出或注入 12 2020 1 15 回堵或挤水泥作业取得成功 必须满足三个条件 1 必须检测出出水或漏失井段 2 必须把出水井段或漏失井段和其他井段隔开 挤水泥成功的井段将完全不出油 气和水或吸水 3 为了防止补注水泥后发生水窜 必须有隔层 如果管外有窜槽连通油水层 水泥回堵处理会失败 如果地层没有页岩夹层或低渗透带则选择性挤堵的井段只能局部成功或短期有效 没有隔层 水可能在地层内部作垂向流动 通过未挤水泥的井段重新流入井筒 补注水泥 13 2020 1 15 单液法 优点 能充分利用药剂 堵剂是混合均匀后注入地层的 经过一定时间后全部堵剂在地层起作用 缺点 产生堵塞的时间短只能封堵近井地带 受所处理地层温度的限制 双液法 优点 可封堵近井地带和远井地带 改变隔离液用量能封堵地层的不同位置 缺点 药剂不能充分利用 只有一部分药剂相遇反应 产生封堵物质 14 2020 1 15 油田在注水开发过程中造成油井水淹的原因可分为两大类 一类是技术上的原因 与固井状况破坏有关 如采油套管和管外空间水泥环不密封等 一类是油层中的驱替水流过生产层

4、造成的油井水淹 堵水作业可在技术上分为两大类 恢复油气井的技术状况和限制生产层出水 油井的任何堵水工作的实质可归结为 通过对出水水源的作用封堵出水通道 或者恢复其固井技术状况 15 2020 1 15 油气井出水原因不同 采取的封堵方法不同 主要根据 油水层性质 出水情况 油井条件 工艺条件及堵剂性质和来源进行选择 为了控制个别水淹层的含水 消除开采时的层间干扰 大多采用封隔器来暂时封堵高含水层 对于底水 采用在井底附近油水界面处建立人工隔板 打水泥板 阻止锥进 非选择性堵剂或水泥堵死出水层位 对于外来水 欲停产水淹油层 油水分隔水层 选择性堵水 油水同层 封隔器 16 2020 1 15 堵水剂体系介绍 水泥浆体系非选择性堵剂选择性堵剂 17 2020 1 15 水泥用于油井堵水的历史最长 利用水泥凝固后的不透水性来堵水 水泥浆封堵 高渗透的夹层水底水油层和水层串通的含水井段各分层压力相似的油层水淹井吸收能力高的水淹层 应用情况 可能造成油井段污染 18 2020 1 15 水泥浆封堵 利用水泥凝固后的不透水性来堵水 水泥浆体系 水基水泥 油基水泥 油基超细水泥 泡沫水泥 膨胀水泥

5、水泥树脂混合物 水溶性聚合物 水泥混合物 水泥浆封堵剂类型 19 2020 1 15 水泥浆封堵 水基水泥 1 水泥聚合物堵剂 在配浆时加入一定量的环氧树脂和相应的硬化剂 聚乙烯胺溶液 所用的水溶性聚合物为水解聚丙烯腈等 这类堵剂可用于封堵被底水所淹的含水油层或油 水层两者串通后水通过环形空间侵入油井的含水层 2 泡沫水泥 3 早强加砂水泥 配制 干水泥 起泡剂 稳泡剂混合配浆 再通入氮气配制成泡沫水泥 利用泡沫水泥的粘弹特性 低密度 有气泡等性质 改善堵水材料的性质 提高封堵效果 以水泥为胶结剂 石英砂为填充剂 携带液以水为主 以氯化钙和三乙醇胺为早强剂 水携带水泥和石英砂进入地层后 形成具有一定强度和渗透率的人工井壁 在高渗透带凝固 产生防砂堵水的效果 20 2020 1 15 油基水泥 适用条件 油水层交错 在工艺上无法确保油 水层分隔开的情况 普通油基水泥 油基超细水泥 油基水泥 以油为基液 水泥颗粒分散悬浮于油中 少量水或与井筒中的水接触 水泥浆会稠化 失去流动性 地层中存在的束缚水足以使少量的水泥在地层表面上凝固 使用油基水泥时要特别注意 组成 超细水泥 油基携带液和表面活

6、性剂组成 粒径不足普通API水泥的十分之一 小于10um 能够进入普通水泥无法接近的区域或地层 可以渗透进入管状漏失缝隙或微环隙 甚至可进入小至80 100目的砾石充填层位 21 2020 1 15 应用条件 油井非选择性堵剂 树脂型堵剂沉积型堵剂凝胶型堵剂冻胶型堵剂 非选择性堵剂用于封堵油气井中单一含水层和高含水层 可分为四类 22 2020 1 15 树脂型堵剂树脂型堵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 树脂按受热后性质的变化可分为热固体树脂和热塑型树脂两种 热固型树脂是指成型后加热不软化 不能反复使用的体型结构的物质 热塑型树脂是指受热时软化或变形 冷却时凝固 可反复使用的具有线型或支链型结构的大分子 23 2020 1 15 非选择性堵剂常采用热固型树脂 施工时将液体树脂挤入水层 在固化剂的作用下 成为具有一定强度的固态树脂堵塞孔隙 封堵水层 酚醛树脂环氧树脂脲醛树脂糠醇树脂三聚氰胺 甲醛树脂 热塑型树脂 乙烯 醋酸乙烯酯共聚物 油井非选择性堵剂 24 2020 1 15 酚醛树脂将市售酚醛树脂 20 时粘度为150 200mPa s 按一定

7、比例加入固化剂 草酸或SnCl2 HCl 混合均匀 加热到预定温度 至草酸完全溶解树脂且呈淡黄色为止 然后挤入水层使可形成坚固的不透水的屏障 树脂与固化剂的比例及加热温度需要通过试验加以确定 油井非选择性堵剂 25 2020 1 15 26 2020 1 15 27 2020 1 15 3 环氧树脂环氧树脂为热固型树脂 常用作粘合剂和制作电子组件 强度比酚醛或糠醇树脂高 施工时 在泵注前可向液态环氧树脂中添加几种硬化剂 硬化剂和环氧树脂反应后使其聚合成坚硬惰性的固体 硬化剂为乙二胺 多元酸酐等 稀释剂为乙二醇 丁基醚 常用的环氧树脂 环氧脂肪树脂 环氧苯酚树脂和二烯烃环氧树脂 28 2020 1 15 29 2020 1 15 糠醇本身不能自聚 通常作为活性剂与酚醛树脂和映喃树脂一起作用 遇酸可发生自聚 糠醇堵水是将酸液 质量分数为80 的H3PO4 打入欲封堵的水层 然后泵入糠醇溶液 中间加隔离液 柴油 以防止酸与糠醇在井筒内接触 当酸与糠醇在地层中混合后 使发生剧烈的放热反应 生成坚硬的热固型树脂 堵塞地层孔隙 如需加大强度来封堵裂缝 孔洞 窜槽及炮眼时 可加石英砂或硅粉 糠醇的热

8、稳定性比酚醛树脂或环氧树脂都好 据报道 糠醇固化后能在315 干蒸汽下保持稳定 30 2020 1 15 1 相对较为昂贵 无选择性 使用时通常限于井底周围径向30cm以内 2 使用前必须验证处理层位并加以隔离 树脂固化前对水 表面活性剂 碱和酸的污染敏感 树脂类堵剂优点 1 可以注入地层孔隙并具有足够高的强度 可封堵孔隙 裂缝 孔洞 窜槽和炮眼 2 树脂固化后呈中性 和各种井下流体不起反应 有效期长 缺点 31 2020 1 15 应用条件 油井非选择性堵剂 树脂型堵剂沉积型堵剂凝胶型堵剂冻胶型堵剂 非选择性堵剂用于封堵油气井中单一含水层和高含水层 可分为四类 32 2020 1 15 二 沉淀型堵剂沉淀型堵剂是双液法堵剂的一种 特点是强度高 沉淀是固体物质 剪切稳定性好 热稳定性高 可用于任何高温地层 化学稳定性好 单独存在时大多数是很稳定的物质 生物稳定性好 不受微生物的影响 二 沉淀型堵剂 33 2020 1 15 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 双液法 34 2020 1 15 硅酸钠与氯化钙堵剂

9、35 2020 1 15 36 2020 1 15 37 2020 1 15 38 2020 1 15 39 2020 1 15 应用条件 油井非选择性堵剂 树脂型堵剂沉积型堵剂凝胶型堵剂冻胶型堵剂 非选择性堵剂用于封堵油气井中单一含水层和高含水层 可分为四类 40 2020 1 15 凝胶型堵剂1 凝胶的定义及类型凝胶是固态或半固态的胶体体系 是由胶体颗粒 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 体系失去流动性 凝胶性质介于固体和液体之间 凝胶分为刚性凝胶 如无机凝胶TiO5 SiO2等 和弹性凝胶 如线型大分子凝胶 两类 无机凝胶属非膨胀性凝胶 呈刚性 线型大分子形成的凝胶会吸水膨胀 具有一定的弹性 当溶胶在改变温度 加入非水溶剂 加入电解质或通过化学反应以及氢键 范德华力作用时 会失去流动性转变成凝胶 三 凝胶型堵剂 41 2020 1 15 凝胶型堵剂 三 凝胶型堵剂 1 凝胶的定义 是固态或半固态的胶体体系 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 体系失

10、去流动性 凝胶性质介于固体和液体之间 2 凝胶的定义及类型刚性凝胶 如无机凝胶TiO5 SiO2等 无膨胀性 弹性凝胶 如线型大分子凝胶 吸水膨胀 有弹性 42 2020 1 15 凝胶与冻胶的区别 1 化学结构上的区别凝胶是化学键交联 在化学剂 氧或高温作用下 大分子间交联而凝胶化 发生化学键破坏的情况下重新恢复为可流动的溶液 为不可逆凝胶 冻胶是由次价力缔合而成的网状结构 在温度升高 机械搅拌 振荡或较大的剪切力作用下 结构破坏变为可流动的溶液 称为可逆凝胶 2 网状结构中含液量的区别凝胶含液量适中 冻胶的含液量很高 通常大于90 体积分数 43 2020 1 15 3 硅酸凝胶硅酸有多种组成 水溶液中主要是以H2SiO4存在 H2SiO4聚合形成其他不同的多硅酸即硅酸溶胶 如 44 2020 1 15 在各种硅酸中以偏硅酸的组成最简单 通常以H2SiO3代表硅酸 在稀的硅酸溶液中加电解质或者在适当浓度的硅酸盐溶液中加酸 生成硅酸凝胶 凝胶软而透明 有弹性 强度足以阻止通过地层的水流 结构如下 45 2020 1 15 现场上常用Na2SiO3制备凝胶 凝胶的强度可用模数来控制 模

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