油田应用化学5[1].pdf

油井出水原因及堵水方法油井非选择性化学堵水剂油井选择性堵水剂注水井化学调剖技术用于蒸气采油的高温堵剂第五章油水井化学堵水与调剖技术堵水工艺和堵水成效评定第一节油井出水原因及堵水方法油气井出水分类按水的来源，可分为注入水、边水、底水及上层水、下层水和夹层水注入水、边水及底水，在油藏中与油在同一层位，统称为“同层水”上层水，下层水及夹层水是从油层上部或下部的含水层及夹于油层之间的含水层中窜入油气井的水，来源于油层以外，故统称为“外来水”注入水及边水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 1、油井产水的原因注入水单层突进示意图边水示意图“水舌 ”示意图底水当油田有底水时，由于油气井在生产时在地层中造成的压力差，破坏了由于重力作用建立起来的油水平衡关系，使原来的油水界面在靠近井底时，呈锥形升高，这种现象叫“底水锥进”(见右图)其结果使油气井在井底附近造成水淹，含水上升，产油量下降底水“ 锥进” 示意图外来水外来水是由于固井质量不合格，或套管因地层水腐蚀或盐岩流动挤压被破坏而使水窜入油井，或者是由于射孔时误射水层使油井出水。

定义上层水及下层水窜入示意图夹层水窜入示意图2堵水方法和堵水剂分类堵水技术机械堵水化学堵水机械堵水法定义采用封隔器将出水层在井筒内卡开，以阻止水流入井内，卡堵油井中出水层段的技术堵水方式分为封上堵下，封下堵上，封中间采两头，封两头采中间技术要求选择性堵水的井是多层位合采的油井，要求封隔器座封严密、准确，这是机械堵水成功的保证优点机械堵水方法简单易行，成本低，收效大，便于推广 化学堵水法定义 利用化学方法和化学堵剂通过化学作用对水层或油层造成堵塞，阻止或减少水流入井内的方法堵水技术在化学堵水中将化学剂注入到油井高渗透出水层段，降低近井地带的水相渗透率，减少油井出水 ，增加原油产量的一整套技术称为油井化学堵水技术，所用化学剂叫堵水剂分类根据堵水剂对油层和水层的堵塞作用，分为选择性堵水法和非选择性堵水法选择性堵水剂工作原理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缺点选择性堵水存在着堵剂用量大、成本高的缺点化学调剖技术与化学调剖剂将化学剂注入注水井的高渗透层段，用以降低高吸水层段的吸水量，提高注入压力，达到提高中、低渗透层吸水量，改善注水井吸水剖面，提高注入水的体积波及系数，改善水驱状况的方法称为注水井化学调剖技术，所用化学剂叫调剖剂。

单液法注入原理及单液法堵剂向地层中注入一种或由各种化学剂混合配制的液体，在指定位置，经过物理或化学作用，使液体变为凝胶、冻胶、沉淀或高粘流体的方法称为单液法注入工艺能够用于这种施工工艺的堵剂叫单液法堵剂单液法水玻璃氯化钙堵水技术工艺及机理工艺在地面将两种注入液体即水玻璃和氯化钙配成一种液体向油层注入，但为了减缓反应速度实现单液法注入，先使氯化钙与碱反应变为氢氧化钙，然后再与水玻璃缓慢作用，形成沉淀，其凝胶时间可达4.5h，便于施工注入 CaCl2+NaOH Ca(OH)2+2NaClNa2O nSiO2+Ca(OH)2+mH2O CaSiO3+(n-1)Si(OH)4+(m-2n)H2O+NaOH机理生成物为凝胶状弹性固体，能有效封堵出水层双液法注入工艺原理向地层先后注入由隔离液隔开的两种可反应(或作用)的液体，随着液体向外推移，隔离液越来越薄，当外堆至一定程度，隔离液将失去隔离作用，两种液体相遇并发生反应，产生封堵地层的物质隔离液前的液体叫 第一反应液， 后面的液体叫 第二反应液双液法注水玻璃氯化钙堵水技术机理用清水或油做隔离液将水玻璃，隔离液和氯化钙依次注入地层。

随着注入液向前推移，隔离液所形成的隔离环厚度越来越小，直至失去隔离作用而使两种液体相遇产生沉淀物，达到堵水的目的m-1)+SiO2)( H2O2OHCaCl2+Na2O nSiO2+mH2O 2NaCl+Ca(水玻璃）CaCl2+Na2O nSiO2+mH2O NaCl+CaSiO3+mSiO2+(n-1)H2O 工艺特点单液法双液法优点： 能充分利用药剂缺点： 因它产生堵塞的时间短，所以只能封堵近井地带，且受处理地层温度的限制优点： 可封堵近井地带和远井地带 缺点： 因为只有部分药剂相遇反应，产生封堵物质，所以药剂利用不充分 第二节油井非选择性化学堵水剂油气井出水是油田开发过程中不可避免的主要问题之一要控制油井出水，一方面是对注水井进行调剖，另一方面是封堵油井出水层，即有效地选择堵水剂来封堵油井出水层概述应用非选择性堵剂用于封堵油气井中单一含水层和高含水层 1234树脂型堵剂沉淀型堵剂凝胶型堵剂冻胶型堵剂非选择性堵剂分类树脂型堵剂定义树脂型堵剂是指由低分子物质通过缩聚反应生成的具有体型结构，不溶不熔的高分子物质分类树脂按受热后物质的变化又分为热固型树脂和热塑型树脂两种。

特点热固型树脂指成型后加热不软化，不能反复使用的体型结构的物质；热塑型树脂则指受热时软化或变形，冷却时凝固，能反复使用的具有线型或支链型结构的大分子堵水机理树脂经稀释后进入地层，在固化剂的作 用下，固化成为具有一定强度的固态树脂而堵塞孔隙，达到封堵水 层的目的适用于封窜堵漏和高温地层树脂型堵剂的类别热固型树脂：酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂等 热塑型树脂：乙烯-醋酸乙稀共聚物酚醛树脂堵水剂使用方法将市售酚醛树脂(20℃时粘度为150~200mPa·s)按一定比例加入固化剂(草酸或SnCl2+HCl)混合均匀，加热到预定温度至草酸完全溶解，树脂呈淡黄色为止，然后挤入水层便可形成坚固的不透水屏障CH2CH2CH2CH2CH2CH2OHOHOHO H CH2CH2CH2C H 2 CH2CH2酚醛树脂的分子结构式脲醛树脂堵剂使用方法将尿素与甲醛在碱性催化剂的作用下制成—羟、二羟和多羟甲基脲的混合物，然后加入固化剂氯化铵，混合均匀后注入地层，进一步缩合形成热固性树脂封堵出水层 OOOOCCCCNNNNNNNNNNCOCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2... ......... ......... ......脲醛树脂堵剂的结构环氧树脂堵水剂定义环氧树脂是双酚-A和环氧氯丙烷在碱性条件下反应的产物。

HO CH3C CH3+OHOHO CCH3CH3OH双酚-A H O ClCH2C O H + CHCH2OCH3CH3环氧树脂反应式及结构式糠醇树脂堵水剂糠醇在有酸存在时，自身可以进行缩合反应生成热固性树脂化学反应式如下：n CH2OH CH2( CH2)nCH2OH+nH2OH+OO O O堵水机理将酸液(80%的磷酸)打入欲封堵的水层，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，当酸与糠醇在地层与水混合后，便产生剧烈的放热反应，生成坚硬的热固性树脂，堵塞地层孔隙，该堵剂的适用温度为50~200℃糠醇树脂堵水剂堵水特点树脂堵剂主要用于封堵高渗透地层，油井底水和窜槽水出砂严重及高温油井实施该技术具有堵剂易挤入地层，封堵强度大，效果好等特点，但所需费用高，误堵后很难处理，目前应用较少沉淀型堵剂概述向地层注入由隔离液隔开的两种无机化 学剂溶液，在注入过程中，使其在地层孔道中形成沉淀，对被封堵 地层形成物理堵塞，从而封堵地层孔道由于这两种反应物均系水溶液， 且粘度较低，与水相近，因此，能优先进入高吸水层，有效地封堵高渗透层。

水玻璃 —卤水沉淀型堵剂堵水机理卤水体系包括CaCl2、FeCl2、FeCl3、FeSO4、Al2(SO4)3、甲醛一般来说，沉淀量越大，堵塞能力就越大a硅酸钠与盐酸反应生成硅酸凝胶沉淀堵水 ：Na SiO HCl H SiO NaCl23 2322+ → +b硅酸钠与氯化钙反应生成硅酸钙沉淀堵水：Na SiO CaCl CaSiO NaCl23 2 32+ → +c硅酸钠与硫酸铝反应生成硅酸铝沉淀堵水：( ) ( )3323 2 4323324NaSiO AlSO AlSiO NaSO+→ +水玻璃概述硅酸 钠xNa2O.ySiO2又名水玻璃、泡花碱，无色、青绿色或棕色的固体或粘稠液体，其物理性质随着成品内氧化钠和二氧化硅的比例不同而不同，是日用化工和化工工业的重要原料通常将水玻璃中SiO2与Na2O的摩尔比称为水玻璃的模数(M)即 ：0323.122×=ONaSiOM因为模数主要由SiO2组成，模数增大，沉淀量也增大通常为2.7~3.3，模数大小可用NaOH来调整硅酸钠的制备1地面制备法将Na2SiO3加入定量水中，在0.4MPa下通热蒸汽即可熬制成所需浓度的水玻璃溶液2地下反应法2N aO H+S iO2N a2SiO3+H2O水玻璃常用浓度为36%(质量分数)，CaCl2常用浓度为38%(质量分数)。

据此计算出Na2SiO3和CaCl2溶液的理论体积比为2.53:1为确保CaCl2量及封堵半径，现场常用体积比1:1CaCl2+Na2O nSiO2+mH2O 2NaCl+Ca(OH)2+nSiO2+(m-1)H2O水玻璃堵剂堵水原理水玻璃与CaCl2有下述两个反应，其堵水作用是混合沉淀造成的：总反应式为2CaCl2+2Na2O nSiO2+mH2O4NaCl+CaSiO3(m-1)H2O+(2n-1)SiO2+Ca(OH)2该堵剂适用井温为40~80℃水玻璃堵剂堵水工艺在施工工艺中，一般选模数较大的硅酸盐为第一反应液，其浓度为0.4%~0.6%，用HPAM加以稠化第二反应液的选择顺序为 ：,Fe,Fe,Mg,Ca2322 ++++和这与沉淀量大小有关硅酸盐沉淀与碳酸盐沉淀的堆积体积CaCl2MgCl2 ·6H2 O FeSO4 ·7H2 O FeCl3 ·6H2 O Na2 SiO325.0 20.3 13.0 19.0Na2 CO310.0 9.5 11.0 14.3 水玻璃堵剂堵水工艺隔离液使用水或轻质油，用量取决于产生沉淀物的位置例如选用水玻璃—堵水剂，现场注入程序为：清水→水玻璃→清水→氯化钙溶液，一般泵注段塞循环，最后再顶替5~10m3清水，关井24h。

水玻璃复合堵剂为了提高沉淀型堵剂的封堵强度，采用一种复合型堵剂，其配方为：水玻璃:CaCl2:。