油田用堵水劑的研究進展

楊紅麗，武世新，楊珠普

（1.延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 延安 716000；2.中國石油天然氣股份有限公司冀東油田分公司，河北 唐山 063000）

當前經(jīng)濟建設(shè)對油氣資源需求不斷增加。我國油田均已進入三次采油階段，油井注水導(dǎo)致注入剖面均勻性受到影響，一些區(qū)塊注入水順著高滲透層快速突破，導(dǎo)致大量油井出水，極大的影響了原油產(chǎn)率，油田出水問題越發(fā)普遍，急需采用堵水劑進行控制和解決。近年來，新型堵水劑的研究受到了廣大學(xué)者的青睞[1-5]，他們紛紛對堵水劑進行了深入的研究，促進了油田堵水劑的發(fā)展和應(yīng)用。本文對前人的研究進行整理匯總，并重點對新型化學(xué)堵水劑進行研究論述。

1 油田堵水劑的研究背景與進展

1.1 研究背景

石油屬于社會建設(shè)的主要能源之一，與人類生產(chǎn)生活有著緊密關(guān)聯(lián)。在新經(jīng)濟時代下，對油氣資源的需求量不斷提高，如何提高采油率、緩解石油危機顯得十分必要，這也是全世界面臨的問題。當前，我國陸地石油基本都是采用注水開發(fā)的方式。在油井開采之下，出水現(xiàn)象越發(fā)普遍，加上注水開發(fā)力度不斷提升，含水量也隨之提高。根據(jù)以往調(diào)查結(jié)果可知，我國當前油田中的含水量已達到80%，尤其是東部地區(qū)，含水率已經(jīng)達到90%。在此背景下，石油中水比例始終不斷增加，導(dǎo)致開采能耗提高、產(chǎn)率降低，堵水工作顯得更加重要。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

從1930年開始，油田堵水劑便受到國內(nèi)外的廣泛重視。例如，國外采用不同聚合物制備成膠劑，又采用某種化合物制備交聯(lián)劑，這樣便可獲得一個凝膠型堵水劑，成為時代里程碑似的發(fā)明。從1965年開始，單體凝膠被研究出來，國外開始注重聚合物凝膠類堵水劑研究。在此過程中，美國與俄羅斯發(fā)展速度最快，這兩個國家的堵水劑研究和推廣時間相對較早，且種類眾多。美國更注重聚合物凝膠堵水劑的研究，與之相比，俄羅斯主要采用水解聚丙烯腈。與此同時，堵水劑的應(yīng)用對經(jīng)濟發(fā)展起到了不可忽視的促進作用。與國外相比，我國堵水劑的發(fā)展尚且能夠滿足本國的基本需求，但與國外之間仍存在較大差距，一些堵水劑性能不夠完善，種類較為單一，需要相關(guān)專家加大對該領(lǐng)域的研究[6]。

1.3 研究進展

隨著油井開采力度的不斷加深，油井出水問題也隨之產(chǎn)生。起初，最早研究出的堵水劑是非選擇性的，主要是水基水泥，具有成本低、封堵強度高等特點，得到推廣應(yīng)用。但其大粒徑不易進入，限制了其發(fā)展前景。在后續(xù)發(fā)展中，學(xué)者在水泥的基礎(chǔ)上添加一些添加劑，促進水泥的流動，達到理想的效果。進入新世紀后，新型選擇型堵水劑被研究出來，成為堵水劑研究歷史上的一個新的突破，雖然還處于研究階段，但成果已經(jīng)十分顯著。高大偉等研究出新型雙液復(fù)合型堵水劑，具有環(huán)氧樹脂膠、聚氨酯膠雙重優(yōu)勢，以及封堵淺、抗壓程度高、封堵效率高等特點，可應(yīng)用于不同滲透率地層之中。

馬慶壯研發(fā)出油基凝膠選擇型堵水劑，該試劑主要由交聯(lián)劑SCT、增稠劑BCI、O／W表面活性劑構(gòu)成。整個體系在高壓下泵入油井層中，堵水劑順著孔道進入，由于孔道含油量高、含水量低，聚合物不能水解交聯(lián)，因此不會形成凝膠，也不會對油流形成阻礙。當堵水劑進入孔隙通道與地層水混合后，聚合物可充分水解，從而形成高強凝膠，對孔道進行封堵。

劉翠紅研發(fā)出一款高分子堵水劑，主要是天然樹脂在高溫化學(xué)作用下，經(jīng)過干燥和粉碎后形成褐色粉末，其可溶于水。在制備了阻水劑和交聯(lián)劑后，低溫連續(xù)凝膠具有良好的耐溫性、高強度特點，可在水中溶脹，但在油中便不會溶脹，由此營造出良好的堵水條件。

張?zhí)两?jīng)過多年研究，研究了具有耐高溫、耐鹽性的選擇型阻水劑。主要用于酰胺、磺?；鶊F等分子鏈上，對水流沖刷下暴露出的巖石具有較強的吸附性，可有選擇型的吸附在巖石表面，在油層接觸面無吸附，為選擇型堵水奠定了良好的基礎(chǔ)。同時，在性能評價上，它具有理想的耐鹽性，可以適應(yīng)不同的pH值和溫度，具有廣闊的發(fā)展空間。

王軍總結(jié)前輩的研究精華，加工提煉后研制出新的堵水劑，該試劑的主劑為磺化栲膠，交聯(lián)劑為多聚甲醛，增黏劑為尿素、穩(wěn)定劑為苯二酚，具有較強的耐高溫效果。由此研制出的堵水劑各項性能十分良好，在溫度、pH值與礦化度等諸多方面均可滿足市場應(yīng)用需求[7]。

2 新型選擇型堵水劑應(yīng)用與研究方向

對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)井來說，堵水劑的選擇對采油效率、建設(shè)速度、可采儲量等方面具有較大影響。此類油井的方式較為復(fù)雜，井間對應(yīng)關(guān)系不夠明確，可采用新型選擇型堵水劑，使油藏出水條件更加優(yōu)良。

2.1 主要類型

在油田開發(fā)中，化學(xué)堵水劑主要包括兩種類型，一種是非選擇型，另一種是選擇型。以下為選擇型堵水劑。

1）油基堵劑。此類堵水劑主要采用兩性聚合物、增稠劑BCI、柴油等物質(zhì)組合而成。在高壓作用下，可將其泵入到油井地層之中，順著油流通道進入，因該通道的高含油量和低含水量使聚合物無法水解和交聯(lián)，從而避免了凝膠和油流的形成。同時，隨著油流不斷開采，可進入到水流通道中，與地層中水充分融合。

2）水基堵劑。當前，此類堵水劑在石油生產(chǎn)中逐漸普及，具有種類多、成本低等特點，以水溶性聚合物為主。聚丙烯酰胺劑的原理在于：該溶液會優(yōu)先進入含水量較多的地層中，基層在氫鍵吸附作用下使水層得到進一步保留，從而達到堵水的效果。

3）黏彈性表面活性劑。當前研究主要在于分子結(jié)構(gòu)陰離子表面活性劑材料中。此類材料在反離子作用下，屬于優(yōu)異剪切變稀行為流體。在地層剪切速率之下，黏度可顯著提升，增加到原本的100倍，以此阻礙流體流動，實現(xiàn)液流轉(zhuǎn)向。同時，因化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，油相會促進表面活性劑提升，使膠束結(jié)構(gòu)受到破壞，不會使含油通道被封堵，減少對油層產(chǎn)生的負面影響，在水力壓裂中已經(jīng)得到有效驗證。

2.2 應(yīng)用效果

長期以來，增加產(chǎn)油量成為選擇型封堵的重要目標，但事實上堵水目標在于降低油井出水率，進而緩解因出水產(chǎn)生的層內(nèi)矛盾、機械采油條件惡化等問題。因此，不應(yīng)將產(chǎn)油量增加作為堵水措施是否有效的唯一指標。在選擇型堵水劑應(yīng)用后，井筒條件得以改善，與油井相近地區(qū)潤濕性發(fā)生變化，從而間接增加產(chǎn)量，可見此類堵劑的應(yīng)用效果較為理想。

2.3 研究方向

對于選擇型堵水劑來說，研究成果受材料技術(shù)發(fā)展的影響。在未來的研究中，應(yīng)在分子水平的基礎(chǔ)上，對材料微觀結(jié)構(gòu)進行深入認識，并提高合成改性技術(shù)的研究力度，這屬于選擇型堵劑研究的重心所在。在真實油藏條件下，對巖石與堵劑之間相互作用的原理進行分析，從分子水平角度推演其本質(zhì)，這屬于堵劑研究與評價的基礎(chǔ)所在。此外，當前國內(nèi)油藏條件復(fù)雜多樣，如塔里木油田中，地層水礦化度在100～300g／L，油藏溫度在90～120℃，在堵劑選擇時要求具有耐溫、耐鹽性能，這也為后續(xù)研究提供了方向[8]。

3 結(jié)語

綜上所述，在石油生產(chǎn)過程中，化學(xué)堵水劑的作用十分顯著，可有效控制和解決油田出水問題，促進生產(chǎn)工作的高效開展。要想充分發(fā)揮堵水劑的優(yōu)越性，便要加強對新型堵水劑的研究力度，使其性能更加豐富、應(yīng)用范圍更加廣闊，在解決油井出水問題的同時，控制堵水劑的生產(chǎn)成本，并盡可能的避免環(huán)境污染，堅持綠色環(huán)保的原則，推動我國石油事業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。