油田堵水調(diào)剖劑的研究進(jìn)展

鞏權(quán)峰，魏學(xué)剛，辛 懂

（西安石油大學(xué)，陜西西安 710065）

隨著國(guó)內(nèi)大部分油氣田逐漸進(jìn)入注水開(kāi)發(fā)階段。由于油藏地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性、地層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性，使得油田在注水開(kāi)采過(guò)程中，油井普遍見(jiàn)水。隨著注水量的增加，注入水會(huì)很快沿著高滲透層突進(jìn)，形成水流優(yōu)勢(shì)通道，使得注入水波及體積較小，油井產(chǎn)量下降。在注水井中注入調(diào)剖堵劑是國(guó)內(nèi)外油田封堵高滲透層的主要方法。根據(jù)施工對(duì)象不同，堵水作業(yè)可分為生產(chǎn)井堵水和注水井調(diào)剖兩大類(lèi)，無(wú)論是堵水還是調(diào)剖，當(dāng)前最有效的都是使用化學(xué)堵劑。這類(lèi)堵劑可分為顆粒型堵劑、泡沫類(lèi)堵劑、樹(shù)脂類(lèi)堵劑、凍膠類(lèi)堵劑。

1 顆粒型堵劑

顆粒型堵劑主要包括黏土、水泥和粉煤灰等無(wú)機(jī)顆粒，堵水方式主要以懸浮體的形式進(jìn)入地層，由于地層滲透率的差異，顆粒堵劑會(huì)首先進(jìn)入高滲透層和裂縫地帶，增加高滲透層的滲流阻力，使注入水能夠進(jìn)入中低滲透層，增大注水波及系數(shù)，改善了驅(qū)油效果，從而提高油田最終采收率。

為了解決由于常規(guī)的石英砂粒徑較大不能完全堵住裂縫的問(wèn)題，劉雪峰等[1]研制了一種簡(jiǎn)便的無(wú)機(jī)鹽晶體型顆粒暫堵劑，根據(jù)物質(zhì)溶解度的差異，將一定量的氯化鈉溶解后，加入氯化鈣、氯化鉀等無(wú)機(jī)鹽反析出氯化鈉晶體，并添加分散劑、穩(wěn)定劑、緩蝕劑等助劑，使析出的氯化鈉晶體顆粒能穩(wěn)定的分散在溶液中，從而得到一種水溶性的無(wú)機(jī)鹽晶體暫堵劑。該堵劑具有良好的抗溫性，在巖心驅(qū)替和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)均具有良好的封堵能力。該堵劑原材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

滕福景等[2]針對(duì)超細(xì)水泥顆粒小、水化速度快、初凝時(shí)間比普通水泥短的問(wèn)題，通過(guò)在超細(xì)水泥中加入纖維素類(lèi)高分子FD-2 和緩凝劑HNJ 的方法使水泥的固化時(shí)間和固化強(qiáng)度得到顯著的改善[3]。在抗壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)中，探究出水泥堵劑的強(qiáng)度主要受FD-2 溶液與超細(xì)水泥質(zhì)量比影響，比值越小，固化后強(qiáng)度越高，溫度對(duì)堵劑強(qiáng)度大的影響較小。堵劑體系固化時(shí)間受FD-2溶液與超細(xì)水泥質(zhì)量比的比值和溫度的影響較大，比值越小，溫度越高，固化時(shí)間越短。在現(xiàn)場(chǎng)施工中可以通過(guò)調(diào)節(jié)緩凝劑HNJ 的用量，調(diào)節(jié)堵劑的初凝時(shí)間。

2 泡沫類(lèi)堵水劑

泡沫具有遇油消泡、遇水穩(wěn)定、對(duì)儲(chǔ)層傷害較小的特點(diǎn)，同時(shí)它還是一種性能優(yōu)良的表面活性劑，可以有效降低油水界面張力，被廣泛地用于油田堵水調(diào)剖作業(yè)中。

李亮等[4]通過(guò)對(duì)氮?dú)馀菽{(diào)驅(qū)技術(shù)研究，優(yōu)選出了適用于塔河高溫高鹽油藏的陰離子型發(fā)泡劑。該發(fā)泡劑在礦化度200 000 mg/L、溫度130 ℃、老化15 d 的條件下，泡沫半衰期還能維持15 min，穩(wěn)定性能顯著。在巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中，探究油井含水率對(duì)采收率的影響，得出當(dāng)生產(chǎn)井含水率在80%～90%時(shí)，采收率最高；通過(guò)在不同滲漏率的填砂管測(cè)試氮?dú)馀菽⑷肓?、注入方式?duì)油藏采收率的影響，得出當(dāng)?shù)獨(dú)馀菽淖⑷肓渴堑貙涌偪紫扼w積的一半時(shí)，采收率最好；采用段塞方式注入的采收率要比連續(xù)注入方式的采收率高。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中，也取得了很好的成果，原油的含水率比原來(lái)下降10%，產(chǎn)油量比原來(lái)增加5%。

李翔等[5]通過(guò)對(duì)渤海油田使用的SD 型起泡劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，優(yōu)選出SD 的最佳使用濃度；在滲透率為500×10-3μm2、原油黏度小于100 mPa·s 的油藏條件下，配方1.0%SD 型起泡劑+0.1%聚合物的泡沫堵劑體系，能夠很好的降低生產(chǎn)井的含水率。

針對(duì)渤海油藏以高滲層砂巖為主、儲(chǔ)層孔喉尺寸較大的特點(diǎn)、張?jiān)茖毜萚6]研發(fā)由起泡劑、穩(wěn)定劑（SiO2納米顆粒）、氮?dú)饨M成的三相泡沫堵劑體系。穩(wěn)泡劑的加入可以增加泡沫的厚度，從而增加泡沫的穩(wěn)定性。探究了起泡劑、穩(wěn)定劑的濃度對(duì)泡沫的起泡體積，析液半衰期、泡沫半衰期的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，當(dāng)起泡劑（FASD）濃度為0.4%、穩(wěn)泡劑濃度為0.3%，泡沫的各項(xiàng)性能最優(yōu)。同時(shí)考察了注入時(shí)機(jī)，原油黏度對(duì)泡沫堵水的影響。結(jié)果表明，油井含水率越高，泡沫堵水對(duì)高滲透層分流越好。原油黏度對(duì)泡沫堵劑的影響較大，這是因?yàn)楫?dāng)原油黏度較高時(shí)，重?zé)N和非烴物質(zhì)組分含量較高，會(huì)降低起泡劑的含量，使泡沫穩(wěn)定性下降。因此該堵劑體系適用于高含水高滲透、原油黏度較小的油藏。

邱紅兵[7]研制出一種適用于曙光油田一區(qū)稠油古潛山油藏的高溫三相泡沫調(diào)剖體系。通過(guò)在油藏13938 區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，在2006-2008 年三年的時(shí)間里，區(qū)塊油井累計(jì)增油9 653 t，含水率下降14.5%。

陳啟斌等[8]用發(fā)泡劑十二烷基苯磺酸鈉、交聯(lián)劑醋酸鉻、高分子聚合物聚丙烯酰胺制備了一種泡沫凝膠體系，這種體系具有用液量少、價(jià)格低廉、濾失量小、對(duì)儲(chǔ)層傷害小等優(yōu)點(diǎn)。探究了聚丙烯酰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)泡沫凝膠質(zhì)量的影響；氣體流量對(duì)泡沫尺寸的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著聚丙烯酰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，泡沫凝膠的質(zhì)量值在增大，當(dāng)氣體流量控制在60 mL/min泡沫凝膠的平均尺寸能達(dá)到0.72，在實(shí)際應(yīng)用中可以通過(guò)調(diào)節(jié)聚丙烯酰胺和氣體流速和控制泡沫凝膠的質(zhì)量和尺寸。

3 樹(shù)脂型堵水劑

樹(shù)脂型堵劑是指樹(shù)脂與固化劑反應(yīng)生成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。油田常用的樹(shù)脂是酚醛樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂。通常油田在施工時(shí)，將熱固性樹(shù)脂與固化劑混合后同時(shí)注入地層，樹(shù)脂在固化劑和地層高溫的條件作用下，又可固化成具有高強(qiáng)度的堵水劑，將高滲透層堵住。樹(shù)脂類(lèi)堵劑因?yàn)槠鋬?yōu)良的性能，室溫下，黏度較低，易注入，固化后又可形成具有高強(qiáng)度、高韌性和耐腐蝕性，能夠很好的封堵滲透率較大孔隙、裂縫、孔洞，被廣泛應(yīng)用于油田堵水作業(yè)中。

楊彪等[9]以環(huán)氧樹(shù)脂作為封竄劑主劑，縮水甘油丁醚為稀釋劑、TEA 為固化劑、硅烷偶聯(lián)劑KH-560 為增強(qiáng)劑，制備一種環(huán)氧樹(shù)脂液體膠塞封竄堵劑體系。這種堵劑體系在室溫下是液態(tài)，有較好的流動(dòng)性，黏度較小，有較好的注入性，在地層高溫和催化劑的作用下，又可固化成具有高強(qiáng)度、高韌性性能的堵劑。通過(guò)考察稀釋劑加量、固化劑加量、KH560 加量對(duì)封竄堵劑的成膠時(shí)間，成膠強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)縮水甘油丁醚的用量為15%（占環(huán)氧樹(shù)脂總量），固化劑TEA 用量為10%時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂膠塞封竄堵劑的固化時(shí)間為3 h，固化后的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到20 MPa，封堵性能非常優(yōu)良。當(dāng)加入3%～4%（占環(huán)氧樹(shù)脂總量）的增強(qiáng)劑KH-560，環(huán)氧樹(shù)脂膠塞的封竄性能可提高2 倍左右，可見(jiàn)增強(qiáng)劑KH-560 的加入可很好的增強(qiáng)堵劑的封竄能力。

環(huán)氧樹(shù)脂具有收縮率小、良好的黏結(jié)性能和耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，但由于自身黏度過(guò)高，影響了它的使用。張文昌等[10]合成了一種具有特殊結(jié)構(gòu)的酚醛樹(shù)脂作為固化劑，雙酚F 型環(huán)氧樹(shù)脂為主劑、2-乙基-4-甲基范圍咪唑?yàn)榇龠M(jìn)劑，制備了一種低黏度樹(shù)脂堵劑。通過(guò)探究酚醛樹(shù)脂固化劑的加量對(duì)堵劑體系黏度和力學(xué)性質(zhì)的影響，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占體系總質(zhì)量的80%，黏度可降到50 mPa·s 以下；固化后，堵劑在溫度高達(dá)370 ℃時(shí)開(kāi)始分解，具有很好的耐溫性能。促進(jìn)劑2-乙基-4-甲基咪唑的加入可縮短體系的固化時(shí)間，可以通過(guò)調(diào)節(jié)2-乙基-4-甲基咪唑的加量調(diào)節(jié)該體系的固化時(shí)間。正丁醇醚化酚醛-環(huán)氧樹(shù)脂體系具有強(qiáng)度高，壓縮強(qiáng)度可達(dá)130 MPa，熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)良，可以在地層高溫條件下保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。

4 凍膠型堵水劑

凍膠型堵水劑是由聚合物溶液和適當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑制備而成的。常用的聚合物有聚丙烯酰胺、木質(zhì)素磺酸鹽、二元聚合物丙烯酰胺/二丙烯酰胺二甲基丙磺酸等；交聯(lián)劑一般用高價(jià)能與聚合物分子形成的多核輕橋絡(luò)的金屬離子或低分子醛類(lèi)化合物。

焦新萍等[11]研制了一種以聚丙烯酰胺為主劑、乙酸鉻為交聯(lián)劑、木質(zhì)素磺酸鈉作增強(qiáng)劑的延緩型HPAM/Cr 調(diào)剖堵水體系，探究了聚合物用量，交聯(lián)劑用量，木質(zhì)素磺酸鈉用量對(duì)凍膠成膠性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)調(diào)剖劑聚丙烯酰胺用量為0.6%，交聯(lián)劑乙酸鉻用量在0.12%～0.20%，延緩劑用量為0.75%，催化劑用量在0.1%～0.15%時(shí)，該堵劑體系能在30～90 ℃溫度范圍內(nèi)、pH 在4～9 的油藏條件下能很好提高原油的采收率，降低含水率。

田壯壯等[12]從韌性和強(qiáng)度兩方面對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行改性處理，通過(guò)在堿木素-烏洛托品-苯酚體系中加入適量的增韌劑，最終形成兩種具有超高韌性和超高強(qiáng)度的新型堿木素凍膠體系。該體系通過(guò)在西北某油田進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了很好的增產(chǎn)效果，生產(chǎn)井含水率降至原來(lái)的60%左右，日產(chǎn)增油量近2 t。

羧甲基纖維素（CMC）來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，且具有多環(huán)多羥基結(jié)構(gòu)，能很好的改善凍膠的油水選擇性、反應(yīng)活性、耐溫性和抗剪切性。史春華等[13]利用羧甲基纖維素（CMC）為主劑、有機(jī)鉻為交聯(lián)劑、硫代硫酸鈉為添加劑，研制了一種耐溫型堵水劑。探究了溫度、礦化度、凍膠性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度和礦化度對(duì)該凍膠的成膠時(shí)間和穩(wěn)定性有很大的影響，溫度超過(guò)160 ℃時(shí)，凍膠成膠后迅速脫水破膠；礦化度越高，體系的成膠時(shí)間縮短，強(qiáng)度減弱，脫水率升高。

黎慧等[14]研制了專(zhuān)門(mén)針對(duì)常規(guī)凍膠堵劑在高溫高礦化度條件下，穩(wěn)定性能差、溶解時(shí)間長(zhǎng)的適用于海上油田的速溶凍膠堵劑。這種堵劑是由乳液聚合物、單體交聯(lián)劑和穩(wěn)定劑制備而成。研究了溫度，礦化度對(duì)凍膠體系的成膠時(shí)間，成膠強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在溫度130 ℃，礦化度在33 300 mg/L 的條件下，凍膠的成膠時(shí)間可控制在4～10 h，強(qiáng)度等級(jí)可達(dá)到D～H。該凍膠體系還具有很好的溶解性，在溫度30 ℃的條件下，完全溶解時(shí)間只需20 min 左右，在高溫的環(huán)境下，堵劑強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好；在低溫時(shí)，又可快速溶解，具有很好的應(yīng)用前景。

深部調(diào)剖注入劑量大，注入所需時(shí)間較長(zhǎng)，需要堵劑在較長(zhǎng)的時(shí)間下成膠。徐元德等[15]針對(duì)該問(wèn)題研制出了一種緩凝陽(yáng)離子聚合物鉻凍膠堵劑。這種堵劑是由（AM）/丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DAC）二元共聚物、醋酸鉻、鋁凝膠構(gòu)成，其中鋁凝膠為緩凝劑，通過(guò)在體系中加入鋁凝膠，來(lái)調(diào)控凍膠體系的成膠時(shí)間?？疾炝嗽搩瞿z體系的耐溫耐鹽性能、注入性、抗剪切性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)溫度在90 ℃、礦化度為1.6×104mg/L的條件下，凍膠的成膠時(shí)間可以控制在55 h，強(qiáng)度可達(dá)到12 Pa，屬于高強(qiáng)度凍膠；成膠液在溫度80～90 ℃時(shí)，黏度不超過(guò)250 mPa·s，具有很好的注入性，在剪切速率100 s-1條件下剪切60 min，凍膠的彈性模量?jī)H降低了14%，具有很好的抗剪切性。在巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中，封堵率可達(dá)96%以上。

5 小結(jié)

顆粒型堵劑價(jià)格低廉、抗溫耐鹽性能顯著，無(wú)論是水驅(qū)還是氣驅(qū)，對(duì)于封堵高滲透大孔道竄流都有很好的效果。但由于是顆粒型堵劑對(duì)地層的封堵沒(méi)有選擇性，容易對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，限制了其使用范圍。樹(shù)脂類(lèi)堵劑固化后強(qiáng)度高，抗溫耐鹽性能顯著、有效期長(zhǎng)，但由于溶液本身黏度過(guò)高，很難注入地層，沒(méi)有選擇性。泡沫類(lèi)堵水劑能有效降低油水界面張力，提高洗油效率，對(duì)地層傷害較小，但泡沫體系的化學(xué)熱穩(wěn)定性較差，穩(wěn)定周期短，很難在油田大范圍使用。凍膠類(lèi)堵劑種類(lèi)繁多，抗剪切性能優(yōu)異，強(qiáng)度高，封堵效果顯著，但由于成本太高，耐溫性較差，限制了凍膠的適用范圍。因此還需進(jìn)一步研發(fā)低成本、耐高溫、穩(wěn)定周期長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境友好型堵劑。