第三章調剖堵水PROFILECONTROLANDWATERSHUTOFF我國調剖、堵水的過去和現在我國十分重視調剖堵水工作。至今，這項工作的發展已經歷了6個階段：第一階段是20世紀60年代，為油井單井堵水階段。第二階段是20世紀70年代，為水井單井調剖階段。第三階段是20世紀80年代前期，為井組的油水井對應調剖堵水階段。第四階段是20世紀80年代后期為區塊整體調剖堵水階段。第五階段是20世紀90年代前期為區塊整體以調剖堵水為中心的綜合治理階段。其中的綜合治理包括注水井增注、油井提液、改變注采井別、調整生產層系和打調整井等。第六階段是20世紀90年代后期至今為區塊整體調剖堵水與驅油的結合階段，即調驅階段。發展了單液法調驅技術和雙液法調驅技術。第一節調剖堵水的基本概念

地層的不均質性使注入水沿高滲透層突入油井。為了提高波及系數，從而提高采收率，必須封堵這些高滲透層。從注水井封堵這些高滲透層時，可調整注水層段的吸水剖面叫調剖。L

從油井封堵這些高滲透層時，可減少油井產水叫堵水。L

二次采油（即注水或注氣）的地層需要調剖堵水，三次采油（即注特殊流體）的地層更需要調剖堵水。第一節調剖堵水的基本概念調剖:調整注水油層的吸水剖面。在注水井中注入化學劑，降低高吸水層的吸水量，從而相應提高注水壓力，達到提高中低滲透層吸水量，改善注水井吸水剖面，提高注入水體積波及系數，改善水驅狀況的工藝技術。油井出水的危害(1）消耗油層能量，降低油層的最終采收率；

a油層能量推動水向采油井前進；

b油井見水后，在縱向和橫向上推進很不均勻，造成油井過早水淹，波及系數降低；

c出水后井內靜水壓頭增大，影響低壓氣層的產氣量，甚至不產氣；

d井底附近含水飽和度升高，降低油氣相對滲透率，引起水堵。(2）降低抽油井的泵效；產水量增加，抽油井做大量無用功降低含水率的重要性油井出水的危害(3）使管線和設備腐蝕和結垢；

a產出水加劇了H2S和CO2的腐蝕作用；

b產出水中離子在地面條件下結垢。(4）脫水負荷加大；

a產水量增加；

b油水乳化。（5）污染環境降低含水率的重要性近井地帶竄漏射孔段太靠近底水—底水錐進水驅指進現象裂縫或高滲通道使油水井單向連通油井出水按水的來源有注入水、邊水、底水、上層水、下層水、夾層水。減少油井出水的辦法注水井調剖油井堵水降低含水率的重要性圖3-1勝坨油田勝二區沙二3層系的生產曲線注入堵劑12500方，增產11900噸原油第二節調剖堵水提高采收率的原理圖3-2勝坨油田勝二區沙二3層系的水驅特征曲線據曲線可計算調剖后水驅采收率可提高3.64%。圖3-3濮城油田沙二上2+3層系的產液含水率與采出程度關系調剖堵水后產液含水率下降，達到極限含水98%時的采收率30%。

極限水驅標定水驅采收率27.68%，調剖后標定水驅采收率29.18%，可提高1.5%。

-封堵高滲透層

-提高注水壓力

-啟動高含油飽和度的中、低滲透層

-提高波及系數

堵水調剖提高采收率的原因與機理：采收率提高了第三節調剖堵水劑一、堵劑的定義堵劑是指注入地層能起封堵作用的物質。從水井注入地層的堵劑叫調剖劑。從油井注入地層的堵劑叫堵水劑。調剖劑和堵水劑都屬堵劑。堵劑調剖劑－從水井注入的堵水劑－從油井注入的二、堵劑的分類

可按不同的標準對堵劑進行分類：若按注入工藝，可分為單液法堵劑（如鉻凍膠)和雙液法堵劑（如水玻璃-氯化鈣雙液法堵劑）。前者是指調剖堵水時只需向地層注入一種工作液；后者是指調剖堵水時需向地層注入兩種工作液。若按堵劑封堵的距離，可分為滲濾面堵劑（如水膨體）、近井地帶堵劑（如硅酸凝膠、硫酸和樹脂等）和遠井地帶堵劑（如凍膠的膠態分散體，colloidaldispersiongel,CDG）。若按使用條件，可分為高滲透層堵劑（如粘土-水泥固化體系）、低滲透層堵劑（如硫酸亞鐵），高溫高礦化度地層堵劑（如各種無機堵劑）。若按配堵劑時所用的溶劑或分散介質，可分為水基堵劑（如鉻凍膠）、油基堵劑（如油基水泥）和醇基堵劑（如松香二聚物醇溶液）。若按對油和水或出油層和出水層的選擇性，可分為選擇性堵劑（如泡沫）和非選擇性堵劑（如粘土-水泥固化體系）。但是由于地層中的高含水層是高滲透層，因而是低注入阻力層，所以注入的非選擇性堵劑，主要進入高含水層，起選擇性封堵作用。二、堵劑的分類三、重要的堵劑1、鉻凍膠（成凍體系）在w(HPAM)為6×10-3溶液中加入重鉻酸鈉和亞硫酸鈉，直至w(Na2Cr2O7)為9.0×10-4和w(Na2SO3)為1.6×10-3配成。

2、硅酸凝膠（膠凝體系）在w(HCl)為0.10的溶液中加入w(Na2O.mSiO2)為0.15的溶液，直至pH為2配成。3、鈣土-水泥體系（固化體系）在w(鈣土)為0.08的懸浮體中加入水泥，直至w(水泥)為0.08配成。4、水玻璃-氯化鈣雙液法堵劑（沉淀體系）交替注入w(Na2O.mSiO2)為0.10的溶液和w(CaCl2)為0.08溶液，中以隔離液(如水)隔開。5、水玻璃-鹽酸雙液法堵劑（增注調剖體系）交替注入w(Na2O.mSiO2)為0.10溶液和w(HCl)為0.05的溶液，中以隔離液(如水)隔開。 其它堵劑參見“油田化學”有關章節6、鈣土-碳酸鈉雙液法堵劑（活化體系）交替注入w(鈣土)為0.20的懸浮體和w(Na2CO3)為0.08的溶液，中以隔離液(如水)隔開。7、鈣土-聚丙烯酰胺雙液法堵劑（絮凝體系）交替注入w(鈣土)為0.20的懸浮體和w(HPAM)為1×10-3的溶液，中以隔離液(如水)隔開。8、鈣土-水玻璃雙液法堵劑（固化體系）交替注入w(鈣土)為0.20的懸浮體和w(Na2O.mSiO2)為0.20的溶液，中以隔離液(如水)隔開。第四節壓力指數值（PI）一、注水井井口壓降曲線注水井井口壓降曲線－關井后測得的井口壓力隨時間的變化曲線壓力指數(pressureindex,PI)值是由注水井井口壓降曲線和PI

值的定義求出的用于調剖堵水決策的重要參數。Ⅰ型迅速下降；Ⅱ型先迅速下降后緩慢下降；Ⅲ型是緩慢下降。圖3-4注水井井口壓降曲線類型二、PI值圖3-5由注水井井口壓降曲線計算PI——注水井的壓力指數；

p(t)——注水井井口壓力隨關井時間t變化的函數。

t——關井時間。通常為90分鐘三、PI值與地層及流體物性參數的關系PI與k反相關，與h成反比，與q成正比，與μ正相關。q－注水井日注量；μ－流體粘度；k－地層滲透率；h－地層厚度；

re－注水井控制半徑；φ－地層孔隙度；C－綜合壓縮系數；t－關井時間。四、PI值的改正值將PI改正值作為堵水調剖的決策參數－單因素決策;還有多因素決策方法－RE決策為使注水井的PI值可與區塊中其它注水井的PI值相比較，應將各注水井的PI值改正至相同的條件下。由式（3-2）可以看到，若將PI值改正至相同的q/h值（可選區塊注水井的q/h平均值或其就近的歸整值）下，PI值就直接與地層滲透率反相關，因此，可將此PI值的改正值（簡稱PI值改正值）作為調剖堵水的決策參數。

第五節適合堵水調剖區塊的篩選標準一般來說，平均PI值低于10MPa；PI極差超過5MPa的區塊就需要調剖堵水。一、區塊注水井的平均PI值低

區塊注水井平均PI值越低，地層滲透率越高，高滲透層（或裂縫）存在的可能性越大，就越需要調剖堵水。從統計得到，區塊注水井平均PI值低于10MPa的區塊均需要調剖堵水。

二、區塊注水井的PI值極差大

PI值極差是指區塊注入井PI

值的最大值與最小值之差，其值越大，地層越不均質，越需要調剖堵水。從統計得到，PI值極差超過5MPa的區塊就需要調剖堵水。

第五節適合堵水調剖區塊的篩選標準按區塊平均PI值和水井的PI值選定①低于區塊平均PI值的水井為調剖井②高于區塊平均PI值的水井為增注井；③在區塊平均PI值附近，略高或略低于平均PI值的注水井為不處理井。該區塊需要調剖堵水調剖井增注井不處理井第六節堵水調剖存在的問題一、堵劑使用數量的限制

堵劑使用的數量限度是指由投入產出比的合理值所決定的堵劑的最大用量。圖3-7平板模型多次注入堵劑的采油曲線圖3-8單位堵劑增產油量與高滲區封堵率的關系在開始進行的調剖中，單位體積堵劑增產油量增加，但當調剖的次數超過一定限度時，單位體積堵劑增產油量減少，說明對應著投入產出比的合理值，堵劑的使用必然存在一個數量限度。為了突破這個限度，人們在降低堵劑成本、合理組合堵劑、把握堵劑注入時機、延長堵劑有效期和提高堵劑的整體效果上做了大量的工作。高滲區封堵率的增加-多輪次調剖。二、堵劑起作用的機理限制

采收率=波及系數×洗油效率可以看到，采收率的提高有兩個機理，一個是提高波及系數機理，另一個是提高洗油效率機理。

堵劑只能通過提高波及系數機理起提高采收率的作用，這就是堵劑起作用的機理限度。

二、堵劑起作用的機理限制為了突破這個堵劑起作用的機理限度，目前研究了一種將調剖堵水與三次采油結合起來的技術，叫“2+3”提高采收率技術。該技術要求對區塊上的注水地層充分調剖堵水，最大限度地提高注入水的波及系數，發揮二次采油的作用，在此基礎上進行有限度的三次采油，注入少量含堿和(或)含表面活性劑的驅油劑，提高洗油效率，補充堵劑作用機理的不足，達到以最小投入得到最大產出的目的。第七節調剖堵水技術的現狀與進展

一、多輪次堵水調剖技術二、調驅一體化與區塊整體綜合治理技術三、稠油熱采井調剖封竄技術

四、裂縫性油藏堵水調剖技術五、疏松砂巖防砂堵水一體化工藝技術六、非均質大厚層選擇性堵水與酸化一體化技術七、聚合物驅等后續堵水調剖與提高采收率技術

八、深部調剖液流轉向劑第七節調剖堵水技術的現狀與進展調剖應多輪次進行，即通過多輪次調剖，先后將調剖劑放置在離井眼不同距離的深部。為將調剖劑放置在離井眼不同距離的“深部”，必須改變每一輪次的調剖劑配方。因不同配方調剖劑有不同的突破壓力梯度，它將滯留在地層中與之相等壓力梯度的位置，起調剖作用，取得最好的調剖效果。第七節調剖堵水技術的現狀與進展區塊整體調剖是指在區塊整體上選擇需調剖的注水井（不是全部注水井），向這些井的高滲透層注入調剖劑，控制注入水在高滲透網絡中的無效流動，從區塊整體上提高水驅的波及系數，大幅度地提高水驅采收率。區塊整體調剖有單井孤立調剖所沒有的規模效應或稱整體效應。第七節調剖堵水技術的現狀與進展近年來在深部調剖液流轉向劑研究與應用方面取得了許多新進展,形成包括弱凝膠、膠態分散凝膠(CDG)、體膨顆粒、柔性顆粒等多套深部調剖技術,為我國高含水油田改善水驅開發效果、提高采收率發揮著重要作用。僅中國石油天然氣股份有限公司(中國石油)所屬油田近年來的調剖堵水作業每年就達到了2500～3000井次的規模,增產原油超過50萬t/a。目前,我國油田堵水調剖的綜合技術水平處于國際領先地位。交聯聚合物弱凝膠深部調驅技術膠態分散凝膠調驅技術體膨顆粒深部調剖(調驅)技術含油污泥深部調剖技術微生物深部調剖技術無機凝膠涂層深部調剖技術精細化學調剖技術組合調剖技術第七節調剖堵水技術的現狀與進展交聯聚合物弱凝膠深部調驅技術

弱凝膠也被稱為“流動凝膠”。這里所謂的“流動”是指弱凝膠在試管內呈現流動狀態,弱凝膠主要由聚合物和交聯劑兩部分組成,以整體形式存在,交聯狀態為分子間交聯。一般選擇高分子量聚丙烯酰胺作為交聯主劑,濃度一般為800～3000mg/L。交聯劑主要有樹脂、二醛和多價金屬離子類等。美國使用最多的是乙酸鉻、檸檬酸鋁和乙二醛。我國應用較多的為酚醛復合體、樹脂預聚體、乙酸鉻、乳酸鉻、檸檬酸鋁等。形成的凝膠強度通常在0.1～2.5Pa,現場應用則根據地層及生產狀況選擇凝膠強度。弱凝膠在地層中的封堵是動態的,凝膠在一定條件下可運移,使其具有深部調驅雙重作用。多不抗鹽,一般不適宜礦化度100000mg/L以上、溫度90℃以上的低滲地層的深部調剖作業最早應用弱凝膠深部調驅技術的是勝利油田,1992年采用HPAM/乙酸鉻體系在孤東油田西區進行了3個井組處理,共注入調剖劑15.5萬m3,采用3000mg/LHPAM和500mg/L乙酸鉻體系,調剖后注水井的注水壓力平均上升了3MPa左右,累計增油9800t。遼河茨榆坨龍11區塊是弱凝膠整體深部調剖效果最好的區塊,油藏埋深1550～1700m,溫度50～60℃,礦化度2200mg/L,平均孔隙度20%,滲透率為1.13D。1999年采用1000～1500mg/L的HPAM、400～500mg/L的酚醛復合交聯體系進行了6個井組的整體調剖作業,共注入調剖劑12000m3,處理后注水壓力上升0.6～2MPa左右,累計增油30000t,水驅開發效果顯著改善,有效期長達3年多。交聯聚合物弱凝膠深部調驅技術

膠態分散凝膠調驅技術膠態分散凝膠(亦稱CDG)為聚合物和交聯劑形成的非網絡結構的分子內交聯凝膠體系。CDG體系中聚合物濃度可低至100mg/L,交聯劑一般是多價金屬離子,如檸檬酸鋁、乙酸鉻等。中國科學院化學研究所、中國石油勘探開發研究院采收率所、大慶油田等對該技術進行了大量的研究,并在大慶、河南等油田進行了多項先導性現場試驗,但使用的聚合物濃度大多在800～1500mg/L,顯然這不是真正意義上的CDG驅。這些試驗大多沒有取得理想的效果。加之CDG耐溫耐鹽性能差,成膠條件苛刻,封堵程度低,目前國內外對該技術的研究與應用都幾乎處于停止狀態。體膨顆粒深部調剖(調驅)技術體膨顆粒調剖是近幾年發展起來的一種新型深部調剖技術,主要是針對非均質性強、高含水、大孔道發育的油田深部調剖、改善水驅開發效果而研發的創新技術。體膨顆粒遇油體積不變而吸水體膨變軟,在外力作用下可發生變形運移到地層深部,在高滲層或大孔道中產生流動阻力,使后續注入水分流轉向,有效改變地層深部長期水驅形成定勢的壓力場和流線場,達到實現深部調剖、提高波及體積、改善水驅開發效果的目的。據對大慶、大港、中原等油田的不完全統計,在355個井組現場試驗中,累計增油46.73萬t,經濟效益達6.57億元,平均投入產出比1∶4.8,取得了良好的社會和經濟效益。含油污泥深部調剖技術含油污泥是原油脫水處理過程中伴生的工業垃圾,主要成分是水、泥質、膠質瀝青和蠟質。作為調剖劑,與其他化學調剖劑相比,含油污泥具有良好的抗鹽、抗高溫、抗剪切性能。含油污泥調剖的基本原理是:在含油污泥中加入適量添加劑,調配成黏稠的微米級的油/水型乳化懸浮液,當乳化懸浮液在地層達到一定的深度后,受地層水沖釋的作用,乳化懸浮體系分解,其中的泥質吸附膠質瀝青和蠟質,并通過它們的黏聯聚集形成較大粒徑的“團粒結構”沉降在大孔道中,使大孔道通徑變小,增加了注入水的滲流阻力,迫使注入水改變滲流方向,從而達到提高注入水波及體積、改善注水開發效果的目的。該技術適用于縱向上滲透率差異大、有高吸水層段、啟動壓力低的注水井。在江漢、勝利老河口、遼河、河南、長慶等油田現場應用均取得了良好的效果,但受原料產地、產量限制,不易在其他油田推廣。微生物深部調剖技術工作原理：把能夠產生生物聚合物的細菌注入地層,在地層中游離的細菌被吸附在巖石孔道表面后,開始形成附著的菌群;隨著營養液的輸入,細菌細胞在高滲透條帶大量繁殖,繁殖的菌體細胞及細菌產生的生物聚合物等黏附在孔隙巖石表面,形成較大體積的菌團,后續有機和無機營養物的充足供給,使細菌及其代謝產出的生物聚合物急劇擴張,孔隙越大,細菌和營養物積聚滯留量越多,形成的生物團塊越大。細菌的大量增殖及其代謝產出的生物聚合物在大孔道滯留部位的迅速聚集,對高滲透條帶起到較好的選擇性封堵、降低吸水量的作用,使水流轉向增加中、低滲透部位吸水量,從而擴大波及區域、提高原油采收率。南開大學在大港油田先后進行了5口井的試驗,取得了很好的效果。并在勝利油田、遼河油田分別進行了室內評價及井下試驗,均取得預期效果。最近大慶油田勘探研究院應用現代分子生物學方法研究油層本源微生物技術取得重大進展,在第三采油廠開展微生物調剖礦場試驗獲得成功,微生物處理后改善了吸水剖面,取得了壓力上升、含水下降、增油多于1300t的效果,投入產出比達1∶9。無機凝膠涂層深部調剖技術針對：地層溫度高、地層水礦化度高的油藏原理:該調剖劑與油藏高礦化度地層水反應形成與地層水密度相當的無機凝膠,通過吸附涂層,在巖石骨架表面逐漸結垢形成無機凝膠涂層,使地層流動通道逐漸變窄形成流動阻力,從而使地層流體轉向,擴大波及體積。應用：2006年3月,利用該技術在塔里木輪南油田LN203井進行的現場試驗中獲得了成功,共注5%的調剖液3800m3,處理后注水壓力升高、吸水剖面明顯改善,并初步獲得了增油降水效果。精細化學調剖技術

原理：精細化學調剖技術是以精細地質研究成果為依據,根據注水井內縱向上高吸水層的具體分布特點進行有針對性的化學調剖,從而實現吸水剖面的精細調整,達到挖掘各類油層剩余油目的的化學調剖技術方法。根據大慶油田的相關試驗,通過精細化學調剖,提高了機械分層注水井中縱向上高吸水層附近的薄、差層的吸水動用程度;對層內各部位吸水狀況存在較大差異的地層,調剖后,層內吸水剖面得到了明顯調整;油層儲量動用程度得到較大提高。組合調剖(調驅)技術

存在大孔道或裂縫的水驅油藏：采取弱凝膠與體膨凝膠顆粒的技術組合，大港油田應用該技術組合進行了100多井組的現場試驗,取得了較好的效果存在高滲、大孔道的聚合物驅厚油藏：采取聚合物+體膨顆粒調驅技術組合，大慶油田部分聚驅井采出水分析,注入聚合物濃度為2000～3000mg/L的井組產出污水中聚合物濃度高達1000mg/L以上。在聚合物驅體系中加入適量的體膨顆粒,有效地改善了上述情況,體膨顆粒在大孔道中形成堵塞,使流動阻力增加,通道滲流能力降低,限制聚合物溶液流動,從而轉向進入相對低滲透層帶,既減少了聚合物溶液竄流,又提高了聚驅效果。

第八節選井原則、效果評定選井選堵劑施工工藝效果評價油井堵水選井原則：（1）單層厚度大，一般大于5米；（2）層間滲透率差異較大，優先選擇滲透率級差大于2的油井；（3）優先選擇縱向水淹不均勻，尚有增產潛力的油井；（4）油井的出水層位必須清楚；（5）油井固井質量好，沒有竄槽；（6）優先選擇水井調剖后的對應油井。水井調剖選井原則：（1）綜合含水高，采出程度低，剩余油飽和度高區塊的注水井；（2）與油井連通性較好的注水井；（3）吸水和注水狀況良好的注水井；（4）吸水剖面縱向上差異大的水井；（5）固井質量好，無竄槽或層間竄漏的注水井。調剖劑的選擇原則：

（1）封堵強度要高，必須滿足多輪次調剖井對強度的要求，保證對高滲透層和大孔道實施有效的封堵，以保證較長的有效期；（2）可泵性好，粘度和成膠或者固化時間必須滿足注入泵和施工時間的要求，保證調剖劑進入足夠的地層深度和調剖作業的順利進行；（3）穩定性好，調剖液不能出現嚴重的分層和沉淀，在地層溫度下分解和降解慢，化學穩定性好；（4）與地層流體配伍性好，與地層水和原油不發生有礙調剖效果和開采的化學反應;

（5）適應性好，調剖劑性能適應于地層的礦化度、溫度和pH值范圍；

（6）調剖劑的粒徑范圍和級配與調剖地層的匹配性好，保證不在地層表面形成濾餅，即能在大孔道喉道處形成橋堵，又能進入地層深部，起到深部調剖的作用。