油田化学第5章 注水井调剖与油井堵水.ppt

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1、第五章,第二篇 采油化学,注水井调剖与油井堵水,前 言,（1）为什么进行油水井改造？,油水井在生产过程中存在各种问题，影响油田的正常生产。,（2）油水井存在哪些问题？,油井：5个问题，5字概括 水井：3个问题,前 言,（1）砂、（2）蜡、（3）水、（4）稠、（5）低。,（1）出砂（2）吸水剖面不均匀（3）水注不进去,油井问题,水井问题,第一节,注水井调剖,第五章 油水井化学改造,一、什么叫注水井调剖,油层采收率低,驱油体系的波及系数低,驱油体系的洗油效率低,水油流度比,地层非均质性,润湿性,界面张力,吸水能力好,吸水能力差,一、什么叫注水井调剖,油层是不均质的；注入水沿阻力最小的地方前进；高渗

2、透层流动阻力小；由于注入水的冲刷，使油层的 不均质性随着时间的推移而加剧；注入水的波及系数低，采收率低，油井含水上升快。,（含油饱和度低）,含油饱和度高,一、什么叫注水井调剖,一、什么叫注水井调剖,调整注水油层的吸水剖面。,“调剖”含义：,一、什么叫注水井调剖,调整注水油层的吸水剖面。,“调剖”的含义：,从注水井进行封堵高渗透层的工作，从而迫使注入水波及到含油饱和度较高的中、低渗透层，从而起到提高注入水的波及系数和降低油井含水的目的。,“调剖”的目的：,一、什么叫注水井调剖,改善地层非均质性，提高注入水波及系数，从而提高采收率。,注水井调剖提高采收率可视化模拟录像,从19世纪70年代提出，已由

3、单纯的“剖面调整”发展为深部封堵高渗透层。,深部调剖,浅层封堵,一、什么叫注水井调剖,二、调剖技术的分类,（1）单液法调剖：一种工作液（2）双液法调剖：两种工作液,按起作用的工艺分类,1、单液法,向油层注人一种工作液，这种工作液所带的物质或随后变成的物质可封堵高渗透层,流 体,流动性降低,溶液、乳状液、溶胶、悬浮体,凝胶、冻胶、沉淀、固化物,注入过程中,进入地层后,基本原理：,定义：,2、双液法,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：,三、单液法堵剂,调剖剂：又称堵剂，注入地层起封堵作用的物质。,了解堵剂的适应性、

4、了解堵剂的作用机理,1、硫 酸,（1）调剖机理,硫酸先与近井地带的碳酸盐反应，增加了注水井的吸水能力；产生的硫酸钙、硫酸镁将随酸液进入地层，饱和后析出，形成堵塞；由于高渗透层进人的硫酸多，主要堵塞发生在高渗透层。,（2）特点,近井增注，远井调剖。,2、硫酸亚铁,硫酸是增注调剖剂；氢氧化亚铁是一种沉淀，同样可起调剖作用。,（1）调剖机理,（2）特点,近井增注，远井调剖。,3、硅酸凝胶,又名硅酸钠，分子式为Na2OmSiO2 m:模数(即水玻璃中SiO2的物质的量与Na2O 的物质的量之比)。模数一般在14范围。水玻璃的性质随模数而变。模数越小，水玻璃碱性越强，越易溶解。,硅酸凝胶是由水玻璃与活化

5、剂反应生成。,（1）什么是水玻璃？,是指可使水玻璃由先变成溶胶再变成凝胶的物质。常用的活化剂是盐酸。根据盐酸和水玻璃的混合顺序可分为酸性硅酸凝胶和碱性硅酸凝胶。,硅酸凝胶是由水玻璃与活化剂反应生成。,（2）什么是活化剂？,3、硅酸凝胶,酸性硅酸溶胶,酸性硅酸溶胶胶团示意图（假定模数为1）,生成:,胶粒带正电。,酸性硅酸溶胶是由水玻璃加到盐酸中生成。,特点:,碱性硅酸溶胶,碱性硅酸溶胶胶团示意图（假定模数为1）,生成:,胶粒带负电。,碱性硅酸溶胶是将盐酸加到水玻璃中生成。,特点:,4、锆冻胶（实验七）,（1）锆冻胶如何形成？,用Zr4+组成的多核羟桥络离子交联溶液中带COO-的聚合物（如HPAM

6、）生成。Zr4+可来自ZrOCl2或ZrCl4,聚丙烯酰胺的锆冻胶示意图,（2）锆的多核羟桥络离子如何形成？,络合,水解,羟桥作用,多核羟桥络离子形成,进一步水解和羟桥作用,大的无机阳离子,多核羟桥络离子形成,多核羟桥络离子与HPAM交联,5、铬冻胶,（1）铬冻胶如何形成？,用Cr3+组成的多核羟桥络离子交联溶液中带COO-的聚合物（如HPAM）生成。,聚丙烯酰胺的锆冻胶示意图,Q：Cr3+的多核羟桥络离子如何形成？,（2）Cr3+可有哪些来源？,KCr(SO4)2、CrCl3、Cr(NO3)2、Cr(CH3COO)3,由Cr6+（如K2Cr2O7、Na2Cr2O7）用还原剂（如 Na2S2O

7、3、Na2SO3、NaHSO3）还原得到,5、铬冻胶,6、水膨体,水膨体是一类适当交联遇水膨胀而不溶解的聚合物。,6、水膨体,一种聚丙烯酰胺水膨体的膨胀性,6、水膨体,供选用的携带介质有三类：非极性物质（如煤油）半极性物质（如乙醇、异丙醇），电解质溶液（如 NaCl、HCl、CaCl2、FeCl3等）有些是通过去溶剂化和压缩水膨体扩散双电层来抑制膨胀的作用（如NaCl溶液）；有些通过与水膨体中的-COO-反应生成弱亲水能力的基团来抑制水膨体的膨胀（如HCl、CaCl2、FeCl3等溶液）。,7、石灰乳,石灰乳是将氧化钙分散在水中配成的氢氧化钙悬浮体。特点：氢氧化钙的粒径较大（62m左右），特别

8、适合于封堵裂缝性的高渗透层。由于氢氧化钙颗粒不能进入中、低渗透层，因此对中、低渗透层有保护作用。氢氧化钙的溶解度随温度升高而减小，所以可用于封堵高温地层。氢氧化钙可与盐酸反应生成可溶于水的氯化钙，在不需要封堵时，可用盐酸解除。,8、粘土水泥分散体,粘土水泥分散体由粘土与水泥悬浮于水中配成。特点适合于封堵特高渗透地层。粘土与水泥进入地层后，可在孔隙结构的喉部形成滤饼。在滤饼中，水泥的水化反应，使滤饼固结，对特高渗透层产生有效封堵。类似石灰乳中的氢氧化钙，粘土和水泥也不能进入中、低渗透层，所以对中、低渗透层有保护作用。可用常规土酸除去。,四、双液法堵剂,沉淀型双液法堵剂凝胶型双液法堵剂冻胶型双液法

9、堵剂泡沫型双液法堵剂絮凝体型双液法堵剂,1、沉淀型双液法堵剂,指两种工作液相遇后可产生沉淀封堵高渗透层的堵剂。,2、凝胶型双液法堵剂,指两种工作液相遇后可产生凝胶封堵高渗透层的堵剂。,3、冻胶型双液法堵剂,例1 第一工作液HPAM溶液或XC溶液 第二工作液柠檬酸铝溶液例2 第一工作液 HPAM溶液或XC溶液 第二工作液丙酸铬溶液例3 第一工作液溶有Na2 SO3的HPAM溶液或XC溶液 第二工作液溶有 Na2Cr2O7溶液例4 第一工作液HPAM溶液 第二工作液ZrOCl2 溶液,指两种工作液相遇后可产生冻胶封堵高渗透层的堵剂。,4、泡沫型双液法堵剂,可用的起泡剂包括非离子型表面活性剂加聚氧乙

10、烯烷基苯酚醚阴离子型表面活性剂如烷基芳基磺酸盐。可用的气体包括氮气二氧化碳气。,若将起泡剂溶液与气体交替注入地层，就可在地层（主要是高渗透层）中形成泡沫，产生堵剂。,5、絮凝体型双液法堵剂（实验七）,若将粘土悬浮体与HPAM溶液交替注入地层，它们在地层中相通形成絮凝体。这种絮凝体能有效地封堵特高渗透地层。,第二节,油井堵水法,第五章 油水井化学改造,前 言,注入水指进和窜流底水锥进边水,（1）油井出水的主要原因,近井地带窜漏,射孔段太靠近底水底水锥进,水驱指进现象,注水井,生产井,裂缝或高渗通道使油水井单向连通,前 言,消耗地层能量 油井大量出水，造成油井出砂更为严重危害采油设备 加重脱水泵站

11、负担 增加污水处理量,（2）油井出水的危害性,二、油井堵水技术,技术关键：（1）堵水，不堵油（2）堵水层，不堵油层实现方法：（1）非选择性堵水法（2）选择性堵水法,1、非选择性堵水法,（1）适应条件：,适用于封堵单一水层或高含水层,（2）封堵原理：,将堵剂注入目的层，起到封堵作用。,（3）技术关键：,油层和水层能明显分开；堵剂注入目的层。,通过封隔器实现目的层选择,2、选择性堵水法,（1）适应条件：,适用于封堵不易用封隔器将水层与油层分隔开的油井,（2）封堵原理：,堵剂都是利用油与水的差别或油层与水层的差别，达到选择性堵水的目的。,（3）技术关键：,堵剂的选择性。,三、选择性堵水剂,水基堵剂油

12、基堵剂醇基堵剂,如何实现选择性？,l、HPAM（水基）,它优先进人含水饱和度高的地层进入地层的HPAM可通过氢键吸附在由于水冲刷而暴露出来的地层表面HPAM分子中未吸附部分可在水中伸展，减小地层对水的渗透性,HPAM在水中伸展增加水流阻力,HPAM能提供减少油流动阻力的水膜,2、泡沫（水基）,以水作分散介质的泡沫可优先进入出水层；在出水层稳定存在；通过叠加的Jamin效应，封堵来水；油可引起泡沫的破坏，所以进入油层的泡沫不堵塞油层。,3烃基卤代甲硅烷（油基）,烃基卤代甲硅烷可与水反应，生成相应的硅醇。硅醇中的多元醇很易缩聚，生成聚硅醇沉淀，封堵出水层。,4、松香二聚物醇溶液（醇基）,当松香二聚

13、物的醇溶液与水相遇，水即溶于醇中，降低了它对松香二聚物的溶解度，使松香二聚物饱和析出。,5、水包稠油（水基）,这种堵剂是用水包油型乳化剂将稠油乳化在水中配成。因乳状液是水外相，粘度低，所以易进入水层。在水层，乳状液破坏，产生高粘的稠油。水包稠油的乳化剂最好用阳离子型表面活性剂，因为它易吸附在带负电的砂岩表面，引起乳状液的破坏。,四、非选择性堵水剂,1树脂型堵剂 2冻胶型堵剂 3凝胶型堵剂 4.沉淀型堵剂 5分散体型堵剂,1、树脂型堵剂,由低分子物质通过缩聚反应产生不溶不熔高分子物质的堵剂。酚醛树脂脲醛树脂环氧树脂,2、冻胶型堵剂,由聚合物水溶液用交联剂交联所产生的堵剂。铝冻胶铬冻胶锆冻胶钛冻胶

14、醛冻胶,3、凝胶型堵剂,由溶胶胶凝产生的堵剂。使用方法：将硅酸钠溶液和活化剂溶液混合后注入地层；也可将它们分成几个段塞，中间以隔离液隔开，交替他注入水层，让它们进入水层一定距离才混合。硅酸钠与活化剂混合后，首先生成硅酸溶胶，随后转度为硅酸凝胶。,4、沉淀型堵剂,由两种能反应生成沉淀的物质组成。,5、分散体型堵剂,主要是固体分散体。用于封堵特高渗透层。粘土水泥碳酸钙水泥和粉煤灰水泥,第三节,油水井防砂法,第五章 油水井化学改造,前 言,油井出砂：（1）采油层段堵塞；（2）管线和设备堵塞；（3）抽油泵磨损；（4）井壁坍塌，使套管受挤压而变形；水井(主要在洗井或排液时发生):引起水层堵塞。,（1）出

15、砂危害,前 言,化学桥接防砂法化学胶结防砂法人工井壁防砂法滤砂管防砂法绕丝筛管砾石充填防砂法,（2）防砂的方法,一、化学桥接防砂法,由桥接剂将松散的砂在它们接触点处桥接起来，达到防砂的目的。,（1）防砂的原理,一、化学桥接防砂法,桥接剂是指能将松散砂粒在接触点处桥接起来的化学剂。,（2）什么是桥接剂,无机阳离子型聚合物,有机阳离子型聚合物,无机阳离子型聚合物,由铝离子、锆离子组成的多核羟桥络离子,有机阳离子型聚合物,支链上有季铵盐结构的有机阳离子型聚合物,二、化学胶结防砂法,用胶结剂将松散的砂在它们接触点处胶结起来，达到防砂的目的。,（1）防砂的原理,二、化学胶结防砂法,胶结剂是指能将松散砂粒

16、在接触点处胶结起来的化学剂。,（2）什么是桥接剂,冻胶胶结剂：交联剂+HPAM,树脂胶结剂：树脂+固化剂,偶联剂,能使两种材料或分子发生偶合作用的物质。偶合剂和两种材料之间都有较好的亲和力，由此可以改变两种材料之间的界面性能，提高其界面粘合性。,偶合剂,-氨丙基三乙氧基甲硅烷,偶合剂,二、化学胶结防砂法,（3）化学胶结防砂步骤,胶结剂注入,胶结剂固化,地层预处理,增孔液注入,地层的预处理,不同目的的预处理用不同的预处理剂：若要顶替出砂层中的原油，可用盐水。若要除去砂粒表面的油，可用油溶剂处理。油溶剂包括液化石油气，汽油、煤油。若要除去影响胶结剂固化的碳酸盐，可用盐酸。若要为砂准备一个为胶结剂润

17、湿的表面，可用醇或醇醚，如正己醇、乙二醇丁醚。,胶结剂的注入,将胶结剂注到松散砂层，与砂接触。为使胶结剂均匀注入，在注胶结剂前可先注一段塞转向剂。,增孔液的注入,增孔液是将多余胶结剂推至地层深处的液体。要求：增孔液不溶解胶结剂不影响胶结剂固化。,胶结剂的固化,若固化剂在胶结剂注入时已加入，这一步骤是关并侯凝。若固化剂注入时未加入，这一步骤是先注入固化剂再关井侯凝。,三、人工井壁防砂法,在地层的亏空处，做一个由固结的颗粒物质所组成的有足够渗透率的防砂屏障，即人工井壁，用于防砂。,树脂涂敷砂法,四、滤砂管防砂法,这一方法是先向亏空砂层填砂，然后将滤砂管下至出砂层段，即可达到防砂的目的,五、绕丝筛管砾石充填防砂法,先用砂充填亏空砂层，然后将绕丝筛管下至出砂层段，再用携砂液将砾石充填在出砂层段与绕丝筛管之间的空间,绕有不锈钢丝的丝间缝宽 020 3 mm的割缝油管或钻孔油管,粒度中值为砂层砂粒粒度中值56倍的石英砂,