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CUP油田化学工程复习资料
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1）调剖（Profilt control）：从注水井进行的封堵高渗透层的作业，可以调整注水层段的吸水剖面，称为调剖。
　　2）堵水（water shut-off& 、 Water
plugging）：从油井进行的封堵高渗透层的作业，可减少油井的产水，称为堵水。
1、产水原因：
油层的非均质性和水油流度比不同以及油层开采后压力降低造成边水内侵、底水上锥，注采失调等是注水效率低、油井见水早、含水率上升快、油层水淹、油井产量大幅度下降的根源。
油井出水严重影响油井生产的经济效果，使经济效果好的井降为无工业价值的井。
　　1、产水危害：&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
油井出水后：
　　1）使非胶结性储油层结构破坏，造成油井出砂；
　　2）增加了液体比重，井底回压增加，使自喷井丧失自喷能力转入机械抽油；
　　3）腐蚀井下设备，造成严重的油井事故；
　　4）消耗地层能量，降低抽油泵的工作效率，影响油井产量;
5)增加地面脱水的费用，并使整个生产工艺复杂化。
堵水方法：机械堵（卡）水---下封隔器，分层开采
&&&化学堵水---分选择性和非选择性&&&&&
堵水施工：分永久堵和暂时堵
1、机械堵水：采用机械方法或纯物理作用封堵水层。即用封隔器将出水层段在井筒内卡开，从而阻止水
流入井内。
2、化学堵水：　利用化学方法和化学药剂，用化学反应产物封堵水层（或油层）的方法。
１）、选择性堵水：
在油井地层中的化学堵水，能明显地降低出水量，而不严重影响出油量。
　　　注意：不能理解为选择性堵水就是绝对的堵水不堵油。
　　２）、非选择性堵水：
在油井地层中能同时封堵油水层的化学堵水。
调剖堵水机理：
&&调剖堵水封堵高渗透层后，在相同配注条件下，注入压力将提高，迫使注入流体进入高含油饱和度的中、低渗透层，提高了注入流体的波及系数，从而提高了原油的采收率。
调剖堵水是不会将大量的油堵在油层内而采不出来的。这是因为堵剂进入的地层，已是强水洗和含油饱和度低的高渗透层，而且堵剂的流度远远低于水的流度，对残余油有更有利的流度比，高渗透层即使有油，也会被堵剂驱出，很少留在封堵区域内。
二、注水井调剖
1、注水井调剖的目的是提高原油采收率。
　　水驱采收率 =
波及系数&洗油效率；
　　波及系数—驱油剂波及到的油层容积与整个含油容积的比值；
　　洗油效率—驱油剂波及到的地层所采出的油量与波及到的地层储量的比值。
调剖是通过封堵高渗透层，提高注入水的波及系数，达到提高采收率的目的。
注水井的调剖剂按3个标准选择：
1）地层温度；
2）地层水矿化度；
&&&&&&&&&&&&&&&&
3）注水井的PI改正值&&&
水玻璃-氯化钙体系是最早应用于油田的双液法调剖剂。
常用的调剖剂：粘土悬浮体、钙土/水泥悬浮液、水膨体悬浮体、铬冻胶、铬冻胶双液法、水玻璃-盐酸、水玻璃-硫酸亚铁、水玻璃-氯化钙、粘土-聚丙烯酰胺、粘土-铬冻胶。
2、调剖剂的分类
按封堵物质分类：凝胶型、树脂型、沉淀型、水膨体型、颗粒分散型、颗粒固结型调剖剂。
按注入工艺分类：单液法调剖剂、双液法调剖剂。
按封堵半径分类：渗滤面调剖剂、近距离地层调剖剂、远距离地层调剖剂。
主要调剖剂的反应机理：
1、铬（锆）凝胶调剖剂
　铬（锆）凝胶调剖剂是以Cr3+（Zr4+）离子为交联剂的单液法调剖剂，通过生成铬（锆）的多核羟桥络离子，再与部分水解聚丙烯酰胺中的-COO-基发生交联反应，生成具有网状结构的铬（锆）凝胶。
2、硅酸凝胶调剖剂
& &&水玻璃（硅酸钠）的分子式为Na2O·mSiO2（式中m为水玻璃的模数，一般水玻璃的模数为1～4。水玻璃的性质随模数而变，模数越小，水玻璃碱性越强，水溶性也越强）。硅酸凝胶由水玻璃与活化剂反应生成。活化剂是指可以使水玻璃变成溶胶，随后再变成凝胶的物质。活化剂有无机活化剂和有机活化剂。
& 3、水膨体型调剖剂
水膨体是一类交联度较高的聚合物凝胶。目前最常使用的水膨体型调剖剂是由丙烯酰胺单体和较高质量分数的N，N’-甲叉基二丙烯酰胺发生共聚，生成的具有网状分子结构的共聚物，经过造粒、干燥、粉碎、筛分制成的固体颗粒。
这种水膨体在水中有较高的溶胀速度。充分溶胀后，其体积可以达到自身体积的数十倍。
　在矿场调剖施工中，可以将水膨体分散在携带介质中注入地层。
　为了抑制水膨体的过快膨胀，使其能够进入高渗透或裂缝性地层，可选用非极性液体（如煤油），半极性液体（如乙醇、异丙醇），电解质溶液（如NaCl水溶液）作携带介质。
4、粘土/水泥调剖剂
粘土-水泥分散体调剖剂由粘土与水泥悬浮于水中配制而成。
这种分散体进入地层后，可在孔隙的喉道部位形成堆积物（滤饼），水泥的水化反应使堆积物固结，用于封堵特高渗透或裂缝性地层。
在粘土-水泥分散体中，粘土和水泥的质量分数一般在6%～20%范围。
此外，也可用碳酸钙-水泥分散体或粉煤灰-水泥分散体作调剖剂。
5、双液法调剖剂
水玻璃-氯化钙体系是最早应用于油田的双液法调剖剂。例如将1%～25%质量分数的Na2O·mSiO2溶液和1%～10%质量分数的CaCl2溶液交替注入地层，在二者之间用清水隔开。二者在地层中扩散后互相接触，快速生成CaO·mSiO2沉淀：
Na2O·mSiO2& + CaCl2 =CaO·mSiO2 +
&同样可以用5%～20%质量分数的碳酸钠溶液和5%～30%质量分数的三氯化铁溶液作为双液法调剖剂：
3Na2CO3+2FeCl3=Fe2（CO3）3 +
Fe2（CO3）3
+3H2O =2Fe（OH）3& +
三、调剖剂实验室研究方法
1、调剖剂反应时间测定方法
　在模拟地层温度下，调剖剂经过物理、化学变化，表征其封堵性能的参数达到最大所经历的时间称为调剖剂反应时间。
对于凝胶型、树脂型调剖剂，表征其封堵性能的参数是粘度，可以用粘度随时间的变化曲线来表达其反应速度。
　对于沉淀型调剖剂，表征其封堵性能的参数是沉淀量，可以用累积沉淀量随时间的变化曲线来表达其反应速度。
2、调剖剂岩心流动试验评价方法
1）、阻力系数评价方法
2）、突破压力梯度测定方法
3）、调剖驱油效率测定方法
4）、堵水率测定方法&&&&&&&&&&&&&&&&&
5）、耐冲刷性能和热稳定性测定方法
调剖井的选定
按区块平均PI（压力指数）改正值和注水井的PI改正值选定。
低于区块平均PI改正值的注水井为调剖井，
高于区块平均PI改正值的注水井为增注井，
在区块平均PI值附近，略高或略低于平均PI值的注水井为不处理井。
2、调剖剂的选择
注水井的调剖剂按3个标准选择：
1）地层温度；
2）地层水矿化度；
3）注水井的PI改正值。
3、调剖剂用量的计算
调剖剂用量=用量系数&注水层厚度&调剖后注水井PI改正值的预定提高值
三、采油井堵水
为了尽可能减小堵水剂对油相渗透率的伤害，除了要求堵水剂具有一定的封堵强度外，还要求堵水剂具有较好的堵水选择性。
因此堵水剂有选择性和非选择性之分。
油井堵水剂：分选择性堵水剂和非选择性堵水剂
1、选择性堵水剂：　
１）、水基
例：部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）---它能显著降低水相渗透率而对油相渗透率影响很小。
　　选堵机理：
HPAM分子上的-CONH2及-COONa影响着该大分子链在其水溶液中的伸展程度和在岩石上的吸附能力；
吸附作用、捕集理论、物理堵塞。
为提高HPAM在高渗透层的选堵能力，可加交联剂。
交联后的HPAM比溶胶HPAM还有一个优点：不容易在返排时返排出来，延长堵水的有效期，延长封堵深度。
缺点：选择能力有所下降；&&&
HPAM堵水施工时注意：
　　注入速度不能超过产水速度
　　注入量适宜
　　注入的初始浓度不易过高（通常mg/L），
再增加浓度直到井口压力达到规定压力为止。
２）、油基（有机硅类）
例：甲硅烷类
该类包括：甲基三氯甲硅烷、二甲基二氯甲硅烷、三甲基氯化甲硅烷、苯基三氯甲硅烷等
甲硅烷堵剂特性：它是单体有机硅化合物，易水解、黏度低、温度适用范围大。
选择性封堵机理
ａ、在地层条件下，甲硅烷与水相互作用缩聚成稠密的带硅氧硅键（-Si-O-Si-）的有机硅聚合物，硅氧硅键的氧根向内，烃根向外，建立岩石表面的憎水效应。
在岩石孔隙表面形成的-Si-O-Si-薄膜具有很好的粘附性；
ｂ、油层中原生水和甲硅烷相互作用生成很薄的聚合物沉淀膜呈憎水性；
ｃ、甲硅烷在任何比例下都溶于石油，油层无水时，甲硅烷可随油流出，不堵油。
３）、醇基
松香二聚物醇溶液
黏度随含量变化，含量增加，黏度增加。
通常含量在40%~50%（重量）为宜，太高则不易注入，太低则堵效不好。
选择堵水机理
ａ、松香二聚物易溶于低分子醇，难溶于水；当其与水相遇，水则溶于醇中，从而降低了松香二聚物在醇中的溶解度，则松香二聚物过饱和析出；
ｂ、松香二聚物软化点较高（大于
100℃
），故它析出后以固态存在，对水层有较高的封堵能力。
２、非选择性堵水剂
对油井的单一水层和高含水层堵水，常用非选择性堵水剂。
可分为以下五类： 水基水泥浆、树脂型、沉淀型、冻胶型、凝胶型
１）、水基水泥浆封堵
& &&常用于堵水的水泥浆有6种：
1）水基水泥
2）油基水泥
3）改性的“索拉”水泥
4）含水蒸汽的气相物质水泥
5）水泥聚合物
6）活性水泥
堵层特点：
主要针对油层下部的高渗透含水层
施工工艺及要求：
水泥浆凝结、固化后封堵了地层孔隙或射孔炮眼。
２）、树脂型堵剂
&液态树脂及固化剂的混合液在可泵送时间内挤注入被封堵层位，在地层条件下，形成一定强度的固态树脂，封堵地层孔隙和射孔炮眼。
树脂型堵剂封堵强度高，可用于长井段厚水层封堵（打一个较长的树脂段塞）
３）、沉淀型堵剂
通过两种（或两种以上）的物质，在 地层条件下反应，生成不溶沉淀物而起堵水作用。
水玻璃-氯化钙双液法堵水
封堵工艺：将堵剂按下列顺序泵送替至井内欲封井段，并挤注入欲封地层内：
水玻璃----惰性隔离液----CaCl2-----惰性隔离液-----&&&
水玻璃-……至堵剂全部挤注完--清水顶替进入已封堵层，反洗至井口不再有堵剂返出为止。每小段水玻璃或CaCl2溶液的用量不超过3方。
４）、冻胶型堵剂
封堵水机理
高分子材料和添加剂的混合物在地层条件下发生交联且高分子材料自身溶胀，形成不溶的冻胶而起堵水作用。
５）、凝胶型堵剂
堵水机理：
低分子溶胶在地层条件下，形成了间隙中充满了液体的空间网格结构的凝胶物，起到堵水作用。
最典型的凝胶：硅酸盐类凝胶
施工工艺：
简便，清理井筒后，将溶胶液挤入欲堵地层后，可根据具体情况，用清水将溶胶在地层内推进一段距离，然后关井候凝。
注意：冻胶与凝胶的区别：
共性：已丧失流动性
冻胶：由高分子材料转变而得
&&&&&&&&&&
凝胶：由低分子溶胶转变而得
2、采油井堵水实施方法
　找水：堵水能否成功主要取决于能否找准产水层，因此堵水施工的第一步骤是找水。目前较为普遍应用的找水方法有测井组合图法、产液剖面法、井温法、碳氧比法、同位素法及抽汲法。
&卡层封堵：对于油水界面清楚，有条件采用机械法封堵产水层的采油井，可以采用设置封隔器、填砂或挤入非选择性堵水剂（如水泥）等方法直接封堵产水层。
调堵设计的基本内容：
处理规模，主要指调堵剂用量。
调堵剂用量=9.8&处理半径&处理层厚度&处理层孔隙度
2、选择调堵剂主体及其浓度
1）选择调堵剂主体的基本根据是：
①地层类型
　　②地层原始渗透率
③与地层水的配伍性
　2）确定调堵剂主体浓度
①据欲调堵层渗透性来确定调堵剂主体浓度
②低分子量的调堵剂材料可用高浓度，高分
子量的调堵剂材料可用低浓度
③调堵剂挤注的初始浓度不宜过高。
　3、选择添加剂
　　交联剂、防腐剂、防垢剂、表面活性剂、除氧剂等
　4、注入速度
　　注入速度主要根据完井方式、地层渗透率来确定。
　5、压力极限
　　注入压力&地层破裂压力，通常注入压力最多相当于地层破裂压力的70%左右。
　6、调堵时机：在含水70~80%为宜。
调堵施工基本步骤：
1、清理井筒：
用酸或防垢剂：清除井筒因射孔和腐蚀而造成的地层孔边堵塞，使调堵剂能顺利地进入欲堵层。
2、注前置液：
用盐水或防垢剂，必要时可加适量黏土稳定剂，清理地层岩石表面残留的过多沥青和胶质，同时对调堵剂起到隔离、保护作用。
3、注调堵剂：
一次或反复多次
4、注顶替液：
用盐水或清水；把调堵剂完全顶替推入调堵层，且将残留调堵剂反洗出井。
5、关井候凝（通常1~3天）
1、调剖：是指从注水井进行封堵高渗透层，调整注水层段的吸水剖面。
&2、堵水：是指从油井进行封堵高渗透层，减少油井的产水。
&3、突破压力梯度：是指当岩心出口端流出第一滴液体时，在岩心两端所施加的压力差与岩心长度的比值。
&4、利用PI决策技术对注水井调剖的意义?
&答：利用PI决策技术可以判断高含水油田整体调剖的必要性；确定需要调剖的具体井号；选择适当的调剖剂类型；计算调剖剂用量；评价调剖施工效果以及确定需重复施工的时机。
&5、利用WI值对油井堵水的意义?
&答：WI值越大，油井水侵速度越快，该井越需要堵水；WI值越大，油井堵水需要堵水剂的强度越大，可为油井堵水选择堵水剂提供依据；WI值越大，油井堵水需要堵水剂量越多，可为油井堵水计算堵水剂用量建立新的方法。
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