油井选择性堵水技术研究谢水祥 李克华 苑 权 朱忠喜(江汉石油学院化学工程系,荆州434023)摘 要 油井堵水技术分为机械和化学两大类,化学堵水又分为非选择性和选择性堵水,选择性堵水根据其使用溶剂的类型主要分为水基堵水剂、醇基堵水剂和油基堵水剂。
关键词 选择性堵水 化学封堵 堵水剂收稿日期:2002-12-12。
作者简介:谢水祥,在读硕士,研究方向为油气田环境保护。
油井开发中,尤其是开发后期,常会遇到油井出水问题。
由于油井出水,油层能量降低,油层的最终采收率降低。
因此,须及时注意油井出水动向,研究堵水方法,减少出水,提高采收率。
在油井内采用的堵水方法分为机械和化学堵水两大类。
目前,采用较多的是化学堵水,它利用化学作用对水层造成堵塞,这类化学剂品种多,发展快,效果显著。
根据堵水剂对油层和水层的堵塞作用,化学堵水又分为非选择性和选择性堵水,随着生产和环保方面要求的进一步提高,选择性堵水越来越受到油田的青睐,现已开发出许多选择性堵水剂并投入应用112。
1 选择性堵水与选择性堵水剂选择性堵水主要用于不易用封隔器将它与油层分隔开的水层。
选择性堵水剂是利用油和水的差别或油层和水层的差别,达到选择性堵水的目的。
选择性堵水剂的种类较多,根据其使用溶剂类型,可分为水基堵水剂、醇基堵水剂和油基堵水剂,它们分别由水、醇和油作溶剂或分散介质。
1.1 水基堵水剂1.1.1 凝胶类堵水剂凝胶类堵水剂的分散介质是水,一般用于封堵高渗透层,使注水转向含油饱和层。
其具有以下特性122:(1)注入的凝胶大大降低水的相对渗透率,但对油的相对渗透率影响较小;(2)在注水过程中,凝胶选择性地进入高含水层,可停止或减少水流入井内;(3)凝胶具有较高的稳定性,不会因反冲洗而降低有效期;(4)可用简单便宜的方法除去凝胶。
尽管凝胶降低了水的渗透率而没有影响油的渗透率,但产油层仍可能受到伤害。
20世纪80年代,法国石油研究院开始研究相对渗透率改善剂堵水技术132,相对渗透率改善剂(RPM)由高分子水溶性聚合物或弱凝胶组成,是有效并应用较广的系列堵水剂。
高分子水溶性聚合物和弱凝胶有利于降低水的相对渗透率,减少层内矛盾,对油或气体的相对渗透率影响很小。
Whittington L E 等142研制了一种凝胶堵水剂,已用于现场深部封堵。
这种凝胶是用羟丙基纤维素HPC (水溶性聚合物)和十二烷基硫酸钠SDS (表面活性剂)溶液与盐水混合制得,其优点是不需加入铬或铝类的金属盐作引发剂或活化剂,在施工过程中就能在地层中生成凝胶。
使用这种方法,不必对特定的油藏进行处理。
在不同渗透率的地层中进行堵水作业,Mobil Oil 公司提出顺序凝胶的新方法152。
其方法是:(1)制备含有足以生成第一次凝胶的组分的水溶液;(2)使组分不在原地成胶,进入较大渗透层后,进行第一次凝胶;(3)将含有功能性组分的溶液置于第一次凝胶中进行第二次凝胶,制得更耐地层条件的凝胶。
这种方法适用于提高采收率,可应用于注水、注C O 2等采油作业中。
石油大学王富华等162研制开发了一种凝胶颗粒选择性堵水剂JAW,在交联剂存在下使丙烯酸钠、丙烯酰胺、季铵盐单体及抗高温单体进行引发聚合,制得交联聚合物凝胶,机械破碎后在胶体磨中研磨至一定粒度,制得JAW 。
室内评价表明,该堵剂抗温性良好(<130e ),堵水率高(>92%),堵油率低(<8%),具有良好的封堵选择性,可用于油井和水井的深部堵水。
1.1.2 聚合物堵水剂12精 细 石 油 化 工 进 展ADVANCES IN FINE PE TROC HE MICALS 第4卷第1期目前使用的堵水剂中,聚合物占相当大的比例,聚合物只能处理那些油气层和水层分开的井,对于天然气地层孔隙出水,聚合物的效果最好。
1.1.2.1聚丙烯酰胺类堵水剂使用较早的聚合物主要是聚丙烯酰胺类,注入地层后限制出水,而不影响油气产量,是一种廉价的处理方法。
法国Zaitoun A等在传统聚丙烯酰胺堵水的基础上,提出了两种改进的方法172:(1)利用丙烯酰胺/丙烯酸盐共聚物部分水解卷曲分子在高矿化度水中收缩,在低矿化度水中伸展的性质,先将丙烯酰胺/丙烯酸盐共聚物溶入矿化度高于地层水的盐水中,再注入地层。
注入过程中,低矿化度地层水逐渐取代了高矿化度的注入盐水,使聚合物分子伸展,在有效堵塞地层水流动的同时,油气仍可从孔道中央流动;(2)采用非离子型聚丙烯酰胺,并用伸展剂(SA)对吸附的聚合物进行化学处理,使之伸展。
例如采用1%的K2C O3作伸展剂,可使PAM产生适度碱性水解,就地伸展。
Rogoza Z I研制出一种堵水剂182,其组成为:水解聚丙烯酰胺0.3%~ 1.42%(质量分数,下同),铬钾钒0.06%~0.09%,亚硝酸钠0.41%~ 3.00%,氯化铵0.32%~2.35%,水。
配制时各组分按顺序加入,搅拌均匀,组分在地层缝隙中加热到60e以上时,氯化铵与亚硝酸钠反应产生氮气,使原组分在缝隙中体积增大,牢固地留在缝隙中,起到良好的隔水作用。
Maloachosky E等192利用聚丙烯酰胺与Ca2+、Fe3+、Al3+、Cr3+等离子交联,进行聚合物堵水,工艺要求使用部分水解聚丙烯酰胺和Cr3+或Al3+离子,在地下产生稳定交联聚合物和凝胶。
天津大学刘庆普等1102合成了接近国外先进水平的聚丙烯酰胺第三代产品)))W/O型PAM 胶乳,免除了鱼眼堵塞物的产生等,瞬间溶解,现场应用方便。
在此基础上,将W/O型聚丙烯酰胺胶乳转相后,加入改性氨基树脂,在完全互溶的情况下,加入适量交联剂和其他添加剂,充分搅拌,置于不锈钢反应器中,密封,在指定温度下恒温反应24h,制得一种凝胶互穿聚合物网络(IPN)型堵水剂。
模拟油藏物化条件和现场试验证明,该堵水剂对油和水有选择性,抗压强度大,施工时基液粘度小,可携带各种固体填料,温度适应范围宽,成胶时间可调,工艺简单,有效期长,是目前国内性能较好的一种新型堵水剂。
1.1.2.2聚糖类堵水剂Zaitoun A对HST和聚糖G两种新型聚合物1112进行了研究,HST是乙烯基三聚体,聚糖G 则是由微生物发酵合成的非离子型类似棒状分子的产物。
两种物质均可制成粉剂,比聚丙烯酰胺有更好的稳定性。
1.1.2.3其他聚合物堵水剂前苏联研究人员研制出一种粘弹性聚合物,该粘弹性聚合物具有很高的结构稳定性、低吸附性和密度可调。
其由原油、聚丙烯酰胺水溶液、磁活性物质和多价金属盐组成。
强吸水性树脂是近20年开发的新型功能高分子材料,其研究、生产与应用发展迅速。
胡三清等1122以丙烯酸、丙烯酰胺等为主要原料,采用乙烯基有机硅交联剂,制备出一种新型的超强吸水性树脂JAR,在石油开发采油过程中用于封堵高渗透层、大孔道水层,取得了很好的应用效果。
1.1.3有机硅堵水剂为解决地层水和注入水矿化度低及寒冷条件下的堵水问题,常用的选择性封堵地层水的方法是向地层注元素有机化合物,但这类化合物毒性大,侵蚀性强。
前苏联研究人员研制出一种以有机硅化合物为基础的选择性堵水材料,其组成为聚苯基乙氧基硅氧烷或硅酸乙酯和催化剂。
催化剂是乙基硅酸钠含水乙醇溶液或甲基硅酸钠含水乙醇溶液。
1.2醇基堵水剂为了探索用于地层温度高、油层渗透率低的深井的隔离液及在不提升井下设备条件下选择性封堵油层含水带的可能性,前苏联研究人员在实验研究的基础上,研制出一种封堵材料。
其组分主要是水溶性聚合物和硅酸钠含水乙醇溶液。
1.3油基堵水剂吉林石油集团公司钻采院马青庄等1132研制出一种油基凝胶选择性堵水剂,该堵水剂由柴油、两性聚合物、交联剂SCI、O/W型表面活性剂PO、增稠剂B CI等组成。
整个体系在高压下泵入油井地层后,进入油流孔道的堵水剂,由于油流孔道含油饱和度较高,含水率相对较低,聚合物难以水解和交联,不会形成凝胶,对油流不产生阻碍作用,132003年1月谢水祥等.油井选择性堵水技术研究堵水剂可随油流采出;进入水流孔道的堵水剂将与地层水相混合,聚合物充分水解和交联,形成强度很高的凝胶,对水流孔道产生牢固地封堵。
近几年,国内外一些油田开展了活性稠油堵水技术研究,即在具有一定粘度的稠油中加入W/O 型乳化剂。
活性稠油进入地层后,遇水能在较低搅动强度下形成稳定的W/O 型乳状液,粘度增加,阻止地层水向井底流动;遇油则被稀释,粘度下降,流出地层。
因此,它是一种堵水不堵油的选择性堵水剂。
辽河油田勘探局曾丛荣等1142开发出一种新的油井选择性堵水用的活性稠油乳化剂C-911,其由Span 类表面活性剂、聚丙烯酰胺类聚合物及其他添加剂组成的一种复合型乳化剂,外观为淡黄色透明粘稠液体,密度为1.12~1.20g/c m 3,pH 值6~8,凝固点<-17e ,与水形成乳液,溶于甲苯等有机溶剂。
2 结语(1)使用选择性堵水剂堵水,须了解水源出处和水质,才能选择合适的堵水剂。
(2)聚合物作为堵水剂,品种多、用途广,除聚丙烯酰胺外,一批新型聚合物堵水剂已用于试验和现场,并取得了显著的效益。
(3)多官能团新型功能性聚合物堵水剂的研制开发将是今后选择性堵水剂发展的一个重要方向。
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