第40卷 金属材料与冶金工程 Vol40 2012年10月 METAL MATERIALS AND METALLURGY ENGINEERING Oct 2012 国内油田调剖技术研究进展 赵娟12,康晓东12,张健 (深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿,广东韶关512325) 摘要:油水井堵水调剖是严重非均质油藏控水稳油、提高水驱效率的重要技术手段。综述了国内油田 常用调剖剂的研究现状,调剖剂主要分为7类:冻胶类、凝胶类、微球类、颗粒类、沉淀类、泡沫类和微 生物类。对这7类调剖剂的优缺点、适用范围和相对成本做出总结。并且结合国内油田实际状况对调剖剂 的研究及发展提出了建议,指出了今后调剖技术的发展趋势 关键词:堵水调剖;调剖剂;研究现状;发展趋势 我国十分重视调剖工作,自1957年玉门油了许多进展,主要包括以下7个方面。 田开始进行油井堵水的探索和研究,至今已近1.1冻胶类调剖剂 50年的历史。研究历次全国会议的有关文献 胶类调剖剂悶是聚合物冻胶类堵剂是目前 根据调剖的放置区域大致分为注水井单井调剖、国外使用最多、应用最广的一类堵剂,由聚合 井组区块调剖、油藏整体调剖23个阶段。90年物溶液和适当的交联剂形成具有空间网状结构 代开展区块调剖,代表技术有三个:PI决策技的物质而成的。可用的聚合物包括合成聚合物 术、RE决策技术和RS决策技术13。90年代后天然改性聚合物、生物聚合物等,它们的共同 期,石油大学(华东)赵福麟教授提出了在充特点是溶于水,在水中有优良的增粘性,线性 分调剖的基础上进行有限度三次采油的“2+3”大分子链上都有极性基团,能与多价金属离子 技术间,同时有学者提出调驱概念。2000年至或有机基团反应,生成体型交联产物一冻胶, 今,以调驱为名的注水井大剂量深部调剖,见形成冻胶后,粘度大幅度增加,丧失流动性 到了一定效果。最近提出了高含水油田深部液交联剂可用高价金属离子形成的多核羟桥络离 流转向技术,这一概念在理论上比调驱概念更子或低分子醛类化合物等。施工时,若近井地 严谨,在实践上目标更明确。该技术是介于调带调剖,可将高分子溶液和交联剂混合后注入 剖和聚合物驱之间的改善地层深部液流方向、地层;若远井地带调剖,可将它们分成几个段 扩大水驱波及体积的新技术,其投入成本远远塞,中间以隔离液隔开,交替地注人地层,让 低于聚合物驱,尤其适合非均质油藏中高含水它们进入水层一定距离后才混合交联成冻胶。 时期来改善水驱和聚驱开发效果。纵观调剖技目前大量使用的冻胶型调剖体系都是以部分水 术的历程,可以清楚地看到,是油田开发的现解聚丙烯酰胺(HPAM)为主剂,以Cr、A3、 时需要推动了调剖技术的发展。 酚醛树脂、苯酚以及间苯二酚等为交联剂的体 系。这些体系都属于交联强度较高的调剖体系, 1调剖剂 在油层相对较高的盐水矿化度(>80000mg/L) 和温度较高(高于90℃)的条件下,由于聚合 近年来,在调剖剂方面的研究与应用取得物的热降解、盐降解和金属离子降解使得体系 基金项目:973课题:海底资源开采的关键力学问题研究。 作者简介:赵娟(1985-),2010年7月毕业于中国石油大学(华东),油气田开发工程硕士,现就职于中海油 研究总院,采油工程师,主要从事采油与油田化学相关专业的研究。E-mail:zhaojuanupc@163.com。 21994-2015ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
国内油田调剖技术研究进展 摘 要： 油水井堵水调剖是严重非均质油藏控水稳油、 提高水驱效率的重要技术手段。 综述了国内油田 常用调剖剂的研究现状， 调剖剂主要分为 7 类： 冻胶类、 凝胶类、 微球类、 颗粒类、 沉淀类、 泡沫类和微 生物类。 对这 7 类调剖剂的优缺点、 适用范围和相对成本做出总结。 并且结合国内油田实际状况对调剖剂 的研究及发展提出了建议， 指出了今后调剖技术的发展趋势。 关键词： 堵水调剖； 调剖剂； 研究现状； 发展趋势 赵 娟 1，2 ，康晓东 1，2 ，张 健 1，2 （深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿， 广东 韶关 512325） 第 40 卷 2012 年 10 月 Vol.40 Oct 2012 金属材料与冶金工程 METAL MATERIALS AND METALLURGY ENGINEERING 基金项目： 973 课题： 海底资源开采的关键力学问题研究。 作者简介： 赵 娟 （1985-）， 2010 年 7 月毕业于中国石油大学 （华东）， 油气田开发工程硕士， 现就职于中海油 研究总院， 采油工程师， 主要从事采油与油田化学相关专业的研究。 E-mail： zhaojuanupc@163.com。 我国十分重视调剖工作， 自 1957 年玉门油 田开始进行油井堵水的探索和研究， 至今已近 50 年的历史［1］ 。 研究历次全国会议的有关文献， 根据调剖的放置区域大致分为注水井单井调剖、 井组区块调剖、 油藏整体调剖［2］ 3 个阶段。 90 年 代开展区块调剖， 代表技术有三个： PI 决策技 术、 RE 决策技术和 RS 决策技术［3-5］ 。 90 年代后 期， 石油大学 （华东） 赵福麟教授提出了在充 分调剖的基础上进行有限度三次采油的 “2+3” 技术［6］ ， 同时有学者提 出调驱概 念。 2000 年至 今， 以调驱为名的注水井大剂量深部调剖， 见 到了一定效果。 最近提出了高含水油田深部液 流转向技术［7］ ， 这一概念在理论上比调驱概念更 严谨， 在实践上目标更明确。 该技术是介于调 剖 和 聚 合 物 驱 之 间 的 改 善 地 层 深 部 液 流 方 向、 扩大水驱波及体积的新技术， 其投入成本远远 低于聚合物驱， 尤其适合非均质油藏中高含水 时期来改善水驱和聚驱开发效果。 纵观调剖技 术的历程， 可以清楚地看到， 是油田开发的现 时需要推动了调剖技术的发展。 1 调剖剂 近年来， 在调剖剂方面的研究与应用 取得 了许多进展， 主要包括以下 7 个方面。 1.1 冻胶类调剖剂 冻胶类调剖剂［8］ 是聚合物冻胶类堵剂是目前 国外使用最多、 应用最广的一类堵剂， 由聚合 物溶液和适当的交联剂形成具有空间网状结构 的物质而成的。 可用的聚合物包括合成聚合物、 天然改性聚合物、 生物聚合物等， 它们的共 同 特点是溶于水， 在水中有优良的增粘性， 线性 大分子链上都有极性基团， 能与多价金属离子 或 有 机 基 团 反 应， 生 成 体 型 交 联 产 物—冻 胶， 形 成 冻 胶 后， 粘 度 大 幅 度 增 加， 丧 失 流 动 性。 交联剂可用高价金属离子形成的多核羟桥络离 子或低分子醛类化合物等。 施工时， 若近井 地 带调剖， 可将高分子溶液和交联剂混合后注 入 地层； 若远井地带调剖， 可将它们分成几个段 塞， 中间以隔离液隔开， 交替地注人地层， 让 它们进入水层一定距离后才混合交联成冻胶。 目前大量使用的冻胶型调剖体系都是以部分水 解聚丙烯酰胺 （HPAM） 为主剂， 以 Cr3+、 Al3+、 酚醛树脂、 苯酚以及间苯二酚等为交联剂的体 系。 这些体系都属于交联强度较高的调剖体系， 在油层相对较高的盐水矿化度 （>80 000 mg ／ L） 和温度较高 （高于 90 ℃） 的条件下， 由于聚合 物的热降解、 盐降解和金属离子降解使得体系
金属材料与冶金工程 Vol 40 Oct 的稳定性变得比较差。冻胶型调剖剂使用比较数量庞大,实现可移动式从水井到油井的全程 方便,并且通过调整聚合物和交联剂的浓度得调剖。 到不同强度的冻胶,用来封堵不同地带的地层, (3)封堵强度高,阻力系数和残余阻力系 价格相对较高。 数大,具有调剖驱油双重作用 1.2凝胶类调剖剂 (4)微球在较高温度下预先合成,耐温 凝胶是固态或半固态的胶体体系,具有由耐矿化度能力强。 胶体颗粒、高分子或表面活性剂分子互相连接 (5)微球粒径小、以水为携带介质,不需 形成的空间网状结构,结构空隙中充满了液体,专门的注入设备、不需对注水管线进行改造, 液体被包在其中固定不动,使体系失去流动性,适用于高含水油田、断块油田、海上油田的提 其性质介于固体和液体之间。凝胶分为刚性凝高采收率,可用于水驱、聚合物驱和聚合物驱 胶和弹性凝胶两大类,硅酸凝胶是油田常用的后提高波及体积和洗油效率。 凝胶之一。在稀的硅酸溶液中加人电解质或在 (6)通过各种不同尺寸和不同性质聚合物 适当含量的硅酸盐溶液中加人酸,则生成硅酸微球的优化组合,可以实现对不同渗透率,不 凝胶,该凝胶透明且有弹性,其强度足以阻止同地质条件的有效封堵。 通过地层的水流。 聚合物微球调剖技术是利用微球遇水膨胀 硅酸凝胶的优点在于价廉并且能处理井径的特性封堵地层孔喉,实现液流转向。该技术 周围半径1.5~3m的地层,能进人地层小空隙,在新立村油田的永102X31井组、永8-11井区 在高温下稳定。其缺点是Na3SiO3完全反应后微进行了先导试验,取得了良好的增油降水效果。 溶于流动的水中,强度较低,需要加固体増加室内、现场试验表明,聚合物微球具有耐温耐 其强度或用水泥封口。此外,能和很多普通离盐、剖面改善效果好、增油降水明显、可实现 子反应,处理层必须验证清楚并在其上下隔开。在线注入的特点。 1.3聚合物微球调剖剂 14颗粒类调剖剂 聚合物微球o技术是近年来发展起来的 颗粒类堵剂的选择性进入能力可大大减少 种新型调剖技术,其优点包括受外界影响小,堵剂对非目的层的侵入,提高调剖效果。体膨 可以直接用污水配制,耐高温高盐,以及注入型颗粒类堵剂的选择性进入能力和堵水特性 无粘度、无污染、成本较低等。聚合物微球的为无法卡封进行堵水作业的井降低含水提供 调驱机理是交联聚合物微球是纳米级/微米级微种有效的封堵材料和方法。颗粒类堵剂在非 球,对油层孔喉直径,其初始粒径满足“进得日的层表面形成的滤饼将大大降低调剖效果 去”的要求;微球经过水化溶胀后,能达到封施工时应采取适当措施解除滤饼伤害,提高调 堵大孔喉的粒径要求,且具有一定的强度,满剖效果。据对大庆、大港、中原等油田的不完 足对地层大孔喉“堵得住”的要求,使后续液全统计,在35个井组现场试验中,累计增油 流发生转向;微球具有弹性,在一定压力下变46.73万t,经济效益达6.57亿元,平均投入 形并向前移动到地层深部,满足了调驱剂能够出比14.8,取得了良好的社会和经济效益。 进入地层深部发挥作用的要求。微球调剖剂的1.41水泥调剖剂 特点主要包括以下几方面 这是最早使用的调剖剂,具有价格便宜 (1)微球合成条件可控,地面合成避免了强度大、可以用于各种温度等优点,至今仍在 地下交联体系因剪切、降解、稀释和交联剂与研究和使用的主要产品有水基水泥、油基水泥 聚合物吸附不同步等因素造成的不成胶或成胶活化水泥及近年来发展起来的超细水泥。这类 强度变差的弊端,解决了地下交联体系配注困调剖剂的机理是利用水泥凝固后的不透水性进 难、无法实现段塞处理等问题。 行封堵,通常用于打水泥塞封下层水挤人窜槽 (2)微球直径在微米级,与孔隙喉道匹配。井段封堵窜槽水,或挤入水层堵水。由于水泥 为弹性有形球体,在一定压差下发生弹性变形,颗粒大,不易进人中低渗透性地层,因而用挤 21994-2015ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
66 金属材料与冶金工程 Vol.40 Oct 的稳定性变得比较差。 冻胶型调剖剂使用比较 方便， 并且通过调整聚合物和交联剂的浓度得 到不同强度的冻胶， 用来封堵不同地带的地层， 价格相对较高。 1.2 凝胶类调剖剂 凝胶是固态或半固态的胶体体系， 具 有由 胶体颗粒、 高分子或表面活性剂分子互相连接 形成的空间网状结构， 结构空隙中充满了液体， 液体被包在其中固定不动， 使体系失去流动性， 其性质介于固体和液体之间。 凝胶分为刚性凝 胶和弹性凝胶两大类， 硅酸凝胶［9］ 是油田常用的 凝胶之一。 在稀的硅酸溶液中加人电解质或在 适当含量的硅酸盐溶液中加人酸， 则生成硅酸 凝胶， 该凝胶透明且有弹性， 其强度足以阻止 通过地层的水流。 硅酸凝胶的优点在于价廉并且能处 理井径 周围半径 1.5~3 m 的地层， 能进人地层小空隙， 在高温下稳定。 其缺点是 Na2SiO3 完全反应后微 溶于流动的水中， 强度较低， 需要加固体增加 其强度或用水泥封口。 此外， 能和很多普通离 子反应， 处理层必须验证清楚并在其上下隔开。 1.3 聚合物微球调剖剂 聚合物微球［10-11］ 技术是近年来发展起来的一 种 新 型 调 剖 技 术， 其 优 点 包 括 受 外 界 影 响 小， 可以直接用污水配制， 耐高温高盐， 以及注入 无粘度、 无污染、 成本较低等。 聚合物微球的 调驱机理是交联聚合物微球是纳米级 ／ 微米级微 球， 对油层孔喉直径， 其初始粒径满足 “进得 去” 的要求； 微球经过水化溶胀后， 能达到封 堵大孔喉的粒径要求， 且具有一定的强度， 满 足对地层大孔喉 “堵得住” 的要求， 使后续液 流发生转向； 微球具有弹性， 在一定压力下变 形并向前移动到地层深部， 满足了调驱剂能够 进入地层深部发挥作用的要求。 微球调剖剂的 特点主要包括以下几方面： （1） 微球合成条件可控， 地面 合成避免了 地下交联体系因剪切、 降解、 稀释和交联剂与 聚合物吸附不同步等因素造成的不成胶或成胶 强度变差的弊端， 解决了地下交联体系配注困 难、 无法实现段塞处理等问题。 （2） 微球直径在微米级， 与孔隙喉道匹配。 为弹性有形球体， 在一定压差下发生弹性变形， 数量庞大， 实现可移动式从水井到油井的全程 调剖。 （3） 封堵强度高， 阻力系数和 残余阻力系 数大， 具有调剖驱油双重作用。 （4） 微 球 在 较 高 温 度 下 预 先 合 成， 耐 温、 耐矿化度能力强。 （5） 微球粒径小、 以水为携带 介质， 不需 专 门 的 注 入 设 备、 不 需 对 注 水 管 线 进 行 改 造， 适用于高含水油田、 断块油田、 海上油田的提 高采收率， 可用于水驱、 聚合物驱和聚合物驱 后提高波及体积和洗油效率。 （6） 通过各种不同尺寸和不 同性质聚合 物 微球的优化组合， 可以实现对不同渗透率， 不 同地质条件的有效封堵。 聚合物微球调剖技术是利用微球遇 水膨胀 的特性封堵地层孔喉， 实现液流转向。 该技术 在新立村油田的永 102X31 井组、 永 8-11 井区 进行了先导试验， 取得了良好的增油降水效果。 室内、 现场试验表明， 聚合物微球具有耐温耐 盐、 剖面改善效果好、 增油降水明显、 可实现 在线注入的特点。 1.4 颗粒类调剖剂 颗粒类堵剂的选择性进入能力可大 大减少 堵剂对非目的层的侵入， 提高调剖效果。 体膨 型 颗 粒 类 堵 剂 的 选 择 性 进 入 能 力 和 堵 水 特 性， 为无法卡封进行堵水作业的井降低含水提供了 一种有效的封堵材料和方法。 颗粒类堵剂在非 目 的 层 表 面 形 成 的 滤 饼 将 大 大 降 低 调 剖 效 果， 施工时应采取适当措施解除滤饼伤害， 提高调 剖效果。 据对大庆、 大港、 中原等油田的不完 全统计， 在 355 个井组现场试验中， 累计增 油 46.73 万 t， 经济效益达 6．57 亿元， 平均投入产 出比 1∶4.8， 取得了良好的社会和经济效益。 1.4.1 水泥调剖剂 这 是 最 早 使 用 的 调 剖 剂， 具 有 价 格 便 宜、 强度大、 可以用于各种温度等优点， 至今仍在 研究和使用的主要产品有水基水泥、 油基水泥、 活化水泥及近年来发展起来的超细水泥。 这类 调剖剂的机理是利用水泥凝固后的不透水性进 行封堵， 通常用于打水泥塞封下层水挤人窜槽 井段封堵窜槽水， 或挤入水层堵水。 由于水泥 颗粒大， 不易进人中低渗透性地层， 因而用挤
2012年10月 赵娟等:国内油田调剖技术研究进展 入水层的方法堵水时,封堵强度不高,成功率吸附、滞留作用降低高渗透区的渗透率,使后 低,有效期短。长期以来这类堵剂的应用范围续流体转向进入中低渗透区,从而调节吸水剖 受到限制,近年来研制成功的超细水泥和新型面;而且在近井地带,由于压差较大,微粒在 水泥添加剂给水泥类堵剂带来新的活力 水驱压力作用下,产生变形,驱动孔隙内的剩 14.2粘土颗粒类调剖剂 余油向生产井运移,起到驱油的效果 粘土颗粒调剖主要利用颗粒对大孔道的物 该调剖剂的优点是用量少,施工简便;缺 理堵塞来改善注水剖面。我国对颗粒类调剖剂点是其使用一直受到抗温、抗盐性差的限制, 的应用较多,有钠土类、D-1黄河粘土类、硅有效作用期短。 土胶泥类、膨润土类以及石灰乳复合类调剖剂1.4.5树脂类调剖剂 等多种调剖剂。在处理工艺上多采用双液法, 树脂类堵剂[是指由低分子物质通过缩聚 即5%-7%粘土+0.1%左右的聚丙烯酰胺溶液,反应产生的具有体型结构、不溶不熔的高分子 加入聚合物的目的在于聚丙烯酰胺分子链段中物质。油田最常用的树脂是酚醛树脂。施工 的-COOH等亲水集团与粘土颗粒表面的羟基时,可将热固性酚醛树脂预缩液与固化剂混合 发生相互作用,以产生絮凝堵塞,提高调剖的后挤人水层,在地层温度和固化剂作用下,热 效果。 固性酚醛树脂可在一定时间内交联成不溶不熔 14.3水膨体调剖剂 的酚醛树脂将水层堵住。树脂类堵剂具有如下 水膨体是一类适当交联遇水膨胀而不溶解优点可以注人地层孔隙并且具有足够高的强度 的聚合物,是近年来常被用于注水井调剖的 可封堵孔隙、裂缝、孔洞、窜槽和炮眼树脂固 种堵剂[。这类调剖剂主要通过两个机理封堵化后呈中性,与井下液体不反应,因而有效期 渗滤面:一个是调剖剂粒径大于孔径时颗粒对长。据当树脂颗粒与水接触时,水分子进入网 孔隙所产生的堵塞;另一个是粒径大于孔径的络结构内与亲水基团作用产生氢键,形成较强 1/3时颗粒通过架桥所产生的堵塞。通过这两个的亲和力,同时,具有空间网络结构的体各交 机理,固体分散体可在渗滤面上产生封堵层联点之间的分子链因吸入水分子而由无规蜷曲 (滤饼)而起封堵作用。 状态变为伸展状态,并产生内聚力,当这种作 利用水膨体进行深部调剖,原因在于其耐用力达到相对平衡时,吸水膨胀达到饱和状态 温抗盐的优点。水膨体属颗粒类堵剂,由于其膨胀后的超强吸水树脂具有一定的弹性、强度 流变性好,较容易进入地层深部,常被用来做和保水功能,在调剖上具有抗温抗盐性能好 大剂量深部调剖。多年来,木钙、粘土、弱凝配制简单、施工方便、对非目的层污染少等优点。 胶、冻胶、水膨体等多种堵剂在胜坨油田得以 截止2006年11月底,超强吸水树脂调剖 研究和应用,特别是水膨体调剖剂的应用逐年12井次对应正常生产油井39口井,其中有33 增多,仅2002年在11个区块就应用水膨体调口井见到了增油、降水效果,对应油井见效率 剖剂54井次,占总调剖井次的50%以上,到84.6%。累计增油2760t,平均井组增油230, 2003年应用该堵剂140余口,占堵水井的90%平均有效期160天。 以上,取得了良好的效果,在控水稳油中发挥1.5沉淀类调剖剂 了巨大作用。此外,由于中原油田高温高盐的 沉淀型调剖剂是利用地层流体中的离子与 地质特点,使得有相当一部分堵剂无法利用,注入的化学剂反应或两种注入流体相遇生成沉 使用此类堵剂取得很好的调剖效果。 淀,以降低高渗透层的吸水量。如水玻璃 144预交联颗粒调剖剂 HPAN、松香酸钠、脂肪酸钠、环烷酸钠与地层 将交联体系预先在地面交联形成凝胶,然流体中的Ca3、Mg2反应生成硅酸盐沉淀;山嵛 后经造粒、烘干、粉碎、筛分,制备成预交联酸钾与地层水中的Na反应生成山嵛酸钠沉淀。 颗粒ω。将预交联颗粒分散在水中,注入到地这种类型调剖剂可以用在深井高温高盐油藏。 层中,颗粒优先进入大孔道或高渗透层,通过油田主要采用的该类调剖剂主要是硅酸钙,利 21994-2015ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
2012 年 10 月 赵 娟等： 国内油田调剖技术研究进展 67 入水层的方法堵水时， 封堵强度不高， 成功率 低， 有效期短。 长期以来这类堵剂的应用范围 受到限制， 近年来研制成功的超细水泥和新型 水泥添加剂给水泥类堵剂带来新的活力。 1.4.2 粘土颗粒类调剖剂 粘土颗粒调剖主要利用颗粒对大孔 道的物 理堵塞来改善注水剖面。 我国对颗粒类调剖剂 的应用较多， 有钠土类、 D-1 黄河粘 土类、 硅 土胶泥类、 膨润土类以及石灰乳复合类调剖剂 等 多 种 调 剖 剂。 在 处 理 工 艺 上 多 采 用 双 液 法， 即 5%~7%粘 土+0.1%左 右 的 聚 丙 烯 酰 胺 溶 液， 加入聚合物的目的在于聚丙烯酰胺分子链段中 的-COOH 等 亲 水 集 团 与 粘 土 颗 粒 表 面 的 羟 基 发 生相互作用， 以产生絮凝堵塞， 提高调剖的 效果。 1.4.3 水膨体调剖剂 水膨体是一类适当交联遇水膨胀而 不溶解 的聚合物， 是近年来常被用于注水井调剖的一 种堵剂［12］ 。 这类调剖剂主要通过两个机理封堵 渗滤面： 一个是调剖剂粒径大于孔径时颗粒对 孔隙所产生的堵塞； 另一个是粒径大于孔径的 1 ／ 3 时颗粒通过架桥所产生的堵塞。 通过这两个 机 理 ， 固 体 分 散 体 可 在 渗 滤 面 上 产 生 封 堵 层 （滤饼） 而起封堵作用。 利用水膨体进行深部调剖， 原因在于 其耐 温抗盐的优点。 水膨体属颗粒类堵剂， 由于其 流变性好， 较容易进入地层深部， 常被用来做 大剂量深部调剖。 多年来， 木钙、 粘土、 弱 凝 胶、 冻胶、 水膨体等多种堵剂在胜坨油田得以 研究和应用， 特别是水膨体调剖剂的应用逐年 增多， 仅 2002 年在 11 个区块就应 用水膨体调 剖 剂 54 井 次， 占 总 调 剖 井 次 的 50%以 上， 到 2003 年应用该堵剂 140 余口， 占堵水井的 90% 以上， 取得了良好的效果， 在控水稳油中发挥 了巨大作用。 此外， 由于中原油田高温高盐的 地 质 特 点， 使 得 有 相 当 一 部 分 堵 剂 无 法 利 用， 使用此类堵剂取得很好的调剖效果。 1.4.4 预交联颗粒调剖剂 将交联体系预先在地面交联形成凝 胶， 然 后经造粒、 烘干、 粉碎、 筛分， 制备成预交联 颗粒［13］ 。 将预交联颗粒分散在 水中， 注入到 地 层中， 颗粒优先进入大孔道或高渗透层， 通过 吸附、 滞留作用降低高渗透区的渗透率， 使后 续流体转向进入中低渗透区， 从而调节吸水剖 面； 而且在近井地带， 由于压差较大， 微粒在 水驱压力作用下， 产生变形， 驱动孔隙内的剩 余油向生产井运移， 起到驱油的效果。 该调剖剂的优点是用量少， 施工简便； 缺 点 是 其 使 用 一 直 受 到 抗 温、 抗 盐 性 差 的 限 制， 有效作用期短。 1.4.5 树脂类调剖剂 树脂类堵剂［14］ 是指由低分 子物质通过 缩聚 反应产生的具有体型结构、 不溶不熔的高分子 物质。 油田最常用的树脂是酚醛 树脂［15］ 。 施工 时， 可将热固性酚醛树脂预缩液与固化剂混合 后挤人水层， 在地层温度和固化剂作用下， 热 固性酚醛树脂可在一定时间内交联成不溶不熔 的酚醛树脂将水层堵住。 树脂类堵剂具有如下 优点可以注人地层孔隙并且具有足够高的强度， 可封堵孔隙、 裂缝、 孔洞、 窜槽和炮眼树脂固 化后呈中性， 与井下液体不反应， 因而有效期 长。 据当树脂颗粒与水接触时， 水分子进入网 络结构内与亲水基团作用产生氢键， 形成较强 的亲和力， 同时， 具有空间网络结构的体各交 联点之间的分子链因吸入水分子而由无规蜷曲 状态变为伸展状态， 并产生内聚力， 当这种作 用力达到相对平衡时， 吸水膨胀达到饱和状态， 膨胀后的超强吸水树脂具有一定的弹性、 强度 和 保 水 功 能， 在 调 剖 上 具 有 抗 温 抗 盐 性 能 好、 配制简单、 施工方便、 对非目的层污染少等优点。 截止 2006 年 11 月底， 超强吸水树 脂调 剖 12 井次对应正常生产油井 39 口井， 其中有 33 口井见到了增油、 降水效果， 对应油井见效率 84. 6%。 累计增 油 2760t， 平均井 组增油 230t， 平均有效期 160 天。 1.5 沉淀类调剖剂 沉淀型调剖剂是利用地层流体中的 离子与 注入的化学剂反应或两种注入流体相遇生成沉 淀 ， 以 降 低 高 渗 透 层 的 吸 水 量 。 如 水 玻 璃 、 HPAN、 松香酸钠、 脂肪酸钠、 环烷酸钠与地层 流体中的 Ca2+、 Mg2+反应生成硅酸盐沉淀； 山嵛 酸钾与地层水中的 Na+ 反应生成山嵛酸钠沉淀。 这 种 类 型 调 剖 剂 可 以 用 在 深 井 高 温 高 盐 油 藏。 油田主要采用的该类调剖剂主要是硅酸钙， 利
金属材料与冶金工程 Vol 40 Oct 用相对密度1.50~1.61的水玻璃和相对密度1.3~其气含率较小,只有40%-60%。泡沫的液膜由 1.5的氯化钙溶液,中间以柴油隔离,依次挤入凝胶产物形成,具有泡沫和凝胶双重特性。泡 地层,使水玻璃与氯化钙在地层内相遇,则生沫凝胶具有良好的稳定性和机械强度,适用于 成白色硅酸钙沉淀,堵塞地层孔隙。水玻璃与封堵高产液量裂缝性含水层和中、高渗透地层 氯化钙的比例约为1:1,总用量可根据水层厚基本配方质量分数为:起泡剂ABS0.5%;稳泡 度、孔隙度及挤入半径确定。这种封堵剂来源剂CMCO.6%;凝胶由碳酸铵和硅酸钠组成,其 广,成本低,施工安全简便,封堵效果好,解中碳酸铵含量为0.5%,硅酸钠含量为6.0%。冻 堵容易(高压酸化、碱液压裂),但在施工时必胶体系可以用以HPAM-甲醛或HPAM-Cr(Ⅲ) 须采取有效保护措施,否则会堵塞油层、污染所组成的冻胶 地层。 泡沫调剖方法简单,成本低,对油层伤害 1.6泡沫类调剖剂 小,安全可靠,适合于大规模施工。现场施工 泡沫由于它的独特结构,使它具有静液柱过程中,可根据地层的特性和条件,对二相泡 压力低、滤失量小、携砂性能好、助排能力强、沫、三相泡沫和泡沫凝胶/冻胶调剖剂经室内评 对地层伤害少等良好特性,被广泛地应用到压价后,进行合理的有针对性的采用。 裂、酸化、堵水、调剖等方面,作为稳油控水1.7微生物调剖剂 的重要手段。泡沫分为二相泡沫和三相泡沫, 微生物调剖技术,是近年来国外迅速发展 前者包括起泡剂和水溶性添加剂,后者还含有起来的一项提高原油采收率的技术。该技术利 固相如膨润土、白粉等。三相泡沫比二相泡沫用适合油井调剖的微生物及其产物选择性封堵 稳定得多,故现场多使用三相泡沫。三相泡沫注水井的高渗透带,通过调整井剖面而达到提 的调剖机理是依靠稳定的泡沫流体在注水层中高原油采收率的目的。 迭加的气液阻效应-贾敏效应,改变吸水层内的 微生物调剖技术具有工艺简单、施工安全 渗流方向和吸水剖面,减缓主要水流方向的水不污染环境等优点,同时降低了材料和施工的 线推进速度和吸水量,扩大注入水的扫油面积、成本,得到了较快的发展。但一些关键技术还 波及体积和驱油效率。 不够成熟。国内外的研究结果表明,微生物调 16.1三相泡沫调剖剂 剖技术在油藏方面的应用效果明显,能带来较 相泡沫调剖剂由水溶液、气体和固体好的经济效益,并且为油田的推广应用提供了 粉末如膨润上、碳酸盐粉末等组成。具有密度大量的现场资料,应用前景良好。天津工业微 低(1.6-1.8mg/L)、粘度高、起泡速度快、膨生物研究所和南开大学成功地筛选出了适应油 胀率大等特点。试验表明,三相泡沫的半衰期田地层条件并具有良好调剖作用的多株微生物。 为两相泡沫半衰期的一倍。这主要是由于固体其中南开大学在大港油田先后进行了5口井的 粉末附着在气液界面上,成为气泡相互合并的试验,取得了很好的效果。并在胜利油田、辽 障碍,增加了液膜中流体流动的阻力,使泡沫河油田分别进行了室内评价及井下试验,均取 的稳定性显著提高。克拉玛依油田用起泡剂、得预期效果。最近大庆油田勘探研究院应用现 稳定剂,固相膨润土配制泡沫调剖剂,进行了代分子生物学方法研究油层本源微生物技术取 百多井次现场应用,取得良好的增油降水效得重大进展,在第三采油厂开展微生物调剖矿 果。该方法成本低,原材料来源广,并有一定场试验获得成功,微生物处理后改善了吸水剖面, 的选择性。 取得了压力上升、含水下降、增油多于1300t 1.6.2泡沫凝胶/冻胶调剖剂 的效果,投入产出比达19 泡沫凝胶/冻胶调剖技术是近年发展起来18小结 的一项新型的调剖技术,它可以提高调剖的有 将几种调剖剂优缺点、适用范围及价格进 效期。泡沫凝胶由水溶液、气体和凝胶组成,行总结,结果见表1。 21994-2015ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
用相对密度 1.50~1.61 的水玻璃和相对密度 1.3~ 1.5 的氯化钙溶液， 中间以柴油隔离， 依次挤入 地层， 使水玻璃与氯化钙在地层内相遇， 则生 成白色硅酸钙沉淀， 堵塞地层孔隙。 水玻璃与 氯 化 钙 的 比 例 约 为 1∶1， 总 用 量 可 根 据 水 层 厚 度、 孔隙度及挤入半径确定。 这种封堵剂来源 广， 成本低， 施工安全简便， 封堵效果好， 解 堵容易 （高压酸化、 碱液压裂）， 但在施工时必 须采取有效保护措施， 否则会堵塞油层、 污染 地层。 1.6 泡沫类调剖剂 泡沫由于它的独特结构， 使它具有静 液柱 压力低、 滤失量小、 携砂性能好、 助排能力强、 对地层伤害少等良好特性， 被广泛地应用到压 裂、 酸化、 堵水、 调剖等方面， 作为稳油控 水 的 重 要 手 段。 泡 沫 分 为 二 相 泡 沫 和 三 相 泡 沫， 前者包括起泡剂和水溶性添加剂， 后者还含有 固相如膨润土、 白粉等。 三相泡沫比二相泡沫 稳定得多， 故现场多使用三相泡沫。 三相泡沫 的调剖机理是依靠稳定的泡沫流体在注水层中 迭加的气液阻效应-贾敏效应， 改变吸水层内的 渗流方向和吸水剖面， 减缓主要水流方向的水 线推进速度和吸水量， 扩大注入水的扫油面积、 波及体积和驱油效率。 1.6.1 三相泡沫调剖剂 三相泡沫调剖剂［16］ 由水溶 液、 气体和固 体 粉末如膨润上、 碳酸盐粉末等组成。 具有密度 低 （1.6~1.8 mg ／ L）、 粘度高、 起 泡速度快、 膨 胀率大等特点。 试验表明， 三相泡沫的半衰期 为两相泡沫半衰期的一倍。 这主要是由于固体 粉末附着在气液界面上， 成为气泡相互合并的 障碍， 增加了液膜中流体流动的阻力， 使泡沫 的 稳 定 性 显 著 提 高。 克 拉 玛 依 油 田 用 起 泡 剂、 稳定剂， 固相膨润土配制泡沫调剖剂， 进行了 一百多井次现场应用， 取得良好的增油降水效 果。 该方法成本低， 原材料来源广， 并有一定 的选择性。 1.6.2 泡沫凝胶 ／ 冻胶调剖剂 泡沫凝胶 ／ 冻胶调剖技术［17］ 是近年发展起来 的一项新型的调剖技术， 它可以提高调剖的有 效 期。 泡 沫 凝 胶 由 水 溶 液、 气 体 和 凝 胶 组 成， 其气含率较小， 只有 40%~60%。 泡沫的液膜由 凝胶产物形成， 具有泡沫和凝胶双重特性。 泡 沫凝胶具有良好的稳定性和机械强度， 适用于 封堵高产液量裂缝性含水层和中、 高渗透地层。 基本配方质量分数为： 起泡剂 ABS0.5%； 稳泡 剂 CMC0.6%； 凝胶由碳酸铵和硅酸钠组成， 其 中碳酸铵含量为 0.5%， 硅酸钠含量为 6.0%。 冻 胶体系可以用以 HPAM-甲醛或 HPAM-Cr （Ⅲ） 所组成的冻胶。 泡沫调剖方法简单， 成本低， 对油层伤 害 小， 安全可靠， 适合于大规模施工。 现场施工 过程中， 可根据地层的特性和条件， 对二相泡 沫、 三相泡沫和泡沫凝胶 ／ 冻胶调剖剂经室内评 价后， 进行合理的有针对性的采用。 1.7 微生物调剖剂 微生物调剖技术， 是近年来国外迅速 发展 起来的一项提高原油采收率的技术。 该技术利 用适合油井调剖的微生物及其产物选择性封堵 注水井的高渗透带， 通过调整井剖面而达到提 高原油采收率的目的［18］ 。 微生物调剖技术具有工艺简单、 施工安全、 不污染环境等优点， 同时降低了材料和施工的 成本， 得到了较快的发展。 但一些关键技术还 不够成熟。 国内外的研究结果表明， 微生物调 剖技术在油藏方面的应用效果明显， 能带来较 好的经济效益， 并且为油田的推广应用提供了 大量的现场资料， 应用前景良好。 天津工业微 生物研究所和南开大学成功地筛选出了适应油 田地层条件并具有良好调剖作用的多株微生物。 其中南开大学在大港油田先后进行了 5 口井的 试验， 取得了很好的效果。 并在胜利油田、 辽 河油田分别进行了室内评价及井下试验， 均取 得预期效果。 最近大庆油田勘探研究院应用现 代分子生物学方法研究油层本源微生物技术取 得重大进展， 在第三采油厂开展微生物调剖矿 场试验获得成功， 微生物处理后改善了吸水剖面， 取得了压力上升、 含水下降、 增油多于 1 300 t 的效果， 投入产出比达 1∶9。 1.8 小结 将几种调剖剂优缺点、 适用范围及价 格进 行总结， 结果见表 1。 68 金属材料与冶金工程 Vol.40 Oct
2012年10月 赵娟等:国内油田调剖技术研究进展 表1几种调剖剂性能对比 调剖剂 冻胶类 使用比较方便,通过调整反应物浓度封堵不适矿化度较高(>80000mg/L)和温度较成本较高 不同地带的地层。可进行深部调驱 高(高于90℃)的地层,稳定性相对较差 凝胶类 高温下稳定 胶凝时间短,只能近井地带使用。完全反成本较高 应后微溶于流动的水中,强度较低 受外界影响小,可以直接用污水配制,耐微球是一种动力学不稳定体系 成本较高 高温高盐,可进行深部调驱 水泥 强度大、适用于各种温度 只能近井地带使用,不易进入中低渗透成本较低 粘土 性,有效期短。 水膨体 耐温,其流变性好,较容易进入地层深部,对矿化度十分敏感 颗 可进行深部调驱 类预交联颗粒用量少,施工简便 用一直受到抗温、抗盐性差的限制,有效价格较低 作用期短。 树脂 抗温抗盐性能好、配制简单、施工方便、对固化时间不易控制 成本较高 非目的层污染少 沉淀类 耐高温高盐,来源广,施工安全简便,封堵施工时必须采取有效保护措施,否则会堵成本较高 效果好,解堵容易,可用于远井地带调剖塞油层、污染地层 泡三相泡沫 方法简单,成本低,对油层伤害小,安全可需要解决气源及施工工艺问题 成本较高 沫泡沫凝胶/冻胶靠,可进行深部调驱,泡沫凝胶/冻胶良好 类 的稳定性和机械强度。 微生物 工艺简单,施工安全,不污染环境,同时降关键技术还不够成熟 成本较低 低了材料和施工的成本 低,特别需要深部调剖封堵技术,进行深部挖 2调剖技术发展趋势 潜。(2)对于厚油层来说,普通的浅堵浅调已无 法满足提高水驱波及效率的需要,只能致使短 据统计,我国水驱油田可采储量的60%及期的近井地带的液流转向,在油层深部因注入 年产量的80%以上来自含水率大于80%的高含水的重新绕流致使调剖有效期限大大缩短。 水油藏。高含水油田水驱面临的低效或无效循(3)对于常规交联聚合物调剖,由于成胶时间 环,使调剖技术面临众多难题和挑战。我国调短,冻胶强度大等特点,无论是施工工艺上还 剖技术经几十年的发展,在化学剂、施工工艺是经济上都不能进行大剂量处理,因而仅能封 等技术方面都已比较成熟。但随着油田的开发,堵近井地带,注入水很快绕过近井封堵带进入 油藏特征及环境不断变化,尤其是油藏进入高高渗透带的水窜通道,有效期短。 含水开采期后,长期水驱使油藏开发矛盾更为 为了解决这些问题,进行了大量的室内试 复杂,现有调剖技术,特别是能有效应用的技验和现场试验,结果表明,解决层间窜流和绕 术总是落后于油田开发的需要;一些特殊条件流问题必须进行油层深部调剖。进一步的深入 油田,调剖不能有效解决,需要针对性地研发研究结果表明,从注水井近井到地层深部流体 相关新技术以适应特殊油田改善水驱(聚驱)的流动状态有很大的区别,相应地在压力场分 的需要 布,渗流速度方面都有变化,直接影响到驱油 2.1深部调驱技术 的效果导致地下饱和度场也呈现梯级分布。因 常规调剖有其局限性ω,其原因有如下几此,针对不同部位优选和研发与之相匹配的调 点:(1)随着油田开发进入中后期,尤其是近井驱剂及相应的放置技术,实现逐级深部液流转 地带多次重复封堵后,含油饱和度已经大大降向,成为一个非常有前景的发展方向,是适应 21994-2015ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
表 1 几种调剖剂性能对比 调剖剂 冻胶类 凝胶类 微球 水泥 粘土 水膨体 预交联颗粒 树脂 沉淀类 三相泡沫 泡沫凝胶 ／ 冻胶 微生物 价 格 成本较高 成本较高 成本较高 成本较低 价格较低 成本较高 成本较高 成本较高 成本较低 颗 粒 类 泡 沫 类 优 点 使用比较方便，通过调整反应物浓度封堵 不同地带的地层。 可进行深部调驱。 高温下稳定 受外界影响小， 可以直接用污水配制，耐 高温高盐，可进行深部调驱。 强度大、适用于各种温度 耐温，其流变性好，较容易进入地层深部， 可进行深部调驱。 用量少，施工简便 抗温抗盐性能好、配制简单、施工方便、对 非目的层污染少。 耐高温高盐，来源广，施工安全简便，封堵 效果好，解堵容易，可用于远井地带调剖 方法简单，成本低，对油层伤害小，安全可 靠，可进行深部调驱，泡沫凝胶 ／ 冻胶良好 的稳定性和机械强度。 工艺简单，施工安全，不污染环境，同时降 低了材料和施工的成本。 缺 点 不适矿化度较高（>80 000 mg ／ L）和温度较 高（高于 90 ℃）的地层，稳定性相对较差。 胶凝时间短，只能近井地带使用。 完全反 应后微溶于流动的水中，强度较低。 微球是一种动力学不稳定体系 只 能 近 井 地 带 使 用， 不易进入中低渗透 性，有效期短。 对矿化度十分敏感 用一直受到抗温、抗盐性差的限制，有 效 作用期短。 固化时间不易控制 施工时必须采取有效保护措施，否则会堵 塞油层、污染地层 需要解决气源及施工工艺问题 关键技术还不够成熟 泡 沫 类 据统计， 我国水驱油田可采储量的 60%及 年产量的 80%以上来自含水率大于 80%的高含 水油藏。 高含水油田水驱面临的低效或无效循 环， 使调剖技术面临众多难题和挑战。 我国调 剖技术经几十年的发展， 在化学剂、 施工工艺 等技术方面都已比较成熟。 但随着油田的开发， 油藏特征及环境不断变化， 尤其是油藏进入高 含水开采期后， 长期水驱使油藏开发矛盾更为 复杂， 现有调剖技术， 特别是能有效应用的技 术总是落后于油田开发的需要； 一些特殊条件 油田， 调剖不能有效解决， 需要针对性地研发 相 关 新 技 术 以 适 应 特 殊 油 田 改 善 水 驱 （聚 驱） 的需要。 2.1 深部调驱技术 常规调剖有 其局限性［19］ ， 其 原因有如下 几 点： （1） 随着油田开发进入中后期， 尤其是近井 地带多次重复封堵后， 含油饱和度已经大大降 低， 特别需要深部调剖封堵技术， 进行深部挖 潜。 （2） 对于厚油层来说， 普通的浅堵浅调已无 法满足提高水驱波及效率的需要， 只能致使短 期的近井地带的液流转向， 在油层深部因注入 水 的 重 新 绕 流 致 使 调 剖 有 效 期 限 大 大 缩 短 。 （3） 对于常规交联聚合物调剖， 由于成胶时间 短， 冻胶强度大等特点， 无论是施工工艺上还 是经济上都不能进行大剂量处理， 因而仅能封 堵近井地带， 注入水很快绕过近井封堵带进入 高渗透带的水窜通道， 有效期短。 为了解决这些问题， 进行了大量的室 内试 验和现场试验， 结果表明， 解决层间窜流和绕 流问题必须进行油层深部调剖。 进一步的深入 研究结果表明， 从注水井近井到地层深部流体 的流动状态有很大的区别， 相应地在压力场分 布， 渗流速度方面都有变化， 直接影响到驱油 的效果导致地下饱和度场也呈现梯级分布。 因 此， 针对不同部位优选和研发与之相匹配的调 驱剂及相应的放置技术， 实现逐级深部液流转 向， 成为一个非常有前景的发展方向， 是适应 2 调剖技术发展趋势 2012 年 10 月 赵 娟等： 国内油田调剖技术研究进展 69