油田化学_第六章__油田堵水技术.ppt

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1、石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院油田化学油田化学Oil ChemistryOil Chemistry主讲：文守成主讲：文守成石油工程学院石油工程学院11/19/20221石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院课程学习内容课程学习内容绪论绪论第一章第一章 表面活性剂表面活性剂第二章第二章 油田用高分子油田用高分子第三章第三章 化学驱油技术化学驱油技术第四章第四章 酸化、压裂及添加剂酸化、压裂及添加剂第五章第五章 化学清蜡与防蜡化学清蜡与防蜡第六章第六章 油田化学堵水油田化学堵水第七章第七章 化学防砂化学防砂第八章第八章 油田水处理技术油田水处理技术第九章第九章 钻井液、

2、完井液及添加剂钻井液、完井液及添加剂第十章第十章 固井水泥浆及添加剂固井水泥浆及添加剂11/19/20222石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院本章应理解和掌握的内容本章应理解和掌握的内容1 1、产水来源及对生产的危害；、产水来源及对生产的危害；2 2、堵水措施分类；、堵水措施分类；3 3、各种堵水工艺及堵水原理；、各种堵水工艺及堵水原理；4 4、堵水施工方法分类。、堵水施工方法分类。第六章第六章 油田化学堵水油田化学堵水11/19/20223石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院油气井出水是油田开发过程中存在油气井出水是油田开发过程中存在的一个普遍问题，给的一个普遍问题

3、，给油气井生产油气井生产、地面地面油水分离与处理油水分离与处理、油气集输油气集输和和油田开发油田开发工作，尤其对注水工作，尤其对注水开发的油田带来的影开发的油田带来的影响是十分严重的。在油田开发过程中必响是十分严重的。在油田开发过程中必须及时注意油气井出水动向，利用各种须及时注意油气井出水动向，利用各种找水措施，确定出水层位，采取相应的找水措施，确定出水层位，采取相应的堵水方法。堵水方法。概述概述11/19/20224石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院一、产水来源（原因）及对生产的危害一、产水来源（原因）及对生产的危害第六章第六章 油田化学堵水油田化学堵水1 1、注入水及边水、注

4、入水及边水水驱指进现象水驱指进现象在纵向上形成单层突进，在纵向上形成单层突进，11/19/20225石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院一、产水来源（原因）及对生产的危害一、产水来源（原因）及对生产的危害第六章第六章 油田化学堵水油田化学堵水1 1、注入水及边水、注入水及边水裂缝或高渗通道使油水井单向连通裂缝或高渗通道使油水井单向连通11/19/20226石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院一、产水来源（原因）及对生产的危害一、产水来源（原因）及对生产的危害第六章第六章 油田化学堵水油田化学堵水1 1、注入水及边水、注入水及边水2 2、底水锥进底水锥进底水锥进底水锥进1

5、1/19/20227石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院一、产水来源（原因）及对生产的危害一、产水来源（原因）及对生产的危害第六章第六章 油田化学堵水油田化学堵水1 1、注入水及边水、注入水及边水2 2、底水锥进底水锥进3 3、外来水、外来水近井地带窜漏近井地带窜漏11/19/20228石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院一、产水来源（原因）及对生产的危害一、产水来源（原因）及对生产的危害第六章第六章 油田化学堵水油田化学堵水产水的危害产水的危害1 1、降低油气藏采收率：降低波及效率、降低油气藏采收率：降低波及效率2 2、降低油气井产能与产量：造成储层伤害及出砂、降低油

6、气井产能与产量：造成储层伤害及出砂3 3、造成油气井生产设备腐蚀、造成油气井生产设备腐蚀4、增加地面作、增加地面作业费用用11/19/20229石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院二、堵水工艺措施分类二、堵水工艺措施分类第六章第六章 油田化学堵水油田化学堵水堵堵水水工工艺艺分分类类机械堵水机械堵水化学堵水化学堵水非选择性堵水非选择性堵水选择性堵水选择性堵水堵水与调剖：产油井与注水井堵水与调剖：产油井与注水井11/19/202210石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院三、堵水工艺方法三、堵水工艺方法第六章第六章 油田化学堵水油田化学堵水堵堵水水工工艺艺方方法法补注水泥：补

7、注水泥：单液法单液法双液法双液法非选择性堵水非选择性堵水选择性堵水选择性堵水水泥回堵水泥回堵挤水泥挤水泥 在一定压力下向采油或注水在一定压力下向采油或注水井的特定层段挤注水泥浆进行封堵。井的特定层段挤注水泥浆进行封堵。目的是用水泥浆封堵炮眼的通道、目的是用水泥浆封堵炮眼的通道、窜槽及水泥环中存在的缝洞，使套窜槽及水泥环中存在的缝洞，使套管和地层之间密封。管和地层之间密封。是在套管内打水泥塞隔绝注是在套管内打水泥塞隔绝注入水或采油井段，或井段的一部入水或采油井段，或井段的一部分回采上部层段。目的是封堵井分回采上部层段。目的是封堵井筒通道使液体不能从井筒下部产筒通道使液体不能从井筒下部产出或注入。

8、出或注入。11/19/202211石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院回堵或挤水泥作业取得成功，回堵或挤水泥作业取得成功，必须满足三个条件：必须满足三个条件：(1)(1)必须检测出出水或漏失井段。必须检测出出水或漏失井段。(2)(2)必须把出水井段或漏失井段和其他井段隔开。挤水必须把出水井段或漏失井段和其他井段隔开。挤水泥成功的井段将完全不出油、气和水或吸水。泥成功的井段将完全不出油、气和水或吸水。(3)(3)为了防止补注水泥后发生水窜，必须有隔层。为了防止补注水泥后发生水窜，必须有隔层。如果管外有窜槽连通油水层，水泥回堵处理会失败。如果管外有窜槽连通油水层，水泥回堵处理会失败。如

9、果地层没有页岩夹层或低渗透带则选择性挤堵的井段只如果地层没有页岩夹层或低渗透带则选择性挤堵的井段只能局部成功或短期有效。没有隔层，水可能在地层内部作能局部成功或短期有效。没有隔层，水可能在地层内部作垂向流动，通过未挤水泥的井段重新流入井筒。垂向流动，通过未挤水泥的井段重新流入井筒。补注水泥补注水泥11/19/202212石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 单液法单液法优点优点：能充分利用药剂，堵剂是混合均匀后注入地层：能充分利用药剂，堵剂是混合均匀后注入地层的，经过一定时间后全部堵剂在地层起作用。的，经过一定时间后全部堵剂在地层起作用。缺点缺点：产生堵塞的时间短只能封堵近井地带，

10、受所：产生堵塞的时间短只能封堵近井地带，受所处理地层温度的限制。处理地层温度的限制。双液法双液法优点：优点：可封堵近井地带和远井地带。改变隔离液用可封堵近井地带和远井地带。改变隔离液用量能封堵地层的不同位置。量能封堵地层的不同位置。缺点：缺点：药剂不能充分利用，只有一部分药剂相遇反药剂不能充分利用，只有一部分药剂相遇反应，产生封堵物质。应，产生封堵物质。11/19/202213石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 油田在注水开发过程中造成油井水淹的原因可分为两油田在注水开发过程中造成油井水淹的原因可分为两大类：大类：一类是技术上的原因：一类是技术上的原因：与固井状况破坏有关，如采油

11、与固井状况破坏有关，如采油套管和管外空间水泥环不密封等；套管和管外空间水泥环不密封等；一类是油层中的驱替水流过生产层造成的油井水淹；一类是油层中的驱替水流过生产层造成的油井水淹；堵水作业可在技术上分为两大类：堵水作业可在技术上分为两大类：恢复油气井的技术恢复油气井的技术状况和限制生产层出水状况和限制生产层出水。油井的任何堵水工作的实质可归。油井的任何堵水工作的实质可归结为：通过对出水水源的作用封堵出水通道，或者恢复其结为：通过对出水水源的作用封堵出水通道，或者恢复其固井技术状况。固井技术状况。11/19/202214石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 油气井出水原因不同，采取的封

12、堵方法不同。主要根油气井出水原因不同，采取的封堵方法不同。主要根据据,油水层性质、出水情况、油井条件、工艺条件及堵剂油水层性质、出水情况、油井条件、工艺条件及堵剂性质和来源进行选择。性质和来源进行选择。为了控制个别水淹层的含水，消除开采时的层间干为了控制个别水淹层的含水，消除开采时的层间干扰，大多采用封隔器来暂时封堵高含水层；对于底水，扰，大多采用封隔器来暂时封堵高含水层；对于底水，采用在井底附近油水界面处建立人工隔板采用在井底附近油水界面处建立人工隔板(打水泥板打水泥板)阻止锥进。阻止锥进。非选择性堵剂或水泥堵死出水层位非选择性堵剂或水泥堵死出水层位:对于外来水、欲停产水淹油层、油水分隔水层

13、对于外来水、欲停产水淹油层、油水分隔水层选择性堵水：选择性堵水：油水同层油水同层封隔器封隔器11/19/202215石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 堵水剂体系介绍堵水剂体系介绍水泥浆体系水泥浆体系非选择性堵剂非选择性堵剂选择性堵剂选择性堵剂11/19/202216石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 水泥用于油井堵水的历史最长，利用水泥水泥用于油井堵水的历史最长，利用水泥凝固后的不透水性来堵水。凝固后的不透水性来堵水。水泥浆封堵水泥浆封堵高渗透的夹层水高渗透的夹层水底水底水油层和水层串通的含水井段油层和水层串通的含水井段各分层压力相似的油层水淹井各分层压力相似的油

14、层水淹井吸收能力高的水淹层。吸收能力高的水淹层。应应用用情情况况可可能能造造成成油油井井段段污污染染11/19/202217石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院水泥浆封堵：水泥浆封堵：利用水泥凝固后的不透水性来堵水利用水泥凝固后的不透水性来堵水水泥浆体系水泥浆体系水基水泥水基水泥油基水泥油基水泥油基超细水泥油基超细水泥泡沫水泥泡沫水泥膨胀水泥膨胀水泥水泥树脂混合物水泥树脂混合物水溶性聚合物水溶性聚合物-水泥混合物水泥混合物水水泥泥浆浆封封堵堵剂剂类类型型11/19/202218石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院水泥浆封堵水泥浆封堵水基水泥水基水泥1、水泥聚合物堵、水泥

15、聚合物堵剂在配浆时加入一定量的在配浆时加入一定量的环氧树环氧树脂脂和和相应的硬化剂相应的硬化剂聚乙烯胺溶聚乙烯胺溶液液。所用的水溶性聚合物为水解。所用的水溶性聚合物为水解聚丙烯腈等。这类堵剂可用于封聚丙烯腈等。这类堵剂可用于封堵被堵被底水所淹的含水油层底水所淹的含水油层或或油油、水层两者串通后水通过环形空间水层两者串通后水通过环形空间侵入油井的含水层侵入油井的含水层。2、泡沫水泥、泡沫水泥3、早、早强加砂水泥加砂水泥配制：配制：干水泥干水泥、起泡剂起泡剂、稳泡稳泡剂混合配浆剂混合配浆，再通入，再通入氮气氮气配制配制成泡沫水泥。利用泡沫水泥的成泡沫水泥。利用泡沫水泥的粘弹特性、低密度、有气泡等粘

16、弹特性、低密度、有气泡等性质，改善堵水材料的性质，性质，改善堵水材料的性质，提高封堵效果。提高封堵效果。以水泥为胶结剂，石英砂为填充以水泥为胶结剂，石英砂为填充剂，携带液以水为主，以氯化钙和剂，携带液以水为主，以氯化钙和三乙醇胺为早强剂。水携带水泥和三乙醇胺为早强剂。水携带水泥和石英砂进入地层后，形成具有一定石英砂进入地层后，形成具有一定强度和渗透率的人工井壁，在高渗强度和渗透率的人工井壁，在高渗透带凝固，产生防砂堵水的效果。透带凝固，产生防砂堵水的效果。11/19/202219石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院油基水泥油基水泥适用条件：适用条件：油水层交错，在工艺上无法确保油、

17、水层分隔油水层交错，在工艺上无法确保油、水层分隔开的情况。开的情况。普通油基水泥普通油基水泥油基超细水泥油基超细水泥油油油油基基基基水水水水泥泥泥泥 以油为基液，水泥颗粒分散悬以油为基液，水泥颗粒分散悬浮于油中。少量水或与井筒中的水浮于油中。少量水或与井筒中的水接触，水泥浆会稠化，失去流动性。接触，水泥浆会稠化，失去流动性。地层中存在的束缚水足以使少量的地层中存在的束缚水足以使少量的水泥在地层表面上凝固，使用油基水泥在地层表面上凝固，使用油基水泥时要特别注意。水泥时要特别注意。组成：超细水泥、油基携带组成：超细水泥、油基携带液和表面活性剂组成。粒径不足液和表面活性剂组成。粒径不足普通普通API

18、API水泥的十分之一，小于水泥的十分之一，小于10um10um，能够进入普通水泥无法接，能够进入普通水泥无法接近的区域或地层，可以渗透进入近的区域或地层，可以渗透进入管状漏失缝隙或微环隙，甚至可管状漏失缝隙或微环隙，甚至可进入小至进入小至8080100100目的砾石充填目的砾石充填层位。层位。11/19/202220石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院应用条件：应用条件：油井非选择性堵剂油井非选择性堵剂树脂型堵剂树脂型堵剂沉积型堵剂沉积型堵剂凝胶型堵剂凝胶型堵剂冻胶型堵剂冻胶型堵剂非选择性堵剂用于封堵油气井中单一含水层和高含水层非选择性堵剂用于封堵油气井中单一含水层和高含水层可分为

19、四类：可分为四类：11/19/202221石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院树脂型堵剂树脂型堵剂 树脂型堵剂是指由低分子物质通过缩聚反应树脂型堵剂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。树产生的具有体型结构，不溶不熔的高分子物质。树脂按受热后性质的变化可分为脂按受热后性质的变化可分为热固体树脂和热塑型热固体树脂和热塑型树脂树脂两种。两种。热固型树脂热固型树脂是指成型后加热不软化，不是指成型后加热不软化，不能反复使用的体型结构的物质；能反复使用的体型结构的物质；热塑型树脂热塑型树脂是指受是指受热时软化或变形，冷却时凝固，可反复使用的具有热时软化或变形，

20、冷却时凝固，可反复使用的具有线型或支链型结构的大分子。线型或支链型结构的大分子。11/19/202222石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 非选择性堵剂常采用热固型树脂：非选择性堵剂常采用热固型树脂：施工时将液体树脂挤入水层，在固化剂的作用下，施工时将液体树脂挤入水层，在固化剂的作用下，成为具有一定强度的固态树脂堵塞孔隙，封堵水层。成为具有一定强度的固态树脂堵塞孔隙，封堵水层。酚醛树脂酚醛树脂环氧树脂环氧树脂脲醛树脂脲醛树脂糠醇树脂糠醇树脂三聚氰胺三聚氰胺甲醛树脂甲醛树脂热塑型树脂：热塑型树脂：乙烯乙烯醋酸乙烯酯共聚物。醋酸乙烯酯共聚物。油井非选择性堵剂油井非选择性堵剂11/19

21、/202223石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院酚醛树脂酚醛树脂 将市售酚醛树脂将市售酚醛树脂(20(20时粘度为时粘度为150150200mPas)200mPas)，按一定比例加入，按一定比例加入固化剂固化剂(草酸或草酸或SnClSnCl2 2+HCl)+HCl)混合均匀，加热到预定温度，至草酸完全混合均匀，加热到预定温度，至草酸完全溶解树脂且呈淡黄色为止，然后挤入水层使可形成坚溶解树脂且呈淡黄色为止，然后挤入水层使可形成坚固的不透水的屏障，树脂与固化剂的比例及加热温度固的不透水的屏障，树脂与固化剂的比例及加热温度需要通过试验加以确定。需要通过试验加以确定。油井非选择性堵剂油井

22、非选择性堵剂11/19/202224石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院11/19/202225石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院11/19/202226石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 3 3、环氧树脂、环氧树脂 环氧树脂为热固型树脂，常用作粘合剂和制作电环氧树脂为热固型树脂，常用作粘合剂和制作电子组件，子组件，强度比酚醛或糠醇树脂高；强度比酚醛或糠醇树脂高；施工时，在泵注前可向液态环氧树脂中添加几种施工时，在泵注前可向液态环氧树脂中添加几种硬化剂，硬化剂，硬化剂和环氧树脂反应后使其聚合成坚硬惰硬化剂和环氧树脂反应后使其聚合成坚硬惰性的固体。硬化剂为

23、性的固体。硬化剂为乙二胺、多元酸酐乙二胺、多元酸酐等，稀释剂为等，稀释剂为乙二醇乙二醇丁基醚丁基醚。常用的环氧树脂：常用的环氧树脂：环氧脂肪树脂环氧脂肪树脂、环氧苯酚树脂环氧苯酚树脂和和二二烯烃环氧树脂烯烃环氧树脂11/19/202227石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院11/19/202228石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 糠醇本身不能自聚，通常作为活性剂与酚醛树脂和映糠醇本身不能自聚，通常作为活性剂与酚醛树脂和映喃树脂一起作用，遇酸可发生自聚。喃树脂一起作用，遇酸可发生自聚。糠醇堵水是将酸液糠醇堵水是将酸液(质量分数为质量分数为8080的的H H3 3POP

24、O4 4)打入欲封打入欲封堵的水层，然后泵入糠醇溶液，中间加隔离液堵的水层，然后泵入糠醇溶液，中间加隔离液(柴油柴油)以防以防止酸与糠醇在井筒内接触。当酸与糠醇在地层中混合后，止酸与糠醇在井筒内接触。当酸与糠醇在地层中混合后，使发生剧烈的放热反应，生成坚硬的热固型树脂，堵塞地使发生剧烈的放热反应，生成坚硬的热固型树脂，堵塞地层孔隙。层孔隙。如需加大强度来封堵裂缝、孔洞、窜槽及炮眼时，可如需加大强度来封堵裂缝、孔洞、窜槽及炮眼时，可加石英砂或硅粉。糠醇的热稳定性比酚醛树脂或环氧树脂加石英砂或硅粉。糠醇的热稳定性比酚醛树脂或环氧树脂都好，据报道，糠醇固化后能在都好，据报道，糠醇固化后能在31531

25、5干蒸汽下保持稳定。干蒸汽下保持稳定。11/19/202229石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院1 1）相对较为昂贵，无选择性，使用时通常限于井底）相对较为昂贵，无选择性，使用时通常限于井底周围径向周围径向30cm30cm以内；以内；2 2）使用前必须验证处理层位并加以隔离，树脂固化）使用前必须验证处理层位并加以隔离，树脂固化前对水、表面活性剂、碱和酸的污染敏感。前对水、表面活性剂、碱和酸的污染敏感。树脂类堵剂树脂类堵剂优点优点:1 1）可以注入地层孔隙并具有足够高的强度，可封堵）可以注入地层孔隙并具有足够高的强度，可封堵孔隙、裂缝、孔洞、窜槽和炮眼；孔隙、裂缝、孔洞、窜槽和炮眼

26、；2 2）树脂固化后呈中性，和各种井下流体不起反应，）树脂固化后呈中性，和各种井下流体不起反应，有效期长。有效期长。缺点缺点:11/19/202230石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院应用条件：应用条件：油井非选择性堵剂油井非选择性堵剂树脂型堵剂树脂型堵剂沉积型堵剂沉积型堵剂凝胶型堵剂凝胶型堵剂冻胶型堵剂冻胶型堵剂非选择性堵剂用于封堵油气井中单一含水层和高含水层非选择性堵剂用于封堵油气井中单一含水层和高含水层可分为四类：可分为四类：11/19/202231石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院二、沉淀型堵剂二、沉淀型堵剂 沉淀型堵剂是双液法堵剂的一种，特点是强沉淀型堵剂

27、是双液法堵剂的一种，特点是强度高度高(沉淀是固体物质沉淀是固体物质)；剪切稳定性好；热稳；剪切稳定性好；热稳定性高，可用于任何高温地层，化学稳定性好，定性高，可用于任何高温地层，化学稳定性好，单独存在时大多数是很稳定的物质；生物稳定单独存在时大多数是很稳定的物质；生物稳定性好，不受微生物的影响。性好，不受微生物的影响。二、沉淀型堵剂二、沉淀型堵剂11/19/202232石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 向地层注入相遇后可产生封堵物质的两种工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）。作液（或工作流体）。定义：定义：注水注水注水注水第一工作液第一工作液第二工作液第二

28、工作液隔离液隔离液封堵物质封堵物质注入水注入水基本原理：基本原理：调节封堵位置调节封堵位置 隔离液作用：隔离液作用：双液法双液法11/19/202233石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院硅酸钠与氯化钙堵剂硅酸钠与氯化钙堵剂11/19/202234石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院11/19/202235石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院11/19/202236石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院11/19/202237石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院11/19/202238石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院应用

29、条件：应用条件：油井非选择性堵剂油井非选择性堵剂树脂型堵剂树脂型堵剂沉积型堵剂沉积型堵剂凝胶型堵剂凝胶型堵剂冻胶型堵剂冻胶型堵剂非选择性堵剂用于封堵油气井中单一含水层和高含水层非选择性堵剂用于封堵油气井中单一含水层和高含水层可分为四类：可分为四类：11/19/202239石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院凝胶型堵剂凝胶型堵剂1 1、凝胶的定义及类型、凝胶的定义及类型 凝胶是固态或半固态的胶体体系，是由胶体颗粒、高凝胶是固态或半固态的胶体体系，是由胶体颗粒、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

30、被包在其中固定不动，体系失构空隙中充满了液体，液体被包在其中固定不动，体系失去流动性，凝胶性质介于固体和液体之间。去流动性，凝胶性质介于固体和液体之间。凝胶分为凝胶分为刚性凝胶刚性凝胶(如无机凝胶如无机凝胶TiOTiO5 5、SiOSiO2 2等等)和和弹性弹性凝胶凝胶(如线型大分子凝胶如线型大分子凝胶)两类。无机凝胶属非膨胀性凝胶，两类。无机凝胶属非膨胀性凝胶，呈刚性；线型大分子形成的凝胶会吸水膨胀，具有一定的呈刚性；线型大分子形成的凝胶会吸水膨胀，具有一定的弹性。当溶胶在改变温度、加入非水溶剂、加入电解质或弹性。当溶胶在改变温度、加入非水溶剂、加入电解质或通过化学反应以及氢键、范德华力作用

31、时，会失去流动性通过化学反应以及氢键、范德华力作用时，会失去流动性转变成凝胶。转变成凝胶。三、凝胶型堵剂三、凝胶型堵剂11/19/202240石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院凝胶型堵剂凝胶型堵剂三、凝胶型堵剂三、凝胶型堵剂1 1、凝胶的定义：、凝胶的定义：是固态或半固态的胶体体系，由胶体是固态或半固态的胶体体系，由胶体颗粒、高分子或表面活性剂分子互相颗粒、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中充满了液体，液体被包在其中固定不动，体系失去流动性，凝胶性质介不动，体系失去流动性，凝胶性质介于固体和

32、液体之间。于固体和液体之间。2 2、凝胶的定义及类型、凝胶的定义及类型 刚性凝胶：刚性凝胶：如无机凝胶如无机凝胶TiOTiO5 5、SiOSiO2 2等，无膨胀性；等，无膨胀性；弹性凝胶弹性凝胶：如线型大分子凝胶。吸水膨胀，有弹性；：如线型大分子凝胶。吸水膨胀，有弹性；11/19/202241石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院凝胶与冻胶的区别凝胶与冻胶的区别（1 1）化学结构上的区别）化学结构上的区别 凝胶是化学键交联，在化学剂、氧或高温作用凝胶是化学键交联，在化学剂、氧或高温作用下，大分子间交联而凝胶化，发生化学键破坏的情下，大分子间交联而凝胶化，发生化学键破坏的情况下重新恢复

33、为可流动的溶液，为不可逆凝胶。况下重新恢复为可流动的溶液，为不可逆凝胶。冻胶是由次价力缔合而成的网状结构，在温度冻胶是由次价力缔合而成的网状结构，在温度升高、机械搅拌、振荡或较大的剪切力作用下，结升高、机械搅拌、振荡或较大的剪切力作用下，结构破坏变为可流动的溶液，称为可逆凝胶。构破坏变为可流动的溶液，称为可逆凝胶。(2)(2)网状结构中含液量的区别网状结构中含液量的区别 凝胶含液量适中，冻胶的含液量很高，通常凝胶含液量适中，冻胶的含液量很高，通常大于大于9090(体积分数体积分数)。11/19/202242石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 3 3、硅酸凝胶、硅酸凝胶 硅酸有多种

34、组成，水溶液中主要是以硅酸有多种组成，水溶液中主要是以H H2 2SiOSiO4 4存在，存在，H H2 2SiOSiO4 4聚合形成其他不同的多硅酸即硅酸溶胶，如：聚合形成其他不同的多硅酸即硅酸溶胶，如：11/19/202243石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 在各种硅酸中以在各种硅酸中以偏硅酸偏硅酸的组成最简单，通常以的组成最简单，通常以H H2 2SiOSiO3 3代表硅酸。代表硅酸。在稀的硅酸溶液中加电解质或者在稀的硅酸溶液中加电解质或者在适当浓度的硅酸盐溶液中加酸，生成硅酸凝胶，在适当浓度的硅酸盐溶液中加酸，生成硅酸凝胶，凝胶软而透明，有弹性，强度足以阻止通过地层的凝

35、胶软而透明，有弹性，强度足以阻止通过地层的水流，结构如下：水流，结构如下：11/19/202244石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 现场上常用现场上常用NaNa2 2SiOSiO3 3制备凝胶，凝胶的强度可用模数制备凝胶，凝胶的强度可用模数来控制，模数小生成的凝胶强度小，模数大生成的凝胶来控制，模数小生成的凝胶强度小，模数大生成的凝胶强度大。强度大。硅酸凝胶：硅酸凝胶：酸性凝胶酸性凝胶碱性凝胶碱性凝胶酸性凝胶是将硅酸钠加入酸中制成，酸性凝胶是将硅酸钠加入酸中制成，胶凝时间短，凝胶强度大；胶凝时间短，凝胶强度大；将酸加入到硅酸钠中制成，胶将酸加入到硅酸钠中制成，胶凝时间长，凝胶强

36、度小。酸能引发凝时间长，凝胶强度小。酸能引发硅酸钠发生胶凝，称为活化剂，常硅酸钠发生胶凝，称为活化剂，常用的活化剂除酸以外，还有用的活化剂除酸以外，还有C0C02 2、(NH(NH4 4)2 2S0S04 4、甲醛、尿素等。、甲醛、尿素等。11/19/202245石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 堵水机理：堵水机理：NaNa2 2SiOSiO3 3以溶液遇酸后，先形成单硅酸，后缩合成网格以溶液遇酸后，先形成单硅酸，后缩合成网格结构的空隙中充满液体呈凝胶状的多硅酸，主要靠这种凝胶物封堵结构的空隙中充满液体呈凝胶状的多硅酸，主要靠这种凝胶物封堵油层出水部位或出水层。油层出水部位或出

37、水层。适用条件：适用条件：可用于砂岩地层，温度在可用于砂岩地层，温度在16169393范围。除酸外，加范围。除酸外，加其他化学剂可用于灰岩或温度更高的地层；可加石英砂或硅粉提高其他化学剂可用于灰岩或温度更高的地层；可加石英砂或硅粉提高强度，加聚合物增加粘度有助于悬浮固体，提高处理效果。强度，加聚合物增加粘度有助于悬浮固体，提高处理效果。优点：优点：在于价廉，能处理井径周围半径在于价廉，能处理井径周围半径1.51.53.0m3.0m地层，能进入地层，能进入地层小孔隙，在高温下稳定；地层小孔隙，在高温下稳定；缺点：缺点：是是NaNa2 2SiOSiO3 3完全反应后微溶于流动的水中，强度较低，需完

38、全反应后微溶于流动的水中，强度较低，需要加固体增强或用水泥封口。要加固体增强或用水泥封口。11/19/202246石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院作业时要求绝对无水，又要使用大量有机溶剂。作业时要求绝对无水，又要使用大量有机溶剂。11/19/202247石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 5 5、丙凝堵剂、丙凝堵剂 丙凝堵剂是丙烯酰胺丙凝堵剂是丙烯酰胺(AM)(AM)和和N N，NN甲撑双丙烯甲撑双丙烯酰胺（酰胺（MBAM)MBAM)的混合物，在过硫酸铵的的混合物，在过硫酸铵的引发和铁氰化钾的缓凝作用下，聚合生成不溶于水引发和铁氰化钾的缓凝作用下，聚合生成不溶于水

39、的凝胶堵塞地层孔隙，可用于油、水井堵水，常用的凝胶堵塞地层孔隙，可用于油、水井堵水，常用配方为：配方为：11/19/202248石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 6 6、盐水凝胶、盐水凝胶 组成为组成为:羟丙基纤维素羟丙基纤维素(HPC)(HPC)、十二烷基硫酸、十二烷基硫酸钠钠(SDC)(SDC)、盐水，三者混合后形成凝胶。、盐水，三者混合后形成凝胶。优点优点是不需加入铬或铝等金属的盐作活化剂，而是不需加入铬或铝等金属的盐作活化剂，而是控制水的含盐度引发胶凝。是控制水的含盐度引发胶凝。HPCSDCHPCSDC的淡水溶的淡水溶液粘度为液粘度为80mPas80mPas，当与盐水混

40、合后粘度可达，当与盐水混合后粘度可达70000mPas70000mPas。该凝胶在砂岩的岩心流动试验中，。该凝胶在砂岩的岩心流动试验中，可使水的渗透率降低可使水的渗透率降低9595。施工时不必对油藏进。施工时不必对油藏进行特殊设计和处理，有效期达半年。当地层中不行特殊设计和处理，有效期达半年。当地层中不存在盐水时，几天内粘度会降低。存在盐水时，几天内粘度会降低。11/19/202249石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院冻胶型堵剂冻胶型堵剂 是一类弹性凝胶，由高分子溶液经交联剂作用形成是一类弹性凝胶，由高分子溶液经交联剂作用形成的具有网状结构的物质。的具有网状结构的物质。交联的高分

41、子：交联的高分子：聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺(PAM)(PAM)、部分水解聚丙烯酰、部分水解聚丙烯酰胺胺(HPAM)(HPAM)、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素(CMC)(CMC)、羟乙基纤维素、羟乙基纤维素(HEC)(HEC)、羟丙基纤维素羟丙基纤维素(HPC)(HPC)、羧甲基半乳甘露糖、羧甲基半乳甘露糖(CMGM)(CMGM)、羟乙、羟乙基半乳甘露糖（基半乳甘露糖（HEGM)HEGM)、木质素磺酸钠、木质素磺酸钠(NaLS)(NaLS)、木质、木质素磺酸钙（素磺酸钙（CaLS)CaLS)等。等。交联剂：交联剂：多为由高价金属离子所形成的多核羟桥络离子，多为由高价金属离子所形成的多核羟桥络离子，还有

42、醛类或醛与其他低分子物质缩聚得到的低聚合度树还有醛类或醛与其他低分子物质缩聚得到的低聚合度树脂。脂。四、冻胶型堵剂四、冻胶型堵剂11/19/202250石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 冻胶性堵剂很多，如：铝冻胶、铬冻胶、冻胶性堵剂很多，如：铝冻胶、铬冻胶、锆冻胶、钛冻胶、醛冻胶、铬木质素冻胶、锆冻胶、钛冻胶、醛冻胶、铬木质素冻胶、硅木冻胶酚醛树脂冻胶、脲醛树脂冻胶、三硅木冻胶酚醛树脂冻胶、脲醛树脂冻胶、三聚氰胺、甲醛树脂冻胶等。聚氰胺、甲醛树脂冻胶等。11/19/202251石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院11/19/202252石油工程学院石油工程学院石油工

43、程学院石油工程学院 按堵水强度按堵水强度:以树脂最好，冻胶以树脂最好，冻胶(弹性凝胶弹性凝胶)、沉淀型、沉淀型堵剂次之，凝胶最差。堵剂次之，凝胶最差。按成本按成本:凝胶、沉淀型堵剂最低，冻胶凝胶、沉淀型堵剂最低，冻胶(弹性凝胶弹性凝胶)次次之，树脂型最高。沉淀型堵剂是一种强度较好而价廉的之，树脂型最高。沉淀型堵剂是一种强度较好而价廉的堵剂，耐温、耐盐、耐剪切，是较理想的一类非选择性堵剂，耐温、耐盐、耐剪切，是较理想的一类非选择性堵剂。堵剂。在油气井非选择性堵剂中，凝胶、冻胶和沉淀型堵在油气井非选择性堵剂中，凝胶、冻胶和沉淀型堵剂是水基堵剂，有优先进入出水层的特点，施工条件较剂是水基堵剂，有优先

44、进入出水层的特点，施工条件较好的油气选择性堵水中同样也可使用。好的油气选择性堵水中同样也可使用。11/19/202253石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院适用条件：适用条件：不易用封隔器将油层与待封堵水层分不易用封隔器将油层与待封堵水层分开时的施工作业。开时的施工作业。堵水原理：堵水原理：是利用油和水、出油层和出水层之间是利用油和水、出油层和出水层之间的差异来进行选择性堵水的。的差异来进行选择性堵水的。按分散介质的不同分为三类：按分散介质的不同分为三类：水基堵剂、油基堵水基堵剂、油基堵剂和醇基堵剂剂和醇基堵剂。油井选择性堵剂油井选择性堵剂11/19/202254石油工程学院石油工

45、程学院石油工程学院石油工程学院水基堵剂水基堵剂 水基堵剂是选择性堵剂中应用最广、品种最多、成水基堵剂是选择性堵剂中应用最广、品种最多、成本较低的堵剂。本较低的堵剂。油井选择性堵剂油井选择性堵剂水基堵剂种类：水基堵剂种类：各类水溶性聚合物各类水溶性聚合物泡沫泡沫水包油型乳状液水包油型乳状液某些皂类某些皂类11/19/202255石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院各类水溶性聚合物选择性堵剂各类水溶性聚合物选择性堵剂各类水溶性聚合物选择性堵剂各类水溶性聚合物选择性堵剂（1 1）烯丙基类聚合物）烯丙基类聚合物（2 2）阴离子、阳离子、非离子三元共聚物）阴离子、阳离子、非离子三元共聚物（3

46、 3）分散体系）分散体系（4 4）皂类）皂类11/19/202256石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 1 1、烯丙基类聚合物、烯丙基类聚合物各类水溶性聚合物选择性堵剂各类水溶性聚合物选择性堵剂（1 1）聚丙烯酰胺）聚丙烯酰胺 目前使用最广泛和最有效的堵水材料，溶于水而目前使用最广泛和最有效的堵水材料，溶于水而不溶于油，注入地层后限制井内出水，不影响油气的不溶于油，注入地层后限制井内出水，不影响油气的产量。处理时不需要测定水源或封隔层段产量。处理时不需要测定水源或封隔层段(注水井除外注水井除外)，处理费用较低。，处理费用较低。聚丙烯酰胺堵剂的类型聚丙烯酰胺堵剂的类型 聚丙烯酰胺使

47、用前必须先水解，保证水溶性。部聚丙烯酰胺使用前必须先水解，保证水溶性。部分水解的聚丙烯酰胺在堵水应用中分非交联和部分分水解的聚丙烯酰胺在堵水应用中分非交联和部分交联两类，非交联用于低渗透层段，部分交联用于交联两类，非交联用于低渗透层段，部分交联用于高渗透层段。高渗透层段。11/19/202257石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院聚丙烯酰胺的堵水机理聚丙烯酰胺的堵水机理 部分水解的聚丙烯酰胺分子上的酰胺基和羧部分水解的聚丙烯酰胺分子上的酰胺基和羧基影响着分子链的展开程度和吸附能力，聚丙烯基影响着分子链的展开程度和吸附能力，聚丙烯酰胺的选堵能力表现在流动阻力上。残余阻力的酰胺的选堵能

48、力表现在流动阻力上。残余阻力的机理是吸附、捕集和物理堵塞。机理是吸附、捕集和物理堵塞。11/19/202258石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 a a吸附理论吸附理论(亲水膜理论亲水膜理论)进入地层的进入地层的HPAMHPAM中的一中的一CONHCONH2 2和一和一COOCOO可通过可通过氢键吸附在由于出水冲刷暴露出来的岩石表面上，氢键吸附在由于出水冲刷暴露出来的岩石表面上，形成一层亲水膜。形成一层亲水膜。HPAMHPAM分子中未被吸附的部分可分子中未被吸附的部分可在水中伸展，对水产生摩擦力，降低地层水的渗在水中伸展，对水产生摩擦力，降低地层水的渗透性，油气通过亲水膜孔道时，

49、透性，油气通过亲水膜孔道时，HPAMHPAM分子不亲油，分子不亲油，分子不能在油中伸展，对油的流动阻力影响小。分子不能在油中伸展，对油的流动阻力影响小。进入油层的进入油层的HPAMHPAM，由于砂岩表面为油所覆盖不发，由于砂岩表面为油所覆盖不发生吸附，不堵塞油层，可以认为生吸附，不堵塞油层，可以认为HPAMHPAM薄膜对水产薄膜对水产生阻力，对油气流起润滑作用。生阻力，对油气流起润滑作用。11/19/202259石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 b b动力捕集理论动力捕集理论 HPAMHPAM分子很大，相对分子质量为几百万至分子很大，相对分子质量为几百万至几千万。分子链具有柔顺

50、性，松弛时一般卷曲呈几千万。分子链具有柔顺性，松弛时一般卷曲呈螺旋状，在泵送通过孔隙介质时受剪切和拉伸力螺旋状，在泵送通过孔隙介质时受剪切和拉伸力作用发生形变，沿流动方向取向。当径向泵入地作用发生形变，沿流动方向取向。当径向泵入地层，外力消除后，分子松弛成螺旋状。当油气井层，外力消除后，分子松弛成螺旋状。当油气井投产时，卷曲的聚合物分子桥堵孔隙喉道阻止水投产时，卷曲的聚合物分子桥堵孔隙喉道阻止水流。油气能使大分子线团体积收缩，能减少出水流。油气能使大分子线团体积收缩，能减少出水量，油气产量不受影响。量，油气产量不受影响。11/19/202260石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院c