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堵水劑一般是指用于生產井堵水的處理劑,調剖劑則是用于注水井調整吸水剖面的處理劑。兩種劑多數情況可以相互通用。
目前國內外常用的堵水劑有兩類,一類是選擇性堵水劑,有聚丙烯酰胺、丙烯腈、氯硅烷等,可起到同層內降水增油的目的,不足之處是用量大、成本高、強度低;第二類是以水玻璃、氯化鈣為主要原料的雙液堵水劑、水玻璃單液堵水劑及水泥等非選擇性堵水劑,它封堵強度高、有效期長,但成本高,工藝復雜,動用設備多。
我國的堵水調剖劑發展很快,品種較多,據統計,油田已應用過的堵水調剖劑約有70余種,下面分成8類介紹:
(1)水泥系列
水泥是使用最早的堵水劑,價格便宜,強度大。
美國大約有95%以上的堵水作業是擠水泥。使用普通水泥的成功率只有30%,而使用超細水泥,作業成功率可提高到94%。原因就是一般水泥顆粒大,不易進入中低滲透性地層。
超細水泥是經再次粉碎細化了的油井水泥,粒徑為10μm左右,這使它能夠進入0.15mm以上的縫隙,對于封堵“大孔道”、油井管外水竄、套管縫孔泄漏、封堵射孔孔眼等具有明顯的效果。
(2)無機鹽沉淀類
這類堵劑以水玻璃為主。水玻璃由SiO2和 Na2O組成,按二者含量分為原硅酸鈉(2 Na2O ?SiO2)、正硅酸鈉(Na2O ?SiO2)、二硅酸鈉(Na2O ?2SiO2)。Na2O 和SiO2的摩爾比稱為模數,是水玻璃的一個主要特征指標。模數越小,生成的凝膠強度低。國產的一般模數在2.7~3.3。水玻璃溶液與酸性物質(如氟硅酸)混合后生成多硅酸,形成一種立體網狀結構的半固態凝膠體,堵塞地層。為使其適應高溫地層,可加入醛、醇或氧化物等,以延遲凝膠時間。水玻璃溶液的初始粘度低,注入方便,生成的膠凝強度高,可適應不同溫度的地層。
遼河油田采用以水玻璃為主劑,以不含α—H的醛為膠凝劑,反應形成硅酸凝膠體系,對于封堵大孔道十分有效。在40℃條件下,膠凝時間可長達20天以上。
水玻璃溶液也可與多種金屬離子反應生成不溶于水的無機鹽沉淀,如CaCl2、Al2(SO4)3、FeSO4。施工時,先后注入水玻璃和氯化鈣等水溶液,中間再打一段水隔離,使兩種液體在地層深部相遇,反應生成沉淀物,堵塞出水地層,可以進行多段塞、大劑量深部處理。這就是雙液法注入工藝。
(3)樹脂類
堵水樹脂有酚醛樹脂、脲醛樹脂、糠醛樹脂、環氧樹脂等。在地層中,這類樹脂與固化劑反應形成堅硬的固體,堵塞孔道和裂縫,可堵水、堵串、堵裂縫、堵夾層等。其優點是強度高、有效期長,缺點是成本高、沒有選擇性、誤堵油層后解堵困難。近年來,純樹脂類堵水劑的應用已較少。
(4)聚合物凍膠類
此類是我國近年來研究應用最廣的堵水調剖劑,包括合成聚合物、天然改性聚合物、生物聚合物等。它們的共同特點是溶于水,在水中有優良的增粘性,線性大分子鏈上都有極性基團,能與某些多價金屬離子或有機基團(交聯劑)反應,生成體型的交聯產物凍膠,粘度大幅度增加,失去流動性和水溶性,顯示較好的粘彈性。
聚丙烯酰胺的大量應用,給化學堵水調剖技術開創了新局面。將聚丙烯酰胺水解后溶于水,混入甲醛或306樹脂(多羥基的三聚氰胺酰化物),在酸性條件下,縮聚生成凍膠。本劑適合層間或層內縱向滲透率差異較大但油層無裂縫的油藏。
木質素磺酸鈣復合凝膠堵水技術,具有強度高、粘彈性好、熱穩定性好、用量調節范圍寬、可解性好、抗鹽性好等優點,其膠凝時間也可以控制和調節,便于現場大量配制。
木質素來源于造紙廠的紙漿廢液,有兩類:一類是木材用亞硫酸鈉處理產生的廢液,主要成分為木質素磺酸鹽,其分子結構非常復雜,主要含有甲氧基、羥基、醛基、羧基等,這類木質素常與聚丙烯酰胺混用,以重鉻酸鈉或水玻璃為交聯劑,形成凍膠。勝利油田經試驗推薦的配方是:木鈣,3%~5%,氯化鈣0.7%~1.1%,重鉻酸鈉0.8%~1.1%,聚丙烯酰胺,分子量300萬~400萬,0.7%~1.1%,膠凝時間1.5~2.5h。
另一類是蘆葦、稻草等非木材原料與堿蒸煮產生的堿法草漿黑液,成分也很復雜。
生物聚合物中目前在國內用于油田堵水調剖的產品是黃原膠,它是用蔗糖或淀粉做原料、經黃單孢桿菌發酵而產生的水溶性高分子多糖聚合物,其分子量可達50萬~500萬,其羥基能與多種金屬離子結合,如與三價鉻離子(Cr3+)結合生成凝膠體。
(5)顆粒類
顆粒類堵劑是一種經濟有效的堵劑,尤其是高滲透地層、需要進行深部處理的大孔道地層,效果明顯。
顆粒類堵水調剖劑品種較多,可以分為以下幾個小類:(1)非膨脹性顆粒,如石粉、果殼粉、蚌殼粉、石灰乳等。(2)體膨脹性聚合物顆粒,如輕度交聯的聚丙烯酰胺顆粒、聚乙烯醇顆粒、海帶粉、黃豆粉等,還有吸水膨脹達幾百倍的高吸水性樹脂。(3)土類,包括膨潤土、粘土、黃河土、安丘鈉土、夏子街鈉土以及PAM溶液—土類,鉻凍膠—夏子街鈉土等。
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