选择性堵剂是指能够有效降低水相渗透率而对油相渗透率损害较小的堵剂。由高分子聚合物组成，用于选择性堵水的聚合物。用作选择性堵剂的聚合物分子具有线性主链, 而侧链带有活性基团, 对油、水有着不同的作用。
研究背景
注水开发的油田,开采一个阶段之后,由于地层是多层且为非均质的,随着注入油层水量的增加,使得注入剖面很不均匀。有的区块含水量很高,而有的区块则注水效果不明显,甚至有的区块注入水很快沿高渗透层突破,水对高渗透层的冲刷提高了它的渗透率,使地层的非均质性进一步扩大,致使油井大量出水,产能降低。为了使注入水均匀推进,减少油井出水,可以从注入井封堵高渗透层,调整注入地层的吸水剖面,即所谓注入井调剖;或是封堵出水层,降低油井出水量,称为油井堵水。无论是调剖还是堵水,行之有效的方法都是使用
化学试剂。
油井出水是油田开发过程中不可避免要遇到的问题。油井采出液所含的水来自注入的驱替水、储油区的边水、储油圈闭中油层以下的底水。驱替水和边水的窜流最好用深部调剖技术,但该技术还不够成熟,因此从生产井封堵高渗透层的堵水技术仍是不可缺少的方法。对于底水推进的问题,最好用推进处建立水油隔板的方法解决。油井出水会造成很多危害:消耗地层能量,减少油层
最终采收率;降低抽油井的泵率;使管线和设备的腐蚀与结垢严重;增加脱水站的负荷;若不将脱出的水回注,还会增加环境污染。因而降低采出液的出水率有其重要的意义。如果油井有缺陷使得产量很低,那么堵水处理从工艺和经济上就会很有效。该工艺是一个极大增加原油产量、降低操作费用的方法。
选择性堵水
选择性堵水方法适用于封堵同层水, 不易用封隔器与油层分隔开的水层。选择性堵水使用选择性堵剂。
实际上, 选择性堵水不仅存在着堵剂对油水的选择性封堵, 而且存在着地层对堵剂的选择性进入。岩心模拟试验结果和取心井资料表明, 渗透率差异较大的油层, 水洗段都在高渗透地层, 而低渗透地层则水驱效果极差, 基本上保持着
原始含油饱和度。试验表明,在堵水过程中, 这些水溶性的堵剂将优先进入高渗透地层而很少进入低渗透地层, 从而有效地封堵高渗透带, 扩大注入水的波及系数, 改善低渗透带原油的水驱效果, 提高注水开发的原油采收率。
选择性堵水用于封堵低渗透油层的效果最好, 地层渗透率一般要求低于0. 5 μm2 。选择性堵水方法不适用于渗透率过高的油层, 更不适用于有裂缝或大孔道的油层。
机理
选择性堵剂多由
高分子聚合物组成。用作选择性堵剂的聚合物分子具有线性主链, 而侧链带有活性基团, 对油、水有着不同的作用。这种聚合物水溶液注入地层后, 一部分基团就吸附在岩石表面, 当水通过吸附有聚合物的岩石孔道时, 聚合物分子就舒张开来, 另一部分基团对水分子产生吸附作用, 从而增加了水的流动阻力, 使得
水相渗透率降低, 达到减少地层出水的目的。当油通过这些孔道时, 聚合物分子就产生收缩, 紧贴于岩石表面, 对油的流动阻力无明显增大, 对油相渗透率损害较小。实际处理井的统计数据表明,有60%～70%的油井, 产水量下降而产油量增加, 达到了降水增油的目的。
分类
选择性堵剂可分为水基堵剂、油基堵剂和醇基堵剂三类。
(1) 部分水解聚丙烯酰胺溶胶堵剂。
基本组成: ①HPAM: 0 . 5%～1 . 0% (质量分数,下同) , Na2S2O3 : 0.03% ～ 0.05% ; ② HPAM: 0 .5% ～1 . 0% , Na2S2O3: 0 .03% ～0 . 05% ,临苯二胺: 0 . 04%～0 . 08%。作用机理: 部分水解聚丙烯酰胺( HPAM) 为线性高分子聚合物, 其侧链带有酰胺基( - CONH2 ) 和羧钠基( - COONa )。注入地层后, HPAM 分子中的- CONH2 与地层岩石通过氢键作用产生
单分子层吸附; 而- COONa 则对水有较强的亲和力, 在粘度效应、残余阻力和粘弹效应作用下, 封堵地层孔隙, 阻止水的流动, 起到选择性堵水的作用。配方②中添加的临苯二胺, 可增加体系的耐温性能, 扩大堵剂的使用范围。
主要性能与适用范围:
该堵剂为水基选择性堵剂, 堵剂溶液的地面粘度为30～ 50mPa·s , 堵水率为70%～80%。配方①适用于40～80 ℃、地层水矿化度小于5000 mg/ L、渗透率低于0 . 3 μm2 的砂岩或碳酸盐岩油藏堵水。配方② 适用于80～130 ℃、地层水矿化度小于5000 mg/ L、渗透率低于0 . 3 μm2 的砂岩或碳酸盐岩油藏堵水。
(2) 甲叉基聚丙烯酰胺溶胶堵剂。基本组成: 甲叉基聚丙烯酰胺为0 . 3%～0 .7% ( 质量分数, 下同) ; Na2S2O3为0 . 03%～0 . 05%。
作用机理: 甲叉基聚丙烯酰胺由丙烯酰胺单体与
双丙烯酰胺单体聚合而成, 其分子中含有与聚丙烯酰胺相同的酰胺基( - CONH2 ) 和羧钠基( - COONa )。这种高聚物除具备与部分水解聚丙烯酰胺溶胶堵剂相同的选择性封堵机理外, 还具有与地层表面作用产生亲水膜而选择性堵水的作用。
主要性能与适用范围:
①主要性能, 该堵剂为水基选择性堵剂, 堵剂溶液的地面粘度小于50 mPa·s , 堵水率为60%～70%。在温度低于90 ℃的条件下, 其稳定期较长。
② 适用范围, 适用于40～90 ℃、空气渗透率小于0 . 3 μm2 的砂岩油层堵水。
(3) F-HPAM 堵剂。
基本组成: ①HPAM: 0 . 8% ～1 . 2% (质量分数, 下同) , CH2O:0 . 6%～ 1 . 1% ; ② HPAM: 0 . 6% ～ 1 . 0% , CH2O: 0 . 6% ～ 1 . 1% ,
间苯二酚: 0 . 03% ～0 . 06%。
作用机理:
HPAM分子中含有酰胺基( - CONH2 ) 和羧钠基( - COONa )。- CONH2 通过氢键吸附在岩石表面, - COONa 对水有较强亲和力, 增加水的流动阻力, 使得水相渗透率降低; 甲醛交联HPAM形成具有网状结构的冻胶堵塞地层孔隙; 加入间苯二酚增加体系热稳定性。
主要性能与适用范围:
①主要性能, 该堵剂为水基选择性堵剂, 堵剂溶液的地面粘度低(15～20 mPa·s ) , 易泵入含水饱和度高的高渗透层, 堵水率为70% ～80%。
② 适用范围, 配方1 适用于50～70 ℃砂岩油藏油井堵水和注水井调剖; 配方2 适用于50～90 ℃ 砂岩油藏油井堵水和注水井调剖。
(4) 活性稠油堵水剂。
基本组成: 活性稠油堵水剂中所用原油的胶质、沥青质含量大于50% , 粘度为500～1000 mPa·s。所用
表面活性剂为
烷基磺酸钠(AS) 或
烷基苯磺酸钠(ABS) 。
堵剂中各组分配比为原油∶
表面活性剂= 1∶0.005。
作用机理:
活性稠油堵水剂为油基堵剂, 其中的原油与活性剂混合液注入地层后, 与地层水形成油、水分散体, 改变岩石的界面张力。体系中的油滴产生Jamin 效应使水流受阻, 降低水相渗透率, 起到选择性堵水的作用。
主要性能与适用范围:
活性稠油堵水剂配制液的地面粘度小于300 mPa·s , 形成水分散体后最高粘度达1300 mPa·s , 堵水率为60% , 适用于40～60 ℃的砂岩地层封堵同层水。
(5) 有机硅堵水剂。
基本组成: 有机硅堵水剂中所用有机硅为氯硅烷釜残液, 其密度为1 . 11 g/ cm3 , 含氯量为39%～40%。醇类为乙醇或多元醇。
堵剂中各组分配比为氯硅烷釜残液∶醇= 100∶ ( 5～50 )。
作用机理: 有机硅堵水剂为醇基堵剂。氯硅烷的醇解产物具有线型或体型结构, 可牢固吸附于砂岩表面而改变表面性质, 形成亲油憎水膜, 起到选择性堵水作用。
主要性能与适用范围: 有机硅堵水剂配制液的地面粘度低, 凝固时间为5～60 min ,岩心抗折强度为0.2～0.9 MPa, 耐温抗盐, 堵水率大于80%。适用于150～200 ℃ 的砂岩油层堵水。
发展趋势
我国现有堵水剂基本上能满足国内各类油藏条件下堵水调剖剂的需要,但能满足某些特殊要求的品种较少。许多堵水剂的性能需要完善,品种需要实现系列化。我国大部分油田已处于高含水开采期,许多油层被水淹,或在长期注水后孔隙发生很大变化,非均质性更严重。地层需要进行大剂量多段塞深部处理,堵水剂用量大,只有廉价的堵水剂才有使用价值。进一步加强廉价原料和工业废弃物的研究和利用,是今后堵水调剖剂研究的方向。
如果能利用国内的一些过剩资源生产堵水剂,不仅降低了堵水剂的生产成本,还为资源的合理利用找到了新的途径,可谓一举两得。
油田堵水剂今后的发展方向主要有:
(1)由于采油条件越来越苛刻,急需发展耐高温、高矿化度、耐硬水、高强度的堵水剂;
(2)降低生产成本,扩大原料来源,如利用工业废液或一些过剩资源等研制堵水剂;
(3)堵水剂用量极大,发展低污染甚至无污染的堵水剂值得高度重视。