油田堵水调剖剂的研究进展

巩权峰，魏学刚，辛 懂

（西安石油大学，陕西西安 710065）

随着国内大部分油气田逐渐进入注水开发阶段。由于油藏地质构造的复杂性、地层内部结构的非均质性，使得油田在注水开采过程中，油井普遍见水。随着注水量的增加，注入水会很快沿着高渗透层突进，形成水流优势通道，使得注入水波及体积较小，油井产量下降。在注水井中注入调剖堵剂是国内外油田封堵高渗透层的主要方法。根据施工对象不同，堵水作业可分为生产井堵水和注水井调剖两大类，无论是堵水还是调剖，当前最有效的都是使用化学堵剂。这类堵剂可分为颗粒型堵剂、泡沫类堵剂、树脂类堵剂、冻胶类堵剂。

1 颗粒型堵剂

颗粒型堵剂主要包括黏土、水泥和粉煤灰等无机颗粒，堵水方式主要以悬浮体的形式进入地层，由于地层渗透率的差异，颗粒堵剂会首先进入高渗透层和裂缝地带，增加高渗透层的渗流阻力，使注入水能够进入中低渗透层，增大注水波及系数，改善了驱油效果，从而提高油田最终采收率。

为了解决由于常规的石英砂粒径较大不能完全堵住裂缝的问题，刘雪峰等[1]研制了一种简便的无机盐晶体型颗粒暂堵剂，根据物质溶解度的差异，将一定量的氯化钠溶解后，加入氯化钙、氯化钾等无机盐反析出氯化钠晶体，并添加分散剂、稳定剂、缓蚀剂等助剂，使析出的氯化钠晶体颗粒能稳定的分散在溶液中，从而得到一种水溶性的无机盐晶体暂堵剂。该堵剂具有良好的抗温性，在岩心驱替和现场应用实验均具有良好的封堵能力。该堵剂原材料来源广泛，价格低廉，具有良好的应用价值。

滕福景等[2]针对超细水泥颗粒小、水化速度快、初凝时间比普通水泥短的问题，通过在超细水泥中加入纤维素类高分子FD-2 和缓凝剂HNJ 的方法使水泥的固化时间和固化强度得到显著的改善[3]。在抗压强实验中，探究出水泥堵剂的强度主要受FD-2 溶液与超细水泥质量比影响，比值越小，固化后强度越高，温度对堵剂强度大的影响较小。堵剂体系固化时间受FD-2溶液与超细水泥质量比的比值和温度的影响较大，比值越小，温度越高，固化时间越短。在现场施工中可以通过调节缓凝剂HNJ 的用量，调节堵剂的初凝时间。

2 泡沫类堵水剂

泡沫具有遇油消泡、遇水稳定、对储层伤害较小的特点，同时它还是一种性能优良的表面活性剂，可以有效降低油水界面张力，被广泛地用于油田堵水调剖作业中。

李亮等[4]通过对氮气泡沫调驱技术研究，优选出了适用于塔河高温高盐油藏的阴离子型发泡剂。该发泡剂在矿化度200 000 mg/L、温度130 ℃、老化15 d 的条件下，泡沫半衰期还能维持15 min，稳定性能显著。在岩心驱替实验中，探究油井含水率对采收率的影响，得出当生产井含水率在80%～90%时，采收率最高；通过在不同渗漏率的填砂管测试氮气泡沫注入量、注入方式对油藏采收率的影响，得出当氮气泡沫的注入量是地层总孔隙体积的一半时，采收率最好；采用段塞方式注入的采收率要比连续注入方式的采收率高。在现场实际应用中，也取得了很好的成果，原油的含水率比原来下降10%，产油量比原来增加5%。

李翔等[5]通过对渤海油田使用的SD 型起泡剂进行实验探究，优选出SD 的最佳使用浓度；在渗透率为500×10-3μm2、原油黏度小于100 mPa·s 的油藏条件下，配方1.0%SD 型起泡剂+0.1%聚合物的泡沫堵剂体系，能够很好的降低生产井的含水率。

针对渤海油藏以高渗层砂岩为主、储层孔喉尺寸较大的特点、张云宝等[6]研发由起泡剂、稳定剂（SiO2纳米颗粒）、氮气组成的三相泡沫堵剂体系。稳泡剂的加入可以增加泡沫的厚度，从而增加泡沫的稳定性。探究了起泡剂、稳定剂的浓度对泡沫的起泡体积，析液半衰期、泡沫半衰期的影响。实验结果证明，当起泡剂（FASD）浓度为0.4%、稳泡剂浓度为0.3%，泡沫的各项性能最优。同时考察了注入时机，原油黏度对泡沫堵水的影响。结果表明，油井含水率越高，泡沫堵水对高渗透层分流越好。原油黏度对泡沫堵剂的影响较大，这是因为当原油黏度较高时，重烃和非烃物质组分含量较高，会降低起泡剂的含量，使泡沫稳定性下降。因此该堵剂体系适用于高含水高渗透、原油黏度较小的油藏。

邱红兵[7]研制出一种适用于曙光油田一区稠油古潜山油藏的高温三相泡沫调剖体系。通过在油藏13938 区块现场应用，在2006-2008 年三年的时间里，区块油井累计增油9 653 t，含水率下降14.5%。

陈启斌等[8]用发泡剂十二烷基苯磺酸钠、交联剂醋酸铬、高分子聚合物聚丙烯酰胺制备了一种泡沫凝胶体系，这种体系具有用液量少、价格低廉、滤失量小、对储层伤害小等优点。探究了聚丙烯酰胺质量分数对泡沫凝胶质量的影响；气体流量对泡沫尺寸的影响。实验结果表明:随着聚丙烯酰胺质量分数的增加，泡沫凝胶的质量值在增大，当气体流量控制在60 mL/min泡沫凝胶的平均尺寸能达到0.72，在实际应用中可以通过调节聚丙烯酰胺和气体流速和控制泡沫凝胶的质量和尺寸。

3 树脂型堵水剂

树脂型堵剂是指树脂与固化剂反应生成具有网状结构的物质。油田常用的树脂是酚醛树脂和环氧树脂。通常油田在施工时，将热固性树脂与固化剂混合后同时注入地层，树脂在固化剂和地层高温的条件作用下，又可固化成具有高强度的堵水剂，将高渗透层堵住。树脂类堵剂因为其优良的性能，室温下，黏度较低，易注入，固化后又可形成具有高强度、高韧性和耐腐蚀性，能够很好的封堵渗透率较大孔隙、裂缝、孔洞，被广泛应用于油田堵水作业中。

杨彪等[9]以环氧树脂作为封窜剂主剂，缩水甘油丁醚为稀释剂、TEA 为固化剂、硅烷偶联剂KH-560 为增强剂，制备一种环氧树脂液体胶塞封窜堵剂体系。这种堵剂体系在室温下是液态，有较好的流动性，黏度较小，有较好的注入性，在地层高温和催化剂的作用下，又可固化成具有高强度、高韧性性能的堵剂。通过考察稀释剂加量、固化剂加量、KH560 加量对封窜堵剂的成胶时间，成胶强度的影响。实验结果表明，当缩水甘油丁醚的用量为15%（占环氧树脂总量），固化剂TEA 用量为10%时，环氧树脂胶塞封窜堵剂的固化时间为3 h，固化后的抗压强度可达到20 MPa，封堵性能非常优良。当加入3%～4%（占环氧树脂总量）的增强剂KH-560，环氧树脂胶塞的封窜性能可提高2 倍左右，可见增强剂KH-560 的加入可很好的增强堵剂的封窜能力。

环氧树脂具有收缩率小、良好的黏结性能和耐腐蚀性等优点，但由于自身黏度过高，影响了它的使用。张文昌等[10]合成了一种具有特殊结构的酚醛树脂作为固化剂，双酚F 型环氧树脂为主剂、2-乙基-4-甲基范围咪唑为促进剂，制备了一种低黏度树脂堵剂。通过探究酚醛树脂固化剂的加量对堵剂体系黏度和力学性质的影响，实验研究发现，当加入酚醛树脂的质量分数占体系总质量的80%，黏度可降到50 mPa·s 以下；固化后，堵剂在温度高达370 ℃时开始分解，具有很好的耐温性能。促进剂2-乙基-4-甲基咪唑的加入可缩短体系的固化时间，可以通过调节2-乙基-4-甲基咪唑的加量调节该体系的固化时间。正丁醇醚化酚醛-环氧树脂体系具有强度高，压缩强度可达130 MPa，热稳定性优良，可以在地层高温条件下保持长期稳定。

4 冻胶型堵水剂

冻胶型堵水剂是由聚合物溶液和适当的交联剂制备而成的。常用的聚合物有聚丙烯酰胺、木质素磺酸盐、二元聚合物丙烯酰胺/二丙烯酰胺二甲基丙磺酸等；交联剂一般用高价能与聚合物分子形成的多核轻桥络的金属离子或低分子醛类化合物。

焦新萍等[11]研制了一种以聚丙烯酰胺为主剂、乙酸铬为交联剂、木质素磺酸钠作增强剂的延缓型HPAM/Cr 调剖堵水体系，探究了聚合物用量，交联剂用量，木质素磺酸钠用量对冻胶成胶性能的影响，实验结果表明，当调剖剂聚丙烯酰胺用量为0.6%，交联剂乙酸铬用量在0.12%～0.20%，延缓剂用量为0.75%，催化剂用量在0.1%～0.15%时，该堵剂体系能在30～90 ℃温度范围内、pH 在4～9 的油藏条件下能很好提高原油的采收率，降低含水率。

田壮壮等[12]从韧性和强度两方面对木质素进行改性处理，通过在碱木素-乌洛托品-苯酚体系中加入适量的增韧剂，最终形成两种具有超高韧性和超高强度的新型碱木素冻胶体系。该体系通过在西北某油田进行现场应用，取得了很好的增产效果，生产井含水率降至原来的60%左右，日产增油量近2 t。

羧甲基纤维素（CMC）来源广泛，价格低廉，且具有多环多羟基结构，能很好的改善冻胶的油水选择性、反应活性、耐温性和抗剪切性。史春华等[13]利用羧甲基纤维素（CMC）为主剂、有机铬为交联剂、硫代硫酸钠为添加剂，研制了一种耐温型堵水剂。探究了温度、矿化度、冻胶性能的影响。实验结果表明，温度和矿化度对该冻胶的成胶时间和稳定性有很大的影响，温度超过160 ℃时，冻胶成胶后迅速脱水破胶；矿化度越高，体系的成胶时间缩短，强度减弱，脱水率升高。

黎慧等[14]研制了专门针对常规冻胶堵剂在高温高矿化度条件下，稳定性能差、溶解时间长的适用于海上油田的速溶冻胶堵剂。这种堵剂是由乳液聚合物、单体交联剂和稳定剂制备而成。研究了温度，矿化度对冻胶体系的成胶时间，成胶强度的影响。实验结果表明，在温度130 ℃，矿化度在33 300 mg/L 的条件下，冻胶的成胶时间可控制在4～10 h，强度等级可达到D～H。该冻胶体系还具有很好的溶解性，在温度30 ℃的条件下，完全溶解时间只需20 min 左右，在高温的环境下，堵剂强度高，稳定性好；在低温时，又可快速溶解，具有很好的应用前景。

深部调剖注入剂量大，注入所需时间较长，需要堵剂在较长的时间下成胶。徐元德等[15]针对该问题研制出了一种缓凝阳离子聚合物铬冻胶堵剂。这种堵剂是由（AM）/丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）二元共聚物、醋酸铬、铝凝胶构成，其中铝凝胶为缓凝剂，通过在体系中加入铝凝胶，来调控冻胶体系的成胶时间。考察了该冻胶体系的耐温耐盐性能、注入性、抗剪切性能。实验结果表明，当温度在90 ℃、矿化度为1.6×104mg/L的条件下，冻胶的成胶时间可以控制在55 h，强度可达到12 Pa，属于高强度冻胶；成胶液在温度80～90 ℃时，黏度不超过250 mPa·s，具有很好的注入性，在剪切速率100 s-1条件下剪切60 min，冻胶的弹性模量仅降低了14%，具有很好的抗剪切性。在岩心驱替实验中，封堵率可达96%以上。

5 小结

颗粒型堵剂价格低廉、抗温耐盐性能显著，无论是水驱还是气驱，对于封堵高渗透大孔道窜流都有很好的效果。但由于是颗粒型堵剂对地层的封堵没有选择性，容易对储层造成伤害，限制了其使用范围。树脂类堵剂固化后强度高，抗温耐盐性能显著、有效期长，但由于溶液本身黏度过高，很难注入地层，没有选择性。泡沫类堵水剂能有效降低油水界面张力，提高洗油效率，对地层伤害较小，但泡沫体系的化学热稳定性较差，稳定周期短，很难在油田大范围使用。冻胶类堵剂种类繁多，抗剪切性能优异，强度高，封堵效果显著，但由于成本太高，耐温性较差，限制了冻胶的适用范围。因此还需进一步研发低成本、耐高温、稳定周期长、对环境友好型堵剂。