唐佳斌，李悅欣，肖路業(yè)，趙春立，楊雙春

(遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001)

油層過早見水或出水過多將會(huì)給油田開發(fā)工作帶來嚴(yán)重影響，不僅會(huì)導(dǎo)致形成部分死油區(qū)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使油井停產(chǎn)，影響油田綜合開發(fā)效益[1-3]。采用化學(xué)堵水工藝能夠有效解決油井出水問題，該工藝?yán)枚聞┰诘貙又凶兓傻奈镔|(zhì)達(dá)到封堵地層出水孔道的目的，并且能夠提高油田的最終采收率[4-5]。我國油田化學(xué)堵劑由最初的水泥漿、樹脂堵水逐漸發(fā)展成為采用水溶性聚合物及其凝膠堵水[6-7]，經(jīng)濟(jì)效果也明顯提高[8]。經(jīng)過對各類化學(xué)堵劑文獻(xiàn)的調(diào)研、整理和分析，本文對各種化學(xué)堵劑進(jìn)行了闡述，分析了堵劑在現(xiàn)場應(yīng)用中的優(yōu)勢，對其未來的發(fā)展提出建議，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 水泥型堵劑

康紅兵[9]選用普通G級油井水泥、粉煤灰、硅粉、0﹟柴油、原油等材料進(jìn)行油基水泥漿的配制，并根據(jù)穩(wěn)定性和流動(dòng)性優(yōu)選出相應(yīng)的堵劑配方：油灰比為1∶1，G級油井水泥與粉煤灰、硅粉之比為8∶1∶1，潤濕分散劑B1加量2.5%，高溫緩凝劑T1加量為3.5%。研究表明該堵劑在巖心堵水實(shí)驗(yàn)中能夠有效封堵大裂縫，并且具有良好的耐高溫、耐沖刷性能。安娜[10]選用水與國產(chǎn)超細(xì)水泥(平均粒徑7 μm)質(zhì)量比為1∶0.8～1∶1.2、懸浮分散劑XFJ-1濃度0.1%～0.3%、緩凝劑HNJ-2濃度0.5%～1.5%的堵劑配方對楚28斷塊油井進(jìn)行堵水作業(yè)，該堵劑體系利用超細(xì)水泥微小粒徑可進(jìn)入微滲孔隙的特點(diǎn)達(dá)到深部封堵的目的，對孔隙性巖芯堵塞率可達(dá)90%以上，可適用于60～110 ℃的油藏溫度條件且封堵強(qiáng)度高，耐沖刷性能好，但該堵劑油層的封堵可能是不可逆轉(zhuǎn)的，在使用時(shí)需要考慮油井的開發(fā)情況。現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明該堵劑能夠有效降低產(chǎn)水量(降水率為48%～61%)，但超細(xì)水泥水化速度較快，初凝時(shí)間比普通水泥短，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

水泥堵劑在高滲油藏的應(yīng)用較為廣泛，傳統(tǒng)水泥堵劑具有耐溫、耐鹽，價(jià)格低廉的特點(diǎn)[11-12]，但堵水有效期短并且作為非選擇性堵劑會(huì)對油層造成傷害。水泥類堵劑中只有油基水泥能夠進(jìn)行選擇性堵水，但選擇能力相對較差，在今后的研究中可以結(jié)合凝膠、凍膠等類型堵劑同時(shí)對油井進(jìn)行封堵作業(yè)，以增強(qiáng)堵水效果。

2 樹脂型堵劑

趙修太[13]以丙烯酸鈉和丙烯酸胺單體為原料制備了高吸水性樹脂(AAWR)，并將其配成0.1%～0.2%的水基懸浮液進(jìn)行堵水性能實(shí)驗(yàn)。研究表明，AAWR微粒進(jìn)入巖心孔道中吸水溶脹，進(jìn)而將孔道封堵，對于滲透率低(<10 μm2)，礦化度低(<5 000 mg/L)，突破壓力高的情況，AAWR堵劑堵水率高達(dá)99%以上，堵油率僅為10%左右，其具有堵水效果好、選擇性強(qiáng)的特點(diǎn)。但AAWR的吸水性能容易受到被吸介質(zhì)、溫度、水溶液酸堿性及礦化度的影響，穩(wěn)定性較差。張文玉[14]采用了一種新型的改性脲醛樹脂堵水技術(shù)，由脲醛樹脂預(yù)聚體上的活性基團(tuán)[羥甲基(—CH2OH)、酰胺基(—CONH—)]與固化劑(酸性物質(zhì))進(jìn)一步發(fā)生縮聚反應(yīng)，生成不溶不熔的高強(qiáng)度的熱固型脲醛樹脂，產(chǎn)生堵水作用。研究表明，脲醛樹脂固化后具有很高的強(qiáng)度，固化劑在常溫下提供H+的濃度很小，不致于引發(fā)固化反應(yīng)，而堵劑注入地層后溫度升高，固化劑所提供的H+濃度增大，固化反應(yīng)加快，則需要加入延緩劑(堿性物質(zhì))中和掉一部分H+，延長固化時(shí)間，保證了堵劑在地面配液時(shí)不成膠，而注入地層后成膠良好，使現(xiàn)場施工安全、方便，但作者并未進(jìn)行堵劑對酸的敏感性實(shí)驗(yàn)，無法得出該堵劑適用的H+濃度范圍。該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用于28口井，累計(jì)增油13 688 t，降水60 835 m3，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

樹脂堵水劑通過低分子物質(zhì)發(fā)生縮聚反應(yīng)產(chǎn)生高分子物質(zhì)，高分子物質(zhì)之間相互聯(lián)結(jié)，達(dá)到封堵水層的目的，對孔隙、裂縫及孔眼等具有較好的封堵效果[15-16]。樹脂類堵劑在低滲油藏中能發(fā)揮較好的封堵作用，但不適用于高滲油藏，未來可以在樹脂堵劑中加入智能堵水材料，擴(kuò)大其適用范圍。目前勝利油田、大慶油田等地有部分油井采用樹脂型堵劑進(jìn)行堵水作業(yè)，但是該堵劑成本較高，需要考慮油田綜合開發(fā)效益進(jìn)行選擇。

3 顆粒型堵劑

孫衛(wèi)[17]對TP-920膨脹固體顆粒與甲叉基聚丙烯酰胺(PHMP)復(fù)合堵劑的封堵機(jī)理進(jìn)行研究，TP-920固體顆粒進(jìn)入地層大孔道和微裂縫后，便會(huì)吸水膨脹并依靠其自身分子鏈上接枝的酰胺基與遇阻處孔道表面的氫鍵結(jié)合產(chǎn)生吸附，牢固地滯留于大孔道與微裂縫中形成物理堵塞，同時(shí)PHMP攜帶液在吸附水膜機(jī)理作用下又可起到改變滲流空間和驅(qū)替小孔隙中殘余油的雙重效果。研究結(jié)果表明固體顆粒遇水體積迅速膨脹20～50倍，對大孔道和微裂縫的封堵效果十分突出，但堵劑注入地層后受地層溫度長期影響，若堵劑熱穩(wěn)定性差則會(huì)發(fā)生部分交聯(lián)聚合物受熱分解。賀越[18]針對長慶油田安塞油田低滲區(qū)塊地質(zhì)參數(shù)設(shè)計(jì)了以聚丙烯酰胺、丙烯酸、粘土、交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺等材料為主的交聯(lián)顆粒堵劑體系。研究表明交聯(lián)顆粒堵劑在地層中遇水膨脹3～6倍，能夠封堵裂縫和孔喉并驅(qū)替出一部分剩余油，具有良好的耐溫、耐鹽以及抗剪性能。選擇交聯(lián)顆粒堵劑應(yīng)考慮油藏孔隙度與顆粒粒度的匹配情況，針對不同地質(zhì)情況需要對顆粒堵劑進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)選。應(yīng)用該堵劑進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，施工后井含水率由84.4%下降至70.3%，日產(chǎn)液增加4.91 m3，日產(chǎn)油增加2.01 t，具有顯著的堵水效果。

為了對深部油層進(jìn)行控水調(diào)剖，需要選用堵水性強(qiáng)并且具有膨脹堵塞作用的堵劑，以改變深部液流方向，提高注水波及系數(shù)[19]。顆粒型堵劑中的體膨型顆粒遇水膨脹，對裂縫和孔道有較強(qiáng)的封堵作用，能夠改善油層剖面，同時(shí)具有封堵與驅(qū)替的雙重作用，在油田中應(yīng)用較為廣泛。常見的顆粒堵劑材料有粘土、堅(jiān)果殼、石灰乳、青石粉、交聯(lián)的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇粉等，目前對聚丙烯酰胺材料的應(yīng)用較多，但該材料長時(shí)間在高溫條件下容易受熱分解，影響顆粒堵劑的封堵效果。隨著油田開發(fā)的深入，未來需要更多具有耐高溫耐鹽性能的堵劑，因此需要提高顆粒堵劑的穩(wěn)定性。

4 凍膠型堵劑

周偉[20]研究了變強(qiáng)度凍膠體系的配方和機(jī)理，考慮成本、環(huán)保和性能要求等因素的影響，選擇酚醛樹脂凍膠作為凍膠型深部調(diào)驅(qū)劑的基本配方，交聯(lián)劑酚醛樹脂中的—CH2OH與聚丙烯酰胺(HPAM)的—CONH2發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成酚醛樹脂凍膠。研究表明該凍膠體系注入地層后，隨著聚合物濃度的增加或者交聯(lián)劑濃度的增加，酚醛樹脂凍膠的成凍時(shí)間縮短，凍膠強(qiáng)度增加；而叔丁基過氧化氫受熱分解使凍膠強(qiáng)度逐漸降低。凍膠體系強(qiáng)度先增強(qiáng)然后再逐漸降低，提高了注入水的波及系數(shù)，從而在地層深部起到既調(diào)又驅(qū)的雙重作用。李亞洲[21]選用以丙烯酸類樹脂(MMA)為主的聚合物凍膠堵劑進(jìn)行研究，該堵劑進(jìn)入地層后發(fā)生反應(yīng)，生成具有一定強(qiáng)度的聚合物或樹脂，起到封堵裂縫、大流通孔道及明顯的出水層的作用，其封堵強(qiáng)度可達(dá)到6×104mPa·s，堵塞率高達(dá)99.79%，在控水調(diào)剖方面應(yīng)用效果好。研究表明聚合物凍膠的成膠強(qiáng)度受到礦化度的影響，隨著礦化度增高，成膠強(qiáng)度降低，對于地層水礦化度較高的油田不適用。同時(shí)該堵劑具有良好的熱穩(wěn)定性能以及耐沖刷性能，可用于出水層位清楚的單向見水油井堵水。

聚合物凍膠類堵劑是目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的一類堵劑，該堵劑是由高分子聚合物溶液在交聯(lián)劑作用下失去流動(dòng)性形成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，能夠堵塞注水形成的水流大通道，迫使注入水重新形成新的旁通孔道，增大波及區(qū)域體積[22-24]。新型聚合物凍膠堵劑封堵有效期長、封堵強(qiáng)度高，但容易受到pH值、地層溫度等條件的影響，今后的研究中需要加入穩(wěn)定性強(qiáng)的堵劑材料以滿足復(fù)雜條件下的堵水作業(yè)。

5 凝膠型堵劑

李海營[25]確定了主劑為陽離子聚合物聚丙烯酰胺(CPAM)，交聯(lián)劑為分子中含有雜環(huán)的有機(jī)胺的堵劑配方，以滿足高溫高鹽油藏的開發(fā)要求。通過熱穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)評價(jià)該堵劑的耐高溫性能和封堵能力，結(jié)果表明該堵劑在地層中熱穩(wěn)定、配伍性好，封堵強(qiáng)度高，適用于非選擇性化學(xué)堵水。該堵劑兩年累計(jì)增油3 462 t，降水5 570 m3，單井含水率由95%下降到42%，取得了顯著的增油降水效果。柳繼仁[26]確定了適合低滲油田的以陽離子型聚丙烯酰胺聚合物為主的堵劑配方，基本配方為：陽離子度為25%的聚丙烯酰胺濃度0.5%+木鈣6.0%+交聯(lián)劑0.4%，該堵劑不受礦化度和堿液的影響，堵水穩(wěn)定性好，并提出了針對不同含水飽和度及滲透率的油層優(yōu)選不同堵劑配方的思路，此舉使得不同含水飽和度、不同滲透率地層條件下的堵水率升高同時(shí)堵油率大大降低，提高了堵劑的增產(chǎn)效果。該堵劑在實(shí)際應(yīng)用中累計(jì)增油5 374 t，降水38 666 m3，共創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益1 446.68萬元，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。作者認(rèn)為井況的不同也會(huì)對堵劑的效果產(chǎn)生影響，建議結(jié)合單井開發(fā)歷史調(diào)整堵劑配方。曹廣勝[27]在堵水劑成膠特性測定時(shí)發(fā)現(xiàn)陽離子聚丙烯酰胺易發(fā)生脫水現(xiàn)象不成膠，而陰離子聚丙烯酰胺成膠效果好，因此針對朝陽溝油田研制的最佳選擇性堵水配方為：0.7%陰離子HPAM+2%木質(zhì)素磺酸鈣(Ca-Ls)+0.3%有機(jī)鉻+0.15%碳酸氫鈉(NaHCO3)+0.005%硫脲。現(xiàn)場施工3口井，累計(jì)增油2 225.3 t，累計(jì)降水11 631.2 t，表明該堵劑具有較好的封堵性能。

凝膠型堵劑，目前在我國的河南油田、大慶油田應(yīng)用較多[28]。該堵劑具有較高的封堵強(qiáng)度并適用于高礦化度地層，但在高溫油藏條件下成膠不易控制，需要根據(jù)油藏條件不斷進(jìn)行配方的優(yōu)選，未來可與物理模型技術(shù)結(jié)合，形成完整的堵劑配方優(yōu)化理論。

6 油基堵劑

盛亞平[29]采用改性甲硅烷高沸釜?dú)堊鳛槎聞┎牧线M(jìn)行油井堵水，該有機(jī)硅化合物能很好的溶于油而不凝聚，遇水則易水解縮聚生成有機(jī)硅聚合物，牢固地附著于硅質(zhì)巖石表面，形成一層疏水親油膜，因而具有降水增油的效果，同時(shí)其良好的附著粘結(jié)性可以用來固結(jié)疏松砂巖?，F(xiàn)場實(shí)驗(yàn)表明，油井采用該堵劑后單井平均日增油9～10 t，含水率下降平均20%以上，經(jīng)處理后的油井含砂均小于0.01%，降水固砂效果明顯。但堵水有效期較短(平均有效期僅為半年)，成功率低，因此需要對堵劑質(zhì)量、劑量以及施工質(zhì)量等因素進(jìn)行改進(jìn)。任輝[30]為解決高升油田油井水淹、水竄的問題，研制了稠化油選擇性堵水技術(shù)。該技術(shù)通過低粘稠油與乳化劑組合進(jìn)入水層遇水乳化，堵塞出水通道，進(jìn)入油層與地層原油相融合，在油井生產(chǎn)時(shí)返排出來，達(dá)到選擇性堵水的目的。稠化油堵水技術(shù)施工后日產(chǎn)液下降9.5 t，日產(chǎn)油增加0.2 t，含水下降14.7%，取得了較好的增油降水效果。作者在選擇稠化油堵水劑配方時(shí)只考察了地層水礦化度對乳化劑的影響，沒有考察地層溫度對乳化劑穩(wěn)定性的影響。

油基類堵劑主要包含有機(jī)硅類和稠油類堵劑[31-32]，是一種以油作溶劑或作分散介質(zhì)的選擇性堵水劑，可在復(fù)雜的油藏條件下進(jìn)行堵水作業(yè)，具有較高封堵強(qiáng)度。但堵水有效期相對較短，未來人類將面對極端復(fù)雜的油藏開發(fā)條件，需要封堵有效期更長的堵劑，延長堵劑的封堵有效期將會(huì)是油基類堵劑研究的重點(diǎn)。

綜上所述，6種化學(xué)堵劑間的對比見表1。

表1 化學(xué)堵劑對比情況Table 1 Comparison of chemical plugging agents

7 化學(xué)調(diào)剖堵水發(fā)展趨勢

7.1 高溫井調(diào)剖

化學(xué)調(diào)剖中化學(xué)劑的穩(wěn)定性受到溫度影響較大[33-34]，很多調(diào)剖劑在高溫下成膠強(qiáng)度較低或不成膠，篩選耐高溫化學(xué)堵水材料，增強(qiáng)凝膠穩(wěn)定性和強(qiáng)度，越來越成為化學(xué)調(diào)剖堵水最緊迫的問題。

7.2 選擇性堵水劑

目前大部分油田已經(jīng)進(jìn)入高含水期，再加上非均質(zhì)性的影響，油層中的剩余油難以開采，使用常規(guī)堵水方法難以有效提高采收率，通過選擇性堵水劑堵水[35-37]，有效封堵高滲透層或者高滲透部位，將成為未來調(diào)剖堵水行之有效的方法。

7.3 深度調(diào)剖

常規(guī)調(diào)剖只能封堵近井地帶10 m左右的地層，對于更深地層基本沒有作用效果[38]。注入水繞過近井地帶后，依然沿著高滲透帶滲流，提高采收率效果較差。使用深度調(diào)剖劑能夠很好的解決上述問題[39]。但是，如何使調(diào)剖劑準(zhǔn)確進(jìn)入目標(biāo)層的目標(biāo)位置，仍需要深入和重點(diǎn)研究。

8 結(jié)論

當(dāng)前化學(xué)調(diào)剖堵劑的研究中，著重體現(xiàn)于對堵劑配方的選擇與優(yōu)化。為了使化學(xué)堵劑更好的應(yīng)用于油田堵水工藝中，筆者建議如下：

(1)化學(xué)堵水劑針對性較強(qiáng)，可根據(jù)不同類型油藏來確定堵劑的組成成分及用量，以達(dá)到最佳效果。

(2)化學(xué)堵劑大多受地層溫度、礦化度和pH值的影響，成本相對于其他堵水工藝較高并且容易造成環(huán)境污染。

(3)隨著非常規(guī)油田開發(fā)的不斷深入，需要在化學(xué)堵劑中加入性能更好的新型堵水材料，滿足不同條件下的油藏堵水需求。

(4)我國大部分油田已處于高含水開采期，堵劑用量非常大，為了提高油田的經(jīng)濟(jì)效益，在以后的油田開發(fā)過程中，勢必會(huì)采用容易獲得且廉價(jià)的堵水劑。同時(shí)追求綠色環(huán)保是當(dāng)今世界的主流觀念，無毒無污染的堵水劑將會(huì)是未來研究的熱點(diǎn)。