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油田過多產(chǎn)水問題分類與處理措施

文檔作者：張蕾劉彬王紅云文檔來源： 1．大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院 2．大慶石油高級技工學校3．大慶油田創(chuàng)業(yè)集團		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年09月26日
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上一篇：油田基建項目節(jié)能措施分析

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· 60· 第26卷 第3期 大慶石油地質(zhì)與開發(fā)P．G．0．D．D． 2007年6月
文章編號：1000—3754 (2007)03-0060-05
油田過多產(chǎn)水問題分類與處理措施
張 蕾 ，劉 彬 ，王紅云
(1．大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶
3．大慶油田創(chuàng)業(yè)集團
163712：2．大慶石油高級技工學校．黑龍江大慶163255
黑龍江大慶163453)
摘要：產(chǎn)水過多已經(jīng)是許多產(chǎn)油國目前面臨的一個普遍問題，需要采取切實可行的措施來穩(wěn)油控水。
處理產(chǎn)水過多的措施多種多樣，如加密鉆井、棄井、利用水平井、實施聚驅(qū)、下封隔器、橋堵、注水
泥處理與微生物處理等。在眾多的方法中，封堵水流是減少開發(fā)成本和提高采油量最快速最便宜的途
徑之一．一般可以將其分為機械堵水和化學堵水。該文主要是從化學堵水的角度出發(fā)，按照處理難
度，將過多產(chǎn)水問題分為四類13種，并分別介紹了這些過多產(chǎn)水問題的處理措施。
關(guān)鍵詞：過多產(chǎn)水；控制產(chǎn)水；堵水；凝膠
中圖分類號：TE357 文獻標識碼：A
Classification of excess water production problems and treatment methods
ZHANG Lei ， LIU Bin ， W ANG Hong．yun
(1．Exploration and Development Research Institute of Daqing Oilfield Company Ltd．，Daqing 1 637 1 2，China；2．Daqing
Petroleum Apprentices School，Daqing 163255，China；3．Venture Group of Daqing Oilfield，Daqing 163453，China)
Abstract：Excess water production has become a common problem for many oil producing countries，and feasible measures
are needed to stabilize oil production and control water cut．There are a lot of methods to control excess water production．
such as infill drilling，well abandonment，horizontal wells，polymer flooding，use of packers，bridge plug，cementation，
microbial treatment，etc．Among these methods，water plugging is the most effective and cost-effective method
to decrease development cost and increase oil production．Water plugging can be divided into 4 categories with 1 3
types mainly with respect to chemical water shut-of based on treatment dificulty．Th e treatment methods for excess water
production problems are also introduced．
Key words：excess water production；water production control；water shut-of；gel
控制產(chǎn)出水已經(jīng)成為許多產(chǎn)油國需要解決的一個
普遍問題。據(jù)統(tǒng)計，在美國，每采出1 m 原油，采
出水超過7 m ；在加拿大，產(chǎn)出油與產(chǎn)出水的比例
為1：6；在世界范圍內(nèi)，每采出原油1 200×10 m ／d
采出水約3 300×10 m ／d_l一 。其中，主力油田進入
開發(fā)后期的國家產(chǎn)油與產(chǎn)水之比大約為1：7，在主力
油田新投入開發(fā)的國家，產(chǎn)油與產(chǎn)出水之比約為1：1。
龐大的產(chǎn)水量導致了巨額的水處理費用，比如，美國
每年的水處理費用為50×10 ～100×10 美元，而全
球約為400×10 美元0 J。封堵水流是減少開發(fā)成本
和提高采油量最快速最便宜的途徑之一，世界上每年
依靠堵水工藝可以多產(chǎn)原油約1．5×10 t，平均效果
為多產(chǎn)油500～600 t／井次。表1給出了主力油田已
經(jīng)進入開發(fā)后期的兩個產(chǎn)油大國俄羅斯和美國，采用
收稿日期：2oo6 2-2O
作者簡介：張蕾(1970一)，女，山東濰坊人，工程師，翻譯。
堵水工藝的效果對比。
表1 美國和俄羅斯堵水工藝效果對比
Table 1 W ater shut-of technique efect
comparison of USA and Russia
過多產(chǎn)水問題的分類
對于油田過多產(chǎn)水問題， 國內(nèi)外都做過許多研
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2007年6月 張蕾等：油田過多產(chǎn)水問題分類與處理措施 ·61·
究，其中，美國新墨西哥州石油采收率研究中心
(New Mexico Petroleum Recovery Research Center)
Randy Seright博士的相關(guān)研究較為系統(tǒng)和全面。
Seright將產(chǎn)水問題分為4類(A—D類)13種(表
2) 。在表2中，這4類問題的處理難度由上至下
增加。其中，A類問題，屬于最簡單的利用常規(guī)方
械強度，在井內(nèi)或井筒附近起作用即可；B類和C
類問題是由線性流引起的，溶膠一般是B類問題的
最佳處理原料，而處理C類問題最好利用預形成凝
膠(preformed ge1)或部分形成凝膠；D類問題是
較難處理的問題，凝膠處理幾乎不起什么作用。表
3給出了問題1和問題4的不同，問題2和問題5
法可以處理的問題，所用的材料需要具有較高的機 的區(qū)分見表4。
． 表2 產(chǎn)水問題與處理方法分類
Table 2 Excess water production problems and treatm ent category
注： 一溶膠指的是出現(xiàn)大規(guī)模交聯(lián)之前形成的液體凝膠
表3 無流動限制的套管漏失問題與有流動限制的套管漏失問題的對比
Table 3 Comparison of casing leaks with and without flow restrictions
表4 無流動限制的管外流動問題與有流動限制的管外流動問題的對比
Table 4 Comparison of flow behind pipe with and without flow restrictions
2 過多產(chǎn)水問題的處理措施
2．1 套管漏失問題(問題1和問題4)的處理
處理這類問題(圖1)時 ，最為常用的方法是
利用水泥或者套管補貼。但是，存在孔徑特別小的漏
失或者螺紋漏失時(問題4)，凝膠處理的成功率就
大得多。因為溶膠能夠輕松地流過小孔徑漏失處，進
入漏失點周圍的地層，而且，用量也小。只有套管漏
失周圍存在管外流動或者裂縫時，才有可能使用大量
的凝膠或者改用其他處理方法。處理過程中所用的凝
膠應具有相當?shù)膹姸?，通常為濃度較高(4％ ～7％)
而相對分子質(zhì)量較低(25 000～500 000)的丙烯酰
胺聚合物配制而成。
2．2 管外流動問題(問題2和問題5)的處理
對于無流動限制的管外流動問題(問題2，圖
圖1漏失和管外流動問題示意圖
Fig．1 Leaks and flow behind pipes
1)，如果需要被堵塞的流道不是太窄，水泥處理效
果較好；如果流道很窄(問題5，圖1)，凝膠處理
效果更好。但是，凝膠抗高壓力梯度的能力隨著流道
寬度的減小而增加，因此，只利用凝膠很難堵住管外
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· 62· 大慶石油地質(zhì)與開發(fā)P．G．O．D．D． 第26卷 第3期
大孔洞，作業(yè)中，可以先注入溶膠或凝膠，然后再注
入水泥充填和堵塞近井筒的較大孔洞，防止凝膠被沖
出。當處理生產(chǎn)壓差較大(如，>100 psi(1 psi：
6．895 kPa))的管外流動問題時，溶膠處理要好于預
形成或者部分形成的凝膠處理。
2．3 具有層間竄流有效阻擋層的未壓裂井問題(問
題3)的處理
當井的周圍存在徑向流并且具有非滲透性阻擋層
(如頁巖或硬石膏)時，非滲透性阻擋層能夠?qū)⒑?
氣層與導致產(chǎn)出水過多的層分隔開。如果產(chǎn)水層位于
井的底部，最常見的做法是利用水泥或者砂堵阻止產(chǎn)
水；如果產(chǎn)水層位于油層之上，以往的常用堵水方法
是向射孔孔眼內(nèi)擠注水泥或碳酸鹽，或者使用機械封
隔器或補貼。另外，凝膠(包括溶膠)也常被用來
處理上述問題。與水泥和碳酸鹽相比，溶膠可以流人
多孔巖石內(nèi)，而水泥和顆粒狀封堵劑容易從巖石表面
濾出；溶膠和凝膠可以充填并堵塞窄小的通道；水
泥．即使注入壓力很高，也只能擠入和堵住正常滲透
率的多孔巖石或者含油砂巖地層；化學不配伍性或者
機械震動還可能造成水泥不能粘附在射孔孔眼處的巖
石上或其他大的孔洞上，不能充分封堵地層，而膠凝
后的凝膠可以形成不滲透橡膠狀物質(zhì)延伸到巖石表
面，進入多孔巖石 。
利用凝膠或類似的堵劑處理徑向流問題時，溶膠
充填時必須保護好油層，否則，堵劑可能對油層造成
傷害，既進入高滲層，也進入低滲層 J。保護油層
的方法一般是機械隔離法，其他方法還有雙層分注
法，后者適合無法實施機械層間隔離的井，但是存在
分布廣泛的橫向隔層時，該方法無效。當處理具有層
間竄流隔層的未壓裂油層時，凝膠既可以從生產(chǎn)井注
入，也可以從注入井注入。
2．4 水力壓裂生產(chǎn)井二維錐進問題(問題6)的處
理
當生產(chǎn)井為水力壓裂井時，裂縫通常會延伸進入
水層，引起產(chǎn)水增多。溶膠處理這類問題有一定的潛
力(圖2)，其處理的效果取決于凝膠充填能力和凝
膠具有的非對稱性滲透率降低(即降低水的滲透率
高于降低油的滲透率)特性。目前來看，強凝膠
(指的是能夠充填大部分或幾乎全部孔隙體積、可以
使?jié)B透率降低到毫達西程度的凝膠 )和／或剛性凝
膠，包括部分形成凝膠，可以用來處理水力壓裂油井
內(nèi)的二維水錐進問題，只是它們在設(shè)計和實施方面還
存在一些尚待解決的問題。
2．5 與含水層連通的天然裂縫系統(tǒng)問題(問題7)
的處理
與下伏含水層連通的天然裂縫常常導致過多產(chǎn)
圖2利用凝膠處理與含水層連通的水力壓裂裂縫
的二維錐進問題
Fig．2 Ge1 treatment of 2D coning through
a hydraul ic fracture from an aquifer
水，對于這類問題，人們經(jīng)常利用聚合物／溶膠來處
理。這種處理已有許多成功的應用實例，比如，菲利
浦斯公司在Arbuckle地層進行了多次有機聚合物+
交聯(lián)劑的堵水處理。目前來看，此類處理的有效作用
時間通常不會太長。近期，見有利用預形成凝膠處理
天然裂縫系統(tǒng)過多產(chǎn)水問題，其作用時問比溶膠處理
有所延長 。對天然裂縫系統(tǒng)導致的過多產(chǎn)水問題
涉及到的材料優(yōu)選、處理規(guī)模、設(shè)計和評價等諸多問
題目前尚難以解決。
2．6 單一裂縫引起的注一采井竄流問題(問題9)
的處理
目前，凝膠封堵是處理裂縫竄流的最有效方法。
除了窄小裂縫(如，裂縫寬度<0．050 8 cm)外，擠
壓凝膠(extruded ge1)在處理裂縫竄流時比常規(guī)溶
膠在裂縫充填方面具有明顯的優(yōu)勢 ’。利用常規(guī)溶
膠處理時，溶液一般通過多孔巖石和裂縫流入儲層，
溶液充填之后，經(jīng)過化學反應(如膠凝反應)。形成
不可動凝膠。溶膠注入過程中，裂縫內(nèi)流體的流速通
常很快，因此，粘滯力的作用遠遠大于重力作用。對
于小規(guī)模處理，溶膠注人時，溶膠前緣不會因為重力
作用出現(xiàn)變形。但溶膠停止注入后，溶膠和被驅(qū)替的
儲層流體之間微小的密度差異(比如1％ 的差異)，
會因重力的存在使溶膠從裂縫的上部快速排出。一般
來說，防止在溶膠注入和膠凝反應這段時問之內(nèi)L葉J現(xiàn)
重力分異是很難控制的。與常規(guī)溶膠處理相比，預形
成凝膠能夠擠壓通過裂縫，而且，由于凝膠比溶膠粘
稠1O ～1O。倍以上，重力分異對凝膠的影響要遠遠
小于對溶膠的影響?，F(xiàn)場應用也證明，成型(預形
成)凝膠在裂縫性油藏的應用很成功。
對于寬裂縫或大孔洞，單獨使用凝膠，其機械強
度可能不夠，可以加入固體顆粒增強機械強度和堵塞
性能?？梢约尤氲念w粒物質(zhì)包括砂、膠膜、纖維等。
處理單一裂縫引起的從注入井至生產(chǎn)井的竄流問題，
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2007年6月 張蕾等：油田過多產(chǎn)水問題分類與處理措施 ·63·
凝膠既可以從生產(chǎn)井注入，也可以從注入井注入
2．7 穿過斜井或水平井的斷層或裂縫問題(問題8)
的處理
斜井和水平井經(jīng)常橫切斷層或裂縫，如果這些斷
層或裂縫與含水層連通，就會 現(xiàn)過多產(chǎn)水問題。通
常，斜井和水平井的完井限制了利用機械方法控制流
體進入的使用，而凝膠處理方法是可行的，但不是利
用常規(guī)溶膠處理，而是利用已形成的凝膠。如果利用
常規(guī)溶膠處理，注入的溶膠溶液雖然可以流入目標裂
縫或斷層內(nèi)，但也會漏失到井筒和裂縫或斷層周圍的
多孔巖石內(nèi)。因此，凝膠雖然可能堵住或者有效遏制
水進入裂縫或斷層，但充填過程中，溶膠還將流入沿
井筒的裸露含油氣層內(nèi)，膠凝反應發(fā)生之后，導致原
油產(chǎn)能與水的產(chǎn)能一起被損害(圖3) 。而已形成
凝膠不會造成這種傷害，它們在井內(nèi)將選擇性充填裂
縫。在井口，凝膠以未交聯(lián)流體的形式存在，直到溶
膠進入油層，才產(chǎn)生有效的膠凝反應。已形成的凝膠
不進入多孔巖石，對原油產(chǎn)能的損害將減至最低。
圖3溶膠傷害含油層
Fig．3 Oi1 reservoir damaged by ge1lant
2．8 天然裂縫油藏內(nèi)注一采井竄流問題(問題10)
的處理
利用凝膠降低天然裂縫油藏內(nèi)的注一采井竄流問
題通常較為成功’ 。凝膠處理首先是為了提高波及
效率，增產(chǎn)油量；其次，是大幅減少邊界生產(chǎn)井過多
產(chǎn)水和產(chǎn)氣。從注水井注入凝膠時，注入大量
(10 000～37 000桶)凝膠的時間一般比凝膠膠凝時
問長約100倍。因此，多數(shù)情況下，形成的凝膠可以
進入裂縫。但是，到目前為止，這類處理的規(guī)模還是
基本上根據(jù)經(jīng)驗做出的，仍舊欠缺工程學的方法 。
理論研究表明，當與注入井一采油井井對之間的
直線流動相一致的裂縫的連通性至少為偏移裂縫連通
性的1O倍時，凝膠處理的應用潛力最大 。在具有
中一大裂縫間隙的油藏內(nèi)，凝膠處理的應用潛力也較
大?？梢越柚诰g示蹤劑研究中示蹤劑的產(chǎn)出濃度
幫助判斷油藏是否可以實施凝膠堵水處理。模擬研究
表明：當示蹤劑產(chǎn)出濃度峰值高于示蹤劑注入濃度的
20％ 以上時．凝膠處理的成功率較高；當示蹤劑產(chǎn)出
濃度較低時(如，小于注入濃度的1％)，凝膠處理
很難生效。但是，示蹤劑試驗設(shè)計必須合理，示蹤劑
帶不能過小，否則，結(jié)果可能會誤導人們。利用凝膠
降低天然裂縫油藏內(nèi)注入井一生產(chǎn)井竄流問題，凝膠
可以從生產(chǎn)井或注水井注入。
2．9 三維錐進和指進問題(問題1l和l2)的處理
基本的油藏T程計算表明，凝膠或溶膠處理指進
或三維錐進問題(圖4，圖5)的成功率極低：凝膠
用于處理三維錐進問題時，除非原油極其粘稠和／或
溶膠水溶液以極低的速率注入，否則，溶膠不會只進
入井底部的水層，同時會造成油層損害。實際上，在
圖4三維錐進和指進問題示意圖
Fig．4 3D coning and fingering problems
■ 油
■ 水
■ 凝膠
圖5三維錐進問題中凝膠傷害地層示意圖
Fig．5 Formation damaged by ge1lant during
treatment of 3D coning problems
大部分的現(xiàn)場應用中，原油并不是很粘稠，而且溶膠
的注入速率也相對較高。因此，必須要考慮聚合物或
凝膠處理時引起的油氣產(chǎn)層的傷害問題。
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· 64· 大慶石油地質(zhì)與開發(fā)P．G．O．D．D． 第26卷 第3期
對于這類問題，可能的解決方法為： (1)利用
水平井開采；(2)實施井下分離和處理；(3)降低
流量 ’。
2．1O 有竄流、無裂縫儲層內(nèi)注一采井竄流問題
(問題l3)的處理
溶膠和凝膠處理未壓裂儲層內(nèi)的注一采井的竄流
問題(圖6)通常無效，因為即使封堵劑只進入高滲
透通道，水馬上也會圍繞任何相對小的堵塞形成竄
流。這種情況下，可行的方法是利用大型封堵物
(可以堵住通道的大半部分)選擇性封堵高滲層。根
據(jù)達西方程和基本油藏工程原則， 目前已有的溶膠
(包括膠態(tài)分散凝膠)都會進入和傷害所有敞開地
層，粘性溶膠擠入滲透性較低的地層導致的傷害要超
過低粘度流體導致的傷害。同樣，當存在竄流時，引
起的對滲透性較低地層的傷害要超過不存在竄流時的
情況。對于這類問題，目前，采用聚合物驅(qū)更為經(jīng)濟
和可靠
圖6有層間竄流的儲層(無裂縫)內(nèi)注一采井竄流示意圖
Fig．6 Crossflow through layers without fractures
and with crossf1OW
2．11 聚合物驅(qū)后深部調(diào)剖技術(shù)的研究
我們國家的一些成熟油田，如大慶油田、勝利油
田等，實施了大規(guī)模的聚合物驅(qū)增產(chǎn)技術(shù)。在聚合物
驅(qū)過程中，當油藏中有特高滲透層、大孔道或裂縫存
在時，會出現(xiàn)單層突進或指進等現(xiàn)象，影響了聚合物
驅(qū)的驅(qū)替效果。尤其是厚油層，普通的淺堵淺調(diào)已無
法滿足提高波及系數(shù)的需要，只能導致短期的近井地
帶的液流轉(zhuǎn)向，人們普遍認為必須進行深部調(diào)剖，才
能達到目的。為此，國內(nèi)的中國石油大學、勝利油
田、河南油田等研究單位進行了聚合物驅(qū)后深部調(diào)剖
技術(shù)的研究，涉及到的技術(shù)包括：聚合物微球深部調(diào)
剖技術(shù)、地層殘留聚合物再利用后的深部調(diào)剖、聚合
物驅(qū)后熱化學沉淀深度調(diào)剖和單液法凍膠深部調(diào)剖
等 。這些方法，大多仍舊處于試驗和研究階段。
3 結(jié)論與建議
(1)隨著注水開發(fā)的延伸，成熟油田的過多產(chǎn)
水問題日趨嚴重，影響了油田的開發(fā)效果，封堵水流
成為減少開發(fā)成本和提高采油量的一項有效措施。
(2)堵水措施和方法多樣，其中的化學堵水因
適應范圍廣，應用規(guī)模日益廣泛。
(3)過多產(chǎn)水的情況是不同的， 只有分清過多
產(chǎn)水問題的類型，才能采取針對性的處理措施。將過
多產(chǎn)水問題分為四類13種。
(4)凝膠(包括溶膠)是國內(nèi)外應用最多的一
類堵水材料，可以解決多種過多產(chǎn)水問題，但對存在
i維錐進、指進和無裂縫卻具有竄流的情況基本無
效，此時，聚合物處理是更好的選擇。
(5)對聚驅(qū)后的油層，進行了聚驅(qū)后深部調(diào)剖
技術(shù)的研究，目前，各種措施基本處于試驗階段，但
它們是解決聚驅(qū)后厚油層的竄流問題并進一步提高采
收率的潛在途徑。
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編輯：徐衍彬

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