非选择性堵剂

非选择性堵水将封堵地层一切孔道, 适用于封堵单一水层和高含水层。非选择性堵剂可以在地面上配制成水溶液, 泵入地层后生成冻胶、树脂, 从而封堵地层。也可采用双液法, 把两种成分分别泵入地层, 使之在预定的位置相遇发生反应, 生成固体沉淀而达到封堵目的。还可把固体颗粒, 如油基水泥、水基水泥、粘土、粉煤灰等, 悬浮在油中或水中, 泵入地层后凝固成固结体而封堵地层。由于该类堵剂的非选择性, 因此应用的先决条件是找准出水层段, 并采取一定措施将油层和水层分隔开。但目前的找水方法还难以准确判断油井出水部位, 故限制了该项工艺的实施。

这是最早使用的堵水剂，利用它凝固后的不透水性进行封堵，通常用于打水泥塞封下层水；挤入窜槽井段封堵窜槽水，或挤入水层堵水。由于价格便宜，强度大，可以用于各种温度，至今仍在研究和使用。主要产品有水基水泥、油基水泥、活化水泥及微粒水比。由于水泥颗粒大，不易进入中低渗透性地层，因而用挤入水层的方法诸水时，封堵强度不高，成功率低，有效期短。长时间以来这类堵剂的应用范围受到限制。最近研制成功的微粒水泥和新型水泥添加剂给水泥类堵剂带来了新的活力。

树脂型堵剂是指由低分子物质通过缩聚反应产生的高分子物质，树脂按受热后性质的变化可分为热固性树脂和热塑性树脂两种。非选择性堵剂常采用热固性树脂，如酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、糖醇树脂、三聚氰胺-甲醛树脂等。
（a）脲醛树脂：脲与甲醛在NH4OH等碱性催化剂作用下缩聚成体型高分子化合物，称为脲醛树脂。
（b）环氧树脂：常用的环氧树脂有环氧树脂、环氧苯酚树脂和二烯烃环氧树脂。施工时，在泵注前可向液态环氧树脂中添加几种硬化剂，硬化剂和环氧树脂反应后使其聚合成坚硬惰性的固体。
（c）糖醇树脂：糖醇在酸存在时本身会进行聚合反应，生成坚固的热固性树脂。糖醇树脂堵水是先将酸液（80%的磷酸）打入欲封堵的水层，后泵入糖醇溶液，中间加隔离液（柴油）以防止酸与糖醇在井筒内接触。当酸在地层与糖醇接触混合后，便产生剧烈的放热反应，生成坚硬的热固性树脂，堵塞岩石孔隙。
综上所述，树脂类堵剂具有如下优点：可以注入地层孔隙并且具有足够高的强度，可以封堵孔隙、裂缝、孔洞、窜槽和炮眼；树脂固化后呈中性，与井下液体不反应，因而有效期长。据报道，每消耗1吨商品树脂堵剂，可增产原油186吨，经济效益显着。

其缺点是：成本较高，无选择性，使用时通常仅限于静底周围径向30cm以内，使用前必须捡测处理层位并加以隔离，树脂固化前对水、表面活性剂、碱和酸的污染敏感，使用时必须注意。

该堵剂主要是硅酸钙堵剂。利用相对密度1.50-1.61的水玻璃和相对密度1.3-1.5的氯化钙溶液，中间以柴油隔离，依次挤入地层，使水玻璃与氯化钙在地层内相遇，则生成白色硅酸钙沉淀，堵塞地层孔隙。水玻璃与氯化钙的比例约为1：1，总用量可根据水层厚度、孔隙度及挤入半径确定。这种封堵剂来源广，成本低，施工安全简便，封堵效果好，解堵容易（高压酸化、碱液压裂），但在施工时必须采取有效保护措施，否则会堵塞油层、污染地层。

凝胶是固态或半固态的胶体体系，由胶体颗粒、高分子或表面活性剂分子互相连接形成的空间网状结构，结构空隙中充满了液体，液体被包在其中固定不动，使体系失去流动性，其性质介于固体和液体之间。凝胶分为刚性凝胶和弹性凝胶两类。
（a）硅酸凝胶：硅酸凝胶是常用的凝胶之一。在稀的硅酸溶液中加电解质或适当含量的硅酸盐溶液加酸，则生成硅酸凝胶，该凝胶软而透明，有弹性，其强度足以阻止通过地层的水流。其堵水机理如下：Na2SiO3溶液遇酸后，先形成单硅胶，后缩合成多硅胶。它是由长链结构形成的一种空间网状结构，在其网络结构的空隙中充满了液体，故成凝胶状，主要靠这种凝胶物封堵油层出水部位或出水层。硅酸凝胶的优点在于价廉且能处理井径周围半径1.5-3.0m的地层，能进入地层小空隙，在高温下稳定。其缺点是Na2SiO3完全反应后微溶于流动的水中，强度较低，需要加固体增强或用水泥封口。此外，Na2SiO3能和很多普通离子反应，处理层必须验证清楚.并在其上下隔开。
（b）氰凝堵剂：氰凝堵剂由主剂（聚氨酯）、溶剂（丙酮）和增塑剂（邻苯二甲酸二丁酯）组成，当氰凝材料挤入地层后，聚氨酯分子两端所含的异氰酸根与水反应生成坚硬的固体，将地层孔隙堵死。该堵剂作业时要求绝对无水，又要使用大量有机溶剂，因此尚需进一步研究。
（c）丙凝堵剂：丙凝堵剂是丙烯酰胺（AM）和N,N-甲撑双丙烯酰胺（MBAM）的混合物，在过硫酸铵的引发和铁氰化钾的缓凝作用下，聚合生成不溶于水的凝胶而堵塞地层孔隙，该剂可用于油、水井的堵水。

冻胶型凝胶是由高分子溶液在交联剂作用下形成的具有网状结构的物质，因其含液量很高（通常大于98%），胶凝后类似于冻胶而得名。该类堵剂很多，如铝冻胶、锆冻胶、钛冻胶、醛冻胶、铬木质素冻胶、硅木冻胶、酚醛树脂冻胶等都属此类。

在油气井非选择性堵剂中，树脂堵剂强度最好，冻胶、沉淀型堵剂次之，凝胶最差；而成本则是凝胶、沉淀型堵剂最低，冻胶次之，树脂型最高。由此可见，沉淀型堵剂是一种强度较好而价廉的堵剂，加之它耐温、耐盐、耐剪切，是较理想的一类非选择性堵剂。在油气井非选择性堵剂中，凝胶、冻胶和沉淀型堵剂都是水基堵剂，都有优先进入出水层的特点，因此在施工条件较好的油气选择性堵水中同样也可使用。

非选择性化学堵水工艺是指将一定的化学堵剂经油井注入到出水层段，通过堵剂在地层近井地带的物理化学变化实现封堵的技术。目前南堡油田非选择性化学堵水工艺主要采用以下三种堵剂体系。

1、油井水泥体系封堵工艺

该工艺采用G级油井水泥为主剂，根据施工要求添加一定比例的缓凝剂和降滤失剂。该体系特点是材料价格便宜，措施工序简单，成功率高，封堵半径小，承压低。该种堵剂体系一般适用于封堵井段跨度距离短、层段总厚度10m以内的地层。

施工方式为：

第一，将经过试验评价的油井水泥、添加剂、清水按一定比例在地面配制成为具有一定比重和稠化时间等满足施工需要的水泥浆；

第二，地面管线及井筒管柱试压合格后，关套管闸门，用柱塞泵车组将配置好的水泥浆经油管正挤入地层；

第三，顶替水泥浆进入地层后反洗出多余灰浆，上提管柱关井候凝48h，下入适合套管尺寸的三牙轮钻头将井筒中凝固的水泥磨钻冲洗干净，对封堵层段进行试压，验证封堵效果。

2、 复合堵剂

该工艺采用复合堵剂配方，主要成分为超细油井水泥、耐酸堵剂、无机填充剂、缓凝剂、降滤失剂、膨胀剂等。

其特点是针对不同温度、渗透率地层可调整稠化时间、粒径等性能参数，可用于长跨度、大灰量及带封隔器保护上部层位的施工，应用范围较广，封堵半径可灵活调整，封堵后承压能力高于油井水泥体系。

缺点是费用高，造成施工事故几率较高。对于封堵井段上部层位的措施，其施工方式与油井水泥体系封堵工艺相同；对于需要保护上部油层封堵下部水层的油井措施，只需在施工管柱上增加适当的封隔器，坐封并验封合格后方可按上述施工方式完成封堵。

3、脲醛树脂体系

脲醛树脂堵剂体系主要成分包括合成脲醛树脂中间体及有机填充料。其特点是堵剂用量较小、承压强度高、施工后井筒处理简单等；缺点是价格高。施工方式与复合堵剂体系施工方式相近，不同点在于施工结束后无需洗井上提管柱，可直接候凝。