注聚合物井堵塞原因和解堵技術

孟向麗 趙立強 徐 昆 李佳琦

（1.西南石油大學，四川成都 610500；2.新疆油田采油工藝研究院，新疆克拉瑪依 834000）

注聚合物井堵塞原因很多，往往也不是單一因素引起的。張光焰［1］等從堵塞物成因及堵塞機理出發(fā)，將注聚合物井堵塞原因和機理歸納為6點：聚合物吸附滯留，聚合物相對分子質量與儲層孔喉尺寸不配伍，地層微粒運移，細菌及其代謝產物，無機物，聚合物溶液配制及稀釋過程。

大慶師范學院的張浩、龔舒哲［2］著重從聚合物吸附滯留對巖心滲透率的傷害出發(fā)，將儲層分為特高滲層、高滲層、中滲層3類，得出聚合物對特高滲透層巖心堵塞率一般為30%~40%，高滲透層巖心堵塞率一般為40%~60%，中滲透層巖心堵塞率一般大于60%，也就是說在相同注入體積條件下，滲透率越高，傷害程度越低。另外他們還指出了硫化物、注入液濃度過高、聚合物溶液流變性及注入水中三價離子，還有復合垢等也能造成堵塞。

盧祥國［3］等對大慶油田北二區(qū)西部注聚合物井堵塞原因進行了分析，指出油藏地質特征和油井生產狀況等因素也影響聚合物溶液的注入，如果分布散孔時機把握不好，也會造成注入井初期壓力上升快，導致聚合物注入困難。

周萬富 等對大慶油田第三采油廠和第六采油廠的幾口井進行了研究，指出注聚合物井堵塞物是多組分的，如聚合物絮狀物、黏土、機械雜質、鈣鎂垢、鐵鹽垢等，而且高濃度聚合物溶液混合不均，形成的軟膠團似膠狀物，在注入過程中會造成炮眼及近井地帶堵塞。

張賢松、孫福街［5］等針對渤海稠油油田聚合物驅影響因素進行了研究，總結出了聚合物用量、注入濃度、注入時機、注入速度、地層原油黏度、油層非均質性、井網井距對聚合物注入能力的影響，從這些方面考慮，可以盡量減輕聚合物的堵塞。

1 注聚合物井堵塞原因分析

1.1 聚合物在地層中的吸附滯留

聚合物靜態(tài)時，在巖石表面的吸附一般是單分子層，但在運動過程中，分子鏈會相互纏繞、并包容黏土顆粒等進行運移［6］，使得地層中聚合物吸附不再以均一的單分子層進行吸附，導致滲流孔道變窄，降低了地層的吸液能力，更嚴重地可能堵塞巖石孔道。在砂巖儲層中，因內表面積大，成巖礦物多樣組合，黏土礦物含量高，所以當聚合物溶液在砂巖孔隙中流動時，更易發(fā)生吸附滯留。唐洪明等研究發(fā)現(xiàn)，在45 ℃靜態(tài)條件下，黏土礦物對聚合物的吸附起主導作用，聚合物在黏土礦物上的吸附量是巖石骨架上的4~10倍［7］；在動態(tài)條件下，聚合物溶液的流動性受其相對分子質量和分子結構的影響較大［8］。

1.2 疏松地層的微粒運移

對于滲透率較大，地層膠結較疏松的儲層而言，在流體通過的情況下，該類儲層可能會發(fā)生地層微粒運移。與水相比，聚合物溶液的黏度要高出很多，在相同流速下進行測試，聚合物溶液對地層孔隙內微粒的作用力明顯強于水。用聚合物溶液驅替巖心，有可能發(fā)生速敏，當流速大于臨界流速時，有可能發(fā)生地層微粒運移。大多數儲層都存在這種問題，而對于儲滲條件較好的大慶油田來說，這方面的影響也很明顯［9］。

1.3 聚合物相對分子質量過大

驅油用聚合物是高分子有機物，其相對分子質量較大，分子尺寸也較大，而地層孔隙喉道的尺寸在微米級，易造成聚合物分子尺寸（線團回旋半徑）與巖石孔道半徑不匹配，堵塞多孔介質。盧祥國研究了兩者之間的關系［10］。該關系可用于注聚合物井的風險分析，并在大慶油田北1-6井葡Ⅰ1~4層進行了嘗試，計算得出可用的聚合物相對分子質量應該等于或小于8.2×106，但實際采用的相對分子質量為1.2×107~1.4×107，高出儲層需要，進而導致堵塞。

1.4 微生物對儲層的影響

細菌對儲層的影響不容忽視。目前，普遍存在于儲層中的本源細菌有：硫酸鹽還原菌、利用烴細菌、甲烷形成菌、孢子形成菌和耐鹽產氣的梭狀芽孢桿菌。它們在儲層中生長繁殖后形成菌落，并產生大量的代謝物。這些菌落和代謝物，還有代謝產物中的黏膠與鐵離子結合物，都會造成地層堵塞。進一步的研究表明，厭氧菌與好氧菌相比，雖然對聚合物溶液有一定的降解作用，但其對聚合物解堵的作用有限［11］。以河南油田為例，就出現(xiàn)了配聚污水堵塞地層的現(xiàn)象，其原因是SBR還原菌將污水中的SO42-及其他高價含硫化合物還原成H2S，H2S腐蝕油水井管柱產生FeS沉淀，堵塞地層［12］。

1.5 無機物沉淀造成的堵塞

地層水中普遍存在著鈣、鎂、鐵離子等，當注入的聚合物與離子不配伍時，這些離子就會產生沉淀物堵塞油層。此外，油層中的黏土、機械雜質也會加重這種堵塞。鄭俊德等對注聚合物井返排液和注聚巖心薄片進行X漫散射成像技術測試，發(fā)現(xiàn)聚合物以黏土（或砂粒）和碳酸鹽類不溶物為膠核，包圍在膠核周圍形成膠團狀堵塞物。隨著注入量增加，膠團聚集變大，使得已經吸附了聚合物的地層堵塞加劇。如果地層是疏松的砂巖，那這種原因造成的堵塞將更為嚴重。盧祥國等對大慶油田幾口堵塞井注入液和返排液中溶解性金屬離子進行檢測發(fā)現(xiàn)，溶液中的鋁離子、鐵離子和鉻離子等促使聚合物形成局部或區(qū)域性網狀分子結構。這種網狀分子結構增大了聚合物的分子回轉半徑，并導致流動阻力增大，進而帶來堵塞。在所有金屬離子中，鐵離子影響最大。由于管線的腐蝕，鐵離子會大量進入注入流體，其中的三價鐵離子能與聚合物分子交聯(lián)形成網狀結構，二價鐵離子會使聚合物分子形成凝膠速度加快，生成量增加，所以為防止聚合物堵塞地層需嚴格控制鐵離子的注入。

1.6 聚合物溶液混合不均勻

在配液時，如果聚合物溶解不好或攪拌不均勻，溶液中會出現(xiàn)不溶物（俗稱“魚眼”）和軟膠團。這些不溶物和軟膠團會使注入變得困難，從而可能造成地層堵塞。大慶油田北3-J6-P36和北3-J6-P30井的現(xiàn)場返排物照片也證明了這一點，對其固相進行X漫散射成像技術測試，結果也表明25%的膠核是不溶性聚合物。在實際操作中，由于混合不均勻，管線內往往產生局部濃度很高的聚合物溶液（近似膠狀物），當它們被注入地層時，就會在炮眼及近井地帶瘀積，產生堵塞。

2 注聚合物井的解堵

2.1 注聚合物井常用的解堵劑

聚合物堵塞地層的原因很多，所以要采用復合解堵劑。解堵劑解堵的基本原理在于，其中的強氧化劑與聚合物堵塞物發(fā)生反應，將其降解為水化小分子和膠態(tài)分散微凝膠，然后溶解于注入液體中并被帶走，從而達到解堵的目的。目前常用的解堵劑有：HAL-1型聚合物解堵劑［13］、復合型雙氧水解堵劑［14］、HJS聚合物解堵劑、JHW復合解堵液［15］、JY-1解堵劑［16］、二氧化氯解堵劑、HRS復合解堵劑、DOC-8聚合物解堵劑［17］等，其中普遍選用的強氧化劑均為：次氯酸鹽、高錳酸鉀、過硫酸氨、H2O2等。國外開展了生物酶解堵劑的研究和應用，勝利油田也開發(fā)了一種SUN生物酶解堵劑，取得了良好的聚合物解堵效果［18］。

2.2 注聚合物井解堵技術

2.2.1 水力振動解堵 水力振動解堵是借助水力振動器形成振動沖擊波，并使振波在地層孔隙通道中傳播，從而使堵塞物松動或疲勞破碎并脫落，達到清除巖石孔隙中堵塞物的目的。該技術用于注聚合物井解堵時，一般同酸化解堵一起使用，即先酸化后振動。

2.2.2 注聚井表面活性劑增注技術 該技術采用二氧化氯—表面活性劑體系—后續(xù)聚驅的施工程序，即先注入二氧化氯氧化劑溶液將巖石顆粒上的聚合物膜去掉；再將在無堿條件下超低界面張力的非離子表面活性劑及助劑體系注入油層，改變油層砂巖孔隙表面性質及其與注入流體的界面張力，提高油層的水相滲透率，達到注聚井增注降壓的目的。

2.2.3 高壓水射流與化學復合解堵法 該施工工藝采用高壓射流解堵方法，高壓射流在射孔井段上下移動，利用一周4個脈沖作用于炮眼及地層，經解堵液的物理及化學作用既溶解堵塞固體顆粒，使之分散于液體中被旋流液體帶走并排出，使孔隙喉道增大，并且通過化學作用對近井地帶聚合物斷鏈，降低分子量，減少流動阻力，提高油井產液量［19］，可用于聚合物大分子結構造成的堵塞。

2.2.4 二氧化氯解堵工藝 二氧化氯具有強氧化性，與助劑協(xié)同作用，可高效氧化分解聚合物、高效殺滅SBR還原菌和除去FeS等含硫化合物；同時，其他助劑在地層條件下緩慢反應生成水溶性酸和大量的氣體，酸可以用于溶蝕各種無機垢類堵塞物，氣體可提高解堵地層壓力。該工藝可用于無機鹽、微生物等造成的注聚合物井堵塞的解堵。

2.2.5 液力割縫技術 液力割縫技術利用高壓水射流噴射破巖的原理，將高壓攜砂液經過噴嘴以高速射流形式沖擊目的物，形成互成180°的兩條長縫或多條裂縫，從而打開近井地帶的堵塞或污染物，可以在宏觀上起到解堵的目的。

2.2.6 特定酶斷鏈技術 利用生物工程開發(fā)的一種針對油田聚合物的特定生物酶，通過酶與聚合物的相互作用，斷開聚合物分子鏈，將大分子聚合物降解為可以溶于注入液體的小分子，從而達到解堵的目的，可用于由于聚合物自身原因造成的堵塞的解堵［20］。

2.2.7 水力壓裂解堵 水力壓裂是利用井底高壓，在地層中形成具有高導流能力的滲流通道，從而達到解除聚合物堵塞的目的。同液力割縫技術相同，也是從宏觀上解堵，但有效期短［21，22］。

2.2.8 暫堵酸化技術 該技術通過暫堵劑的作用實現(xiàn)均勻布酸的目的，然后通過酸液與堵塞物的反應進行解堵，需要與解堵劑配合使用，可用于解除無機鹽、微生物、聚合物自身等多種原因造成的堵塞。

3 結論

注聚合物井的堵塞通常是由物理、化學和生物原因造成的，在解堵時需要綜合考慮。對各種解堵技術進行分析，二氧化氯解堵技術和酸化解堵可以從根本上解除注聚合物井的多重污染，達到深度解堵的目的，所以開展新生態(tài)二氧化氯解堵劑和新型酸液配方的研究，對聚合物解堵具有重要意義。

［1］ 張光焰，王志勇，劉延濤，等. 國內注聚井堵塞及化學解堵技術研究進展［J］. 油田化學，2006，23（4）：386-388.

［2］ 張浩，龔舒哲. 注聚合物井堵塞因素分析［J］. 大慶師范學院學報，2005，25（4）：16-17.

［3］ 盧祥國，陳會軍，單明濤. 大慶油田北二區(qū)西部注聚井堵塞原因及預防措施［J］.油田化學，2002，19（3）：258-259.

［4］ 周萬富，趙敏，王鑫，等. 注聚井堵塞原因［J］. 大慶石油學院學報，2004，28（2）：42-43.

［5］ 張賢松，孫福街，馮國智，等. 渤海稠油油田聚合物驅影響因素研究及現(xiàn)場試驗［J］. 中國海上油氣，2007，19（1）：30-32.

［6］ 李國，王鑫，王慶國，等. 新型聚合物驅注入井解堵增注技術［C］. 三次采油技術研討會論文集，2003.

［7］ 唐洪明，孟英峰，楊瀟，等. 儲層礦物對聚丙烯酰胺耗損規(guī)律研究［J］. 油田化學，2001，18（4）：342-346.

［8］ 閆勇. 注聚井綜合解堵工藝研究［D］.黑龍江大慶：大慶石油學院，2006：5-6.

［9］ 謝朝陽，李國，王鑫，等. 大慶油田注聚井解堵增注技術［J］. 大慶石油地質與開發(fā)，2003，22（6）：57-58.

［10］ 盧祥國，高振環(huán). 聚合物分子量與巖心滲透率配伍性——孔隙喉道半徑與聚合物分子線團回旋半徑比［J］. 油田化學，1996，13（1）：72-73.

［11］ 鄭俊德，張志英，任華，等. 注聚合物井堵塞機理分析及解堵劑研究［J］. 石油勘探與開發(fā)，2004，31（6）：109-110.

［12］ 陳淵. 新生態(tài)二氧化氯復合解堵技術在河南油田的應用［J］. 石油鉆探技術，2005，33（6）：52-53.

［13］ 潘赳奔. HAL_1型聚合物解堵劑的研制及應用［J］.精細石油化工進展，2003，4（11）：8-9.

［14］ 羅明輝，李運福，王文軍，等. 大慶油田注聚合物井壓裂解堵工藝技術［J］. 石油鉆采工藝，2002，24（1）：63-64.

［15］ 周衛(wèi)強，李新華，劉桂軍，等. 高效JHW復合解堵配方的研制及應用［J］. 石油天然氣學報，2005，27（3）：390-391.

［16］ 李君，楊希志. 注聚井用JY-1解堵劑的研制及性能評價［J］. 化學工程師，2004（7）：11-12.

［17］ 張英志. 薩北開發(fā)區(qū)純西葡一油層組沉積構成及聚驅解堵增注研究［D］.北京：中國地質大學，2006：121-122.

［18］ 孔金，李海波，周明亮，等. SUN生物酶解堵劑及其在勝利海上油田的應用［J］. 油田化學，2005，22（1）：23-24.

［19］ 劉瑜莉，吳保先，王國興，等. 聚合物驅油井堵塞原因及改造技術探討［J］. 河南油田，2003，17（S1）：58-59.

［20］ HANOLD D Brannon, ROBERT M.TJON-JOE-PIN BJ Services. Application of polymeric damage removal treatment results in multi-Fold well productivity improvement: a case study［J］. SPE 29822.

［21］ 潘恒民. 注聚井堵塞類型及措施效果［J］. 大慶石油地質與開發(fā)，2005，24（1）：85-86.

［22］ 宋愛莉，孫林，朱洪慶，等.S236-1油田締合聚合物驅堵塞物形成機理分析［J］. 石油鉆采工藝，2011，33（1）：83-87.