ZSJJ-3型聚合物解堵新技術(shù)實驗研究①

李 平

(中石化勝利油田分公司孤島采油廠)

勝利油田自1992年在孤島中一區(qū)Ng3開展聚合物驅(qū)“先導(dǎo)”、“擴大”試驗成功后，聚合物驅(qū)規(guī)模不斷擴大。到目前，聚合物驅(qū)投入項目29個，累計增產(chǎn)原油1 711.8×104t，平均提高采收率7%。隨著油田的進一步開發(fā)，目前已有23個區(qū)塊陸續(xù)轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū)，涉及儲量31 948×104t，約占聚驅(qū)投入儲量的70%，年產(chǎn)原油155.54×104t，占注聚采油廠水驅(qū)開發(fā)的主要地位。注聚井主要是清水配聚，污水伴注；后續(xù)水驅(qū)注入井主要以回注污水為主，在聚驅(qū)及后續(xù)水驅(qū)開發(fā)過程中，存在著注入壓力高，注入困難等問題。統(tǒng)計后續(xù)水驅(qū)單元開注水井1 050口，53%注水井油壓、干壓持平；欠注井198口，占總開注水井的19%，日欠注水達10 036 m3。在清除聚合物堵塞物方面，普通的酸化液具有各自針對性〔1-3〕，作用效果不明顯。國外主要是用二氧化氯的強氧化作用消除聚丙烯酰胺對井底造成的堵塞。國內(nèi)用于聚合物解堵的方法主要有兩種：一是以降解聚合物為主，二是非氧化降解體系。降解聚合物體系主要有二氧化氯、DOC-8聚合物解堵劑、新生態(tài)二氧化氯復(fù)合解堵劑及不含二氧化氯的強氧化型聚合物解堵劑,配方組成為15%(w)HCl+3%(w)HF+0.3%(w)EDTA+0.05%(w)K2S2O8+0.01%(w)二苯基硫脲+0.05%(w)三乙醇胺+1%(w)AS。非氧化降解體系有聚環(huán)氧氯丙烷-二乙烯三胺、聚環(huán)氧氯丙烷-二甲胺，能降低聚合物的黏度；聚合物解吸劑PEG-400和乙醇胺，對已注聚巖心，注入解吸劑后，注聚壓力下降，巖心滲透率恢復(fù)值達26%～88%。

由于目前常用的聚合物降解劑氧化性強、安全風(fēng)險高，而非氧化降解體系對地層內(nèi)的膠塊狀聚合物無能為力。因此，研究了聚合物堵塞機理及堵塞物成分，開發(fā)了新型聚合物解堵劑，并進行了現(xiàn)場試驗，取得了顯著的效果。

1 實驗方法

1.1 堵塞物及膠塊聚合物分析方法

稱取一塊樣品，用甲苯溶解、自然干燥，利用失重法計算原油含量。將洗過油的堵塞物進行灼燒，利用失重法計算聚合物含量；將樣品灼燒后的殘渣用1∶1鹽酸溶解，6 h后過濾、干燥，計算可溶物含量，最后剩余的就是泥沙。

1.2 活性氧測定

2 堵塞原因及堵塞物成分分析

聚合物在近井地帶的堵塞主要原因[4]為：①聚合物在地層中的吸附、滯留、捕集以及與地層中離子作用交聯(lián)對儲層造成的堵塞；②后續(xù)水驅(qū)過程中，注污水中的懸浮物、含油及結(jié)垢離子與污水中離子結(jié)垢造成堵塞，聚合物堵塞物與后期污染堵塞共同作用，對儲層近井地帶造成嚴(yán)重堵塞，由于長期注入，近井地帶形成異常高壓帶。因此，在停注、洗井或作業(yè)起管過程中會造成地層的返吐。圖1為勝利油田4口注聚轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)井堵塞物的情況。

表1 勝利油田注聚井堵塞物成分分析

通過室內(nèi)實驗分析，聚驅(qū)及后續(xù)水驅(qū)注入井堵塞物的主要成分見表1。由表1可知，井內(nèi)吐出物主要為聚合物與儲層礦物的反應(yīng)產(chǎn)物及注水結(jié)垢，堵塞物中聚合物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.2%，碳酸鹽、鐵鹽等可溶物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.1%，是主要的堵塞成分。

3 ZSJJ-3聚合物解聚劑的研制及性能評價

3.1 聚合物解聚劑主體成分優(yōu)選

對于聚合物堵塞物的解堵應(yīng)用效果好的仍然以氧化物為主[5-8]。常用的解堵劑有二氧化氯、雙氧水、過氧化鈣、過硫酸鹽等解堵劑。在應(yīng)用過程中，是二氧化氯、雙氧水等存在不穩(wěn)定、容易失活問題，過氧化鈣應(yīng)用后產(chǎn)生大量Ca2+，容易結(jié)垢，會產(chǎn)生二次傷害；二是在注入的過程中容易腐蝕管柱；三是存在安全隱患。因此，優(yōu)選解聚劑主體成分時仍以氧化解堵為主，但要求在常溫下穩(wěn)定，反應(yīng)后不產(chǎn)生二次傷害物質(zhì)，室內(nèi)先期優(yōu)選確定ZS-1#，ZS-2#，ZS-3#3種解聚劑。通過對現(xiàn)場聚合物膠塊溶解、聚合物溶液降解的研究，確定解堵劑的主要成分。不同降解劑在48 h、室溫下的降解結(jié)果見圖2和表2。

表2 不同降解劑的降解情況統(tǒng)計

由以上實驗結(jié)果可知，新型解聚劑ZS-1#和ZS-3#解聚劑均能完全溶解膠塊聚合物，其中ZS-1#解聚劑在25 ℃就可以完全溶解聚合物膠塊，ZS-3#解聚劑需要溫度大于40 ℃才能完全溶解。雖然雙氧水、ZS-1#、ZS-3#都能完全溶解膠塊聚合物，但是，雙氧水氧化性強，存在安全隱患，現(xiàn)場已經(jīng)禁止使用。ZS-1#雖能完全溶解膠塊聚合物，但是在水中溶解度小，不利于現(xiàn)場泵注。因此，確定ZS-3#為解聚劑的主體成分。

3.2 解聚劑的包覆工藝[9-11]

本研究中選擇硬脂酸與石蠟作為包膜主劑，其特點是在50 ℃以下不溶解，在55 ℃溶解較快。

根據(jù)現(xiàn)場具體施工要求，解聚劑應(yīng)在50 ℃以上緩慢溶解釋放。優(yōu)選適合的包衣材料。在60 ～65 ℃條件下，將包衣材料熔化，邊加熱邊攪拌，使包衣材料包裹在解聚劑微粒的表面；顆粒冷卻后，表面的包衣材料變成固體，隔斷顆粒與顆粒、顆粒與外界的直接接觸，達到提高解聚劑穩(wěn)定性的目的。

主要工藝：將解聚劑粉碎成微小顆粒；包膜劑在一定溫度下熔解、霧化；解聚劑顆粒經(jīng)過包膜材料形成的霧化帶，一定時間后進入出口管道冷卻，形成均勻固體顆粒收集封裝，即制得ZSJJ-3型解聚劑。

3.3 性能評價

3.3.1常溫穩(wěn)定性評價

測定了不同溫度、不同時間下活性氧的釋放量(表3)。從表3可以看出，在50 ℃以下時，解聚劑是較穩(wěn)定的，基本不分解；55 ℃時，逐步開始釋放活性氧，60 ℃釋放活性氧速度明顯加快。這表明，該解聚劑具有常溫穩(wěn)定性，儲層溫度下則會隨著時間的變化，短時間內(nèi)釋放出大量活性氧。

表3 不同時間、不同溫度下活性氧釋放情況

3.3.2對聚合物的降黏性能的評價

結(jié)合勝利油田注聚現(xiàn)場情況，在室內(nèi)用勝利油田常用聚合物配制成質(zhì)量濃度為5 000 mg/L的溶液，用5%(w)的ZSJJ-3型解聚劑，在55 ℃、不同時間的降黏率見表4。

表4 不同時間下的黏度變化情況

用勝利油田常用聚合物，在室溫下反應(yīng)8 h,對其降黏特性進行考察，結(jié)果見圖3。圖3表明，隨著解聚劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，其降黏率在不斷升高。在解聚劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時，其降黏率達到85%以上，解聚劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時，其降黏率達到98%以上，表現(xiàn)出良好的降黏效果。

3.3.3對現(xiàn)場聚合物膠塊溶解性能評價

試驗用聚合物膠塊為現(xiàn)場施工井底吐出物質(zhì)，其主要成分有：有機聚合物30%(w)～50%(w)， 無機結(jié)垢30%(w)左右，酸溶物40%(w)左右。表5(解聚劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，解聚劑溶液∶現(xiàn)場膠塊=20∶1。55℃的溶解時間為6 h，50 ℃的溶解時間為12 h ，45 ℃的溶解時間為18 h)列舉了6口井現(xiàn)場取回的聚合物膠塊溶解性試驗情況。從表5可以看出，ZSJJ-3型解聚劑對現(xiàn)場聚合物膠塊具有良好的溶解能力，其能使聚合物膠塊全部溶解，溶解后黏度在10 mPa·s以下，平均為5.3 mPa·s。

表5 ZSJJ-3型解聚劑對聚合物膠塊的溶解性試驗

3.3.4腐蝕性評價

測定了60 ℃溫度下，ZSJJ-3型解聚劑對N80試片的腐蝕性能。實驗表明，在儲層溫度下，其具有較低的腐蝕性，其腐蝕速度為0.45 g/(h·m2)，遠小于井下施工對管柱腐蝕性標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 現(xiàn)場試驗情況

采用ZSJJ-3型解聚劑在孤島油田注聚井GDB21-1C12進行了現(xiàn)場試驗。

該井于2012年12月13日開始注聚，累計注聚3.7×104m3；初始注聚壓力12.5 MPa、日注聚140 m3；施工前注聚壓力14.0 MPa，日注聚80 m3。分析原因為注入聚合物及污水共同影響，已造成嚴(yán)重堵塞。對該井實施了以ZSJJ-3型解堵劑為主的復(fù)合解堵工藝技術(shù)。實施前先期酸化預(yù)處理近井地帶污水污染，再實施聚合物解堵。該井于2013年11月5日順利完成施工，共注入解堵劑92 m3，現(xiàn)場施工壓力由13 MPa降至9 MPa，壓力降低明顯。該井注聚4個月以來，注聚壓力穩(wěn)中有降，注聚壓力由14 MPa降低至10 MPa，日注由80 m3上升至100 m3(配注100 m3)，已累計增加注聚量2 000 m3。

5 結(jié)論與認(rèn)識

(1) 結(jié)合勝利油田聚驅(qū)及后續(xù)水驅(qū)注入現(xiàn)狀，分析了注入堵塞及欠注原因，并結(jié)合普通氧化解堵在現(xiàn)場實施中存在問題，研制了新型的聚合物解聚技術(shù)。

(2) 解聚劑的包衣工藝在聚合物解堵劑中初次應(yīng)用。性能試驗結(jié)果表明，該劑在常溫下穩(wěn)定，儲層溫度下緩慢釋放活性氧，對聚合物及堵塞物有較好的降黏及溶解效果，對聚合物堵塞井解堵效果好。同時，具有腐蝕率低，常溫穩(wěn)定，施工安全、可靠的特點。

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