聚驅(qū)/調(diào)驅(qū)井解堵增注技術(shù)研究與應(yīng)用

蔡瑩瑩，陳小凱，曾雙紅，楊連行，谷雨

（1.塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆庫爾勒841000；2.遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦124010；3.華北油田分公司第一采油廠，河北任丘062550）

生產(chǎn)與技術(shù)改造

聚驅(qū)/調(diào)驅(qū)井解堵增注技術(shù)研究與應(yīng)用

蔡瑩瑩1，陳小凱2，曾雙紅2，楊連行2，谷雨3

（1.塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆庫爾勒841000；2.遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦124010；3.華北油田分公司第一采油廠，河北任丘062550）

針對LN油田深部調(diào)驅(qū)技術(shù)應(yīng)用過程中聚合物堵塞導(dǎo)致的水井注入壓力上升過快，欠注等現(xiàn)象，篩選出強氧化劑二氧化氯，將酸化和氧化原理結(jié)合形成復(fù)合解堵增注技術(shù)。通過室內(nèi)實驗，復(fù)合解堵劑不僅能解除無機物堵塞，而且能有效解除聚合物、聚合物凝膠、細菌和FeSO4等的有機物堵塞，有效解決地層堵塞造成的注入壓力上升過快，配注不達標，間歇注入等問題，為LN油田高效開發(fā)和產(chǎn)量的持續(xù)穩(wěn)定提供技術(shù)支持。

聚合物驅(qū)；化學(xué)驅(qū)；解堵；增注；二氧化氯

聚合物類驅(qū)油技術(shù)作為一項發(fā)展前景良好的新型采油技術(shù),在提高采收率方面發(fā)揮了巨大的作用，現(xiàn)已應(yīng)用于國內(nèi)各大油田，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。但同時也帶來了新問題,注聚、調(diào)驅(qū)或調(diào)剖井注入壓力上升較快,難以完成配注,甚至停注,嚴重影響聚合物驅(qū)的經(jīng)濟效益。隨著聚合物驅(qū)、化學(xué)驅(qū)或深部調(diào)驅(qū)注入劑量的增加，造成地層堵塞，導(dǎo)致水井注入壓力上升過快，已接近甚至超過系統(tǒng)壓力，欠注等現(xiàn)象日益突出，嚴重影響了該區(qū)塊的開采效果。

針對該問題，以往采取了酸化、化學(xué)解堵等增注措施，雖取得了一定的效果，但沒有從根本上解決有效期短的問題，且這些解堵技術(shù)主要針對近井地帶的污染堵塞，對于地層深部聚合物堵塞目前仍無有效措施。針對這類問題，近年來開展了LN油田注聚/調(diào)驅(qū)井解堵增注技術(shù)研究工作，降低注聚/調(diào)驅(qū)井的注入壓力，同時延長措施的有效期，以保證注聚工作的順利實施，并取得了理想的解堵增注效果。

1 注聚/調(diào)驅(qū)井堵塞原因分析

注聚井堵塞類型主要有兩種，純粹聚合物堵塞和聚合物復(fù)合堵塞。

純粹聚合物堵塞一方面是由于聚合物濃度過大或聚合物分子量過大，聚合物溶液成膠后，在孔喉半徑較小的孔隙介質(zhì)中滯留堆積，導(dǎo)致油流通道堵塞；另一方面是聚合物顆粒粒徑與地層孔喉半徑匹配性差，導(dǎo)致聚合物顆粒在井筒或近井地帶沉積，造成物理堵塞。

聚合物復(fù)合堵塞，指由于聚合物長鏈分子上的官能團與地層的次生礦物顆粒、泥質(zhì)膠結(jié)物、注入的機械雜質(zhì)、沉淀物發(fā)生吸附、包裹、纏繞等作用，形成團狀或絮狀物，從而堵塞孔喉。

2 復(fù)合解堵劑解堵機理研究

注聚/調(diào)驅(qū)技術(shù)所使用的聚合物通常為相對分子量大的有機物，根據(jù)其堵塞原因分析，解除聚合物堵塞的最好方法一是利用氧化劑的氧化作用，使其降解為小分子，甚至變成氣態(tài)分子，從而降低其粘度，隨產(chǎn)出液排出。二是利用表面活性劑具有改善滲流通道巖石表面潤濕性的作用，使地層孔道潤濕性有利于有機聚合物的流動。因此，解堵液配方主要采用強氧化劑和表面活性劑。

聚合物氧化降解存在的主要問題：①聚合物抗氧化能力強，難降解；②氧化降解產(chǎn)生的不溶于水的副產(chǎn)物，有可能在地層重新聚焦并堵塞地層；③氧化降解反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，造成聚合物發(fā)生變性、交聯(lián)、萎縮和硬化，導(dǎo)致聚合物更不易被降解；④強氧化劑的使用會帶來火災(zāi)、爆炸、腐蝕和毒性等安全隱患，不利于現(xiàn)場應(yīng)用。因此，篩選合適的強氧化劑是注聚/調(diào)驅(qū)井解堵技術(shù)的難點。

由于要求配制的解堵藥劑為液體形式，因此選擇的藥劑必須具有水溶性。能溶于水的強氧化劑有HNO3、KMnO4、ClO2等。由于聚合物抗氧化能力很強，選擇的氧化劑必須具有強氧化性能。根據(jù)氧化劑的活潑性、氧化性和現(xiàn)場可行性，優(yōu)選過氧化氯（也稱二氧化氯即ClO2）作為氧化劑。

好的氧化劑不僅要滿足滿足現(xiàn)場施工，最重要的是防止氧化還原反應(yīng)造成火災(zāi)、爆炸、腐蝕和毒性等安全隱患。因此現(xiàn)場應(yīng)選用不直接利用氧化劑ClO2施工，而是在地層生成ClO2，實現(xiàn)解堵的目的。

優(yōu)先出的復(fù)合解堵劑就是由多種化學(xué)組分組成，注入井下后激活生成強氧化劑ClO2，和無機酸形成復(fù)合解堵體系。其中的ClO2能有效解除聚合物、細菌和FeSO4等的堵塞，之后使酸液能充分溶蝕裸露出來的無機鹽類礦物，擴大孔隙喉道空間，有效地解除碳酸鹽、硅酸鹽類礦物的堵塞。解堵過程中，二者即有針對性，同時產(chǎn)生協(xié)同作用，達到綜合性解堵效果，從而實現(xiàn)增產(chǎn)增注的目的。

聚合物復(fù)合解堵技術(shù)就是將酸化和氧化作用有機結(jié)合在一起，形成新的解堵體系。這種體系具有濃度可調(diào)，解堵半徑大，對管柱腐蝕性低，安全性高的特點，可應(yīng)用于壓裂后處理、注聚井解堵、堵水調(diào)剖后解堵以及常規(guī)油水井解堵。

3 復(fù)合解堵劑配方篩選

3.1 降解水解聚丙烯酰胺試驗

3.1.1 不同復(fù)合解堵劑濃度下HPAM降解試驗在10mL 0.2%HPAM溶液中加入10mL不同濃度的復(fù)合解堵劑水溶液，并混合均勻，用烏氏粘度計分別測定其30℃水浴中的HPAM粘度隨時間的變化狀況。

圖1不同濃度下HPAM降解試驗曲線Fig.1HPAM degradation test under different concentration

從圖1可知，在相同時間和HPAM濃度不變情況下，隨著復(fù)合解堵劑濃度的不斷增加，HPAM的粘度不斷變??；反應(yīng)時間在0.5h基本達到其降解的最低臨界粘度；復(fù)合解堵劑對降解HPAM有一個最佳濃度，也就是說HPAM濃度與復(fù)合解堵劑濃度在一個范圍內(nèi)效果最佳。

3.1.2 不同溫度條件下的降解試驗為了研究溫度對ClO2降解聚合物的影響，測定1000×10-6復(fù)合解堵劑＋0.2%HPAM在6h內(nèi)分別在30、45、60、90℃時的粘度隨時間的變化情況。

圖2不同溫度下HPAM降解實驗Fig.2Degradation test under different temperatures

由圖2可知，降解試驗的臨界時間在0.5h內(nèi)，隨著時間的推移粘度變化較??；溫度是影響降解速度和降解率的關(guān)鍵因素,溫度越高，聚合物越容易被降解，效果越好。

3.2 復(fù)合解堵劑對堵水調(diào)剖凝膠降解實驗的影響

酚醛交聯(lián)凝膠是油田常用的堵水調(diào)剖劑，試驗用復(fù)合解堵劑測試其降解率。

3.2.1 不同濃度下凝膠降解試驗在恒定30℃條件下，測定不同質(zhì)量濃度的復(fù)合解堵劑對凝膠降解率，見圖3。

圖3不同濃度下凝膠的降解率Fig.3Degradation rate of gel under different concentration

從圖3可以看出，復(fù)合解堵劑對凝膠的降解效果隨濃度增加而增加，4000×10-6的復(fù)合解堵劑對凝膠具有很好的降解效果，平均凝膠降解率可達到97.7%。

3.2.2 不同溫度下凝膠降解試驗改變溫度，測定不同質(zhì)量濃度的復(fù)合解堵劑水溶液對凝膠的降解效果。

圖4不同溫度下凝膠的降解率Fig.4Degradation rate of gel under different temperatures

由圖4可以看出，溫度越高，復(fù)合解堵劑對凝膠的降解效果越好，凝膠降解率越高。

3.3 腐蝕實驗

按照SY/T5450-1996測定方法測試的不同溫度下腐蝕速度見下表1。

表1 不同溫度下復(fù)合解堵劑的腐蝕速率Tab.1Corrosion rate of compound plugging removing agent under different temperatures

由表1可見，實驗結(jié)果均低于我國部頒標準小于15 g·（m2·h）-1的要求，隨著溫度升高，腐蝕速率增加，腐蝕速率符合酸化解堵的要求。

3.4 殺菌實驗研究

針對油田注水、污水處理中常見的硫酸鹽還原菌（簡稱SRB）及腐生菌（簡稱TGB），采用絕跡稀釋法測定復(fù)合解堵劑對這兩種菌的殺菌效果。

試驗1：取污水站的污水樣，現(xiàn)場水溫50℃，測定復(fù)合解堵劑對SRB的殺菌效果，試驗結(jié)果見表2。

表2 復(fù)合解堵劑對SRB的殺菌效果Tab.2Sterilizing effect of plugging removing agent on SRB

從表2可以看出，30×10-6的復(fù)合解堵劑在10min內(nèi)對SRB殺菌率達90%。可見，復(fù)合解堵劑對SRB的殺菌作用非常好。

試驗2：從實驗室內(nèi)長時間停用的自來水管取水樣，培養(yǎng)TGB，培養(yǎng)溫度37℃。測定HRS對TGB的殺菌效果。所得數(shù)據(jù)見表3。

表3 復(fù)合解堵劑對TGB的殺菌效果Tab.3Sterilizing effect of plugging removing agent on TGB

由表3可以看出，TGB較SRB更易被殺死，10×10-6的復(fù)合解堵劑在10min內(nèi)即可將TGB全部殺死。

3.5 室內(nèi)解堵模擬試驗

試驗方法：選用不同粒徑的石英砂，制成巖心。巖心長L＝29.5cm，直徑D＝2.634cm，稱得填砂巖心質(zhì)量m1，飽和0.5%NaCl溶液后，稱得質(zhì)量m2。測得0.5%NaCl的密度d，計算該巖心的孔隙體積：

用2000×10-6復(fù)合解堵劑溶液進行解堵實驗，各階段的注入壓力隨時間的變化情況見圖5。

圖5解堵實驗各階段的注入壓力隨時間的變化Fig.5Injection pressure changes with time

由圖5可知，飽和0.5%NaCl溶液時，注入壓力上升至0.1MPa；當向巖心注入0.05%HPAM時，由于聚合物粘度大，容易在巖心孔隙中滯留，流動阻力增大，因而注入壓力很快增大到0.4MPa；當聚合物與巖心接觸24h后，再用0.5%NaCl溶液驅(qū)替時，開始注入壓力仍然很高，經(jīng)過10min后降至0.2MPa，此時有一部分聚合物被驅(qū)出，但仍有一部分聚合物殘留在巖心孔隙中造成堵塞，巖心滲透率仍然很低；然后向巖心注入2000×10-6復(fù)合解堵劑水溶液，注入壓力逐漸降低，在1h內(nèi)降至0.1MPa,可見復(fù)合解堵劑在注入過程中將孔隙中殘留的聚合物逐漸降解，而使注入阻力不斷下降；當復(fù)合解堵劑與巖心接解24h后，再用0.5%NaCl溶液驅(qū)替，注入壓力繼續(xù)降低，在0.5h內(nèi)降至0.05Pa。這是因為復(fù)合解堵劑不僅能夠清除聚合物堵塞，還因為其溶液呈酸性，可與巖心中的碳酸鹽等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使巖心的孔隙體積增大，從而提高了巖心的滲透率。

通過4組實驗對比，測定出復(fù)合解堵劑不同濃度對解堵效果的影響，見表4。

表4 不同濃度的復(fù)合解堵劑的解堵效果Tab.4Plugging removal effect of different concentration compound plugging removing agent

由表4可以看出，復(fù)合解堵劑確實具有很強的解堵能力，對于滲透率較高的地層，500×10-6的復(fù)合解堵劑溶液的解堵率可達88.5%。對于滲透率較低的地層，可以通過提高復(fù)合解堵劑的濃度而達到滿意的解堵效果。當復(fù)合解堵劑的濃度較高時，解堵率甚至可以大于100%，即復(fù)合解堵劑不僅能清除聚合物堵塞，還能提高地層的滲透率。

4 施工工藝優(yōu)化研究

復(fù)合解堵劑解堵施工工藝和常規(guī)酸化解堵工藝基本相同，且不需再增加施工設(shè)備。

施工時，復(fù)合解堵劑用量根據(jù)油層厚度、油層孔隙度和解堵半徑來確定。典型的泵注程序如下：

前置液（活性水）→復(fù)合解堵劑→頂替液（活性水）。

復(fù)合解堵液注入結(jié)束后關(guān)井6h以上。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

聚合物復(fù)合解堵技術(shù)2016年在LN油田進行了2口井的現(xiàn)場試驗，井號為：LNA井、LNB井，累計注入復(fù)合解堵劑63m3。其中LNA井注水壓力從措施前12MPa降至9MPa，由日欠注30m3轉(zhuǎn)變?yōu)橥瓿扇张渥⒘?0m3。LNB井措施前注水壓力12.5MPa，措施后注水壓力3MPa，后改注聚合物（日注84m3），壓力由3 MPa逐漸上升并穩(wěn)定到12MPa，均見到了明顯的效果。

表5 解堵增注效果統(tǒng)計表Tab.5Plugging removal and injection increasing effects

6 結(jié)論

（1）采用ClO2強氧化劑，能夠有效解除聚合物、聚合物凝膠堵塞。

（2）復(fù)合解堵體系將酸化、氧化原理結(jié)合在一起，體系產(chǎn)生的ClO2濃度可控，質(zhì)量穩(wěn)定，解堵半徑大，解堵效果好、應(yīng)用范圍廣。

（3）通過室內(nèi)實驗，該復(fù)合解堵劑不僅能解除無機物堵塞，而且能有效解除聚合物、聚合物凝膠、細菌和硫化亞鐵等的有機物堵塞。

（4）現(xiàn)場試驗表明，能夠有效解決由于地層堵塞造成注入壓力上升較快，出現(xiàn)達不到配注，間歇注入等欠注問題，為LN油田稠油的高效開發(fā)和產(chǎn)量的持續(xù)穩(wěn)定提供技術(shù)支持，該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Research and application of polymer broken down and water injectivity technology

CAI Ying-ying1,CHEN Xiao-kai2,ZENG Shuang-hong2,YANG Lian-xing2,GU Yu3
（1.Oil and Gas Engineering Research Institute of Tarim Oilfield Company,Korla 841000，China;2.Drilling and Production Process Research Institute of Liaohe Oilfield Company,Panjin 124010，China;3.First Oil Production Plant of Huabei Oilfield Company, Renqiu 062550，China）

Aiming at the problem of rapid increase of water injection pressure and short shots because of polymer blockages in the process of chemical flooding in LN oil field,the authors select strong oxidant of chlorine dioxide,combine the principle of acidification and oxidation to form compound plugging and injection technology. Through indoor experiments,the composite plugging agent cann't only remove inorganic plugging,and can effectively remove organic polymer,polymer gel,bacteria and ferrous sulfide,effectively solve rapid increase of water injection pressure,short shots and intermittent injection because of polymer blockages,and provide technical support for the continued stability of LN Oilfield efficient development and production.

polymer flooding;chemical flooding;broken down；water injectivity；chlorine dioxide

O616

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170560

2017-03-07

蔡瑩瑩（1991.7-），女，助理工程師，本科，現(xiàn)從事石油鉆井工程等科研工作。