油田注聚合物驅(qū)井堵塞機(jī)理研究進(jìn)展

邵春雨

摘要：現(xiàn)階段，在原油開采過程中，聚合物驅(qū)油得以廣泛推廣應(yīng)用，但是，注聚井堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重。本文從多角度對(duì)注聚井堵塞機(jī)理進(jìn)行分析，以期豐富堵塞機(jī)理研究體系，提高聚合物驅(qū)油效果。

關(guān)鍵詞：油田注聚合物;驅(qū)井堵塞機(jī)理;研究進(jìn)展

引言

聚合物驅(qū)油技術(shù)作為一種改善油水流度比，提高注水波及系數(shù)的有效方法已在許多油田大規(guī)模推廣應(yīng)用。但隨著該技術(shù)的深入應(yīng)用，出現(xiàn)的諸如堵塞、產(chǎn)出水處理等問題也引起了各個(gè)油田的關(guān)注，特別是聚合物堵塞會(huì)影響后續(xù)聚合物的有效深入，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致油井產(chǎn)液量大幅下降甚至不產(chǎn)液，從而造成產(chǎn)油量較低，聚驅(qū)增油效果不明顯。同時(shí)，隨著油井含水的下降，見聚濃度的增加，產(chǎn)出液的成分發(fā)生了變化，產(chǎn)出液中的聚合物易攜帶地層中的顆粒運(yùn)移，在井筒中產(chǎn)生堵塞，對(duì)油井的管柱及泵的工作環(huán)境產(chǎn)生影響，造成了泵效率低、事故率高，使油井產(chǎn)液能力下降。

1油田注聚合物驅(qū)井堵塞機(jī)理

1.1內(nèi)部因素

1.1.1原油物性特征

原油中含蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)易隨溫度、壓力等條件的變化析出造成注聚井堵塞。海相儲(chǔ)層原油中蠟、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量較高。綏中36-1油田原油中含蠟量約為22.71%，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量約為32.3%。這種堵塞因形成過程緩慢造成的影響并不明顯，當(dāng)存在其他堵塞時(shí)原油物性特征造成堵塞常常被忽略。因此分析堵塞機(jī)理時(shí)要先考慮原油物性特征并在設(shè)計(jì)解堵工藝時(shí)要優(yōu)先考慮原油物性特征造成的堵塞。

1.1.2黏土礦物組成

儲(chǔ)層因礦物組成多樣易使聚合物在儲(chǔ)層中發(fā)生吸附滯留。唐洪明等人基于大慶油田研究了聚合物在儲(chǔ)層中發(fā)生吸附滯留的主要因素在靜態(tài)條件下取決于粘土礦物組成;動(dòng)態(tài)條件下取決于聚合物相對(duì)分子質(zhì)量及分子結(jié)構(gòu)。粘土礦物組成對(duì)聚合物吸附滯留的能力由強(qiáng)到弱依次為：綠泥石>蒙脫石>高嶺石>伊利石>石英。

1.2外部因素

1.2.1微生物

目前，普遍存在于儲(chǔ)層中的本源細(xì)菌有：硫酸鹽還原菌、利用烴細(xì)菌、甲烷形成菌、孢子形成菌和耐鹽產(chǎn)氣的梭狀芽孢桿菌。它們?cè)趦?chǔ)層中生長(zhǎng)繁殖后形成菌落，并產(chǎn)生大量的代謝物。這些菌落和代謝物，還有代謝產(chǎn)物中的黏膠與鐵離子結(jié)合物，都會(huì)造成地層堵塞。進(jìn)一步的研究表明，厭氧菌與好氧菌相比，雖然對(duì)聚合物溶液有一定的降解作用，但其對(duì)聚合物解堵的作用有限。以某油田為例，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(jià)含硫化合物還原成H2S，H2S腐蝕油水井管柱產(chǎn)生FeS沉淀，堵塞地層。

1.2.2無機(jī)物沉淀

地層水中普遍存在著鈣、鎂、鐵離子等，當(dāng)注入的聚合物與離子不配伍時(shí)，這些離子就會(huì)產(chǎn)生沉淀物堵塞油層。此外，油層中的黏土、機(jī)械雜質(zhì)也會(huì)加重這種堵塞。鄭俊德等對(duì)注聚合物井返排液和注聚巖心薄片進(jìn)行X漫散射成像技術(shù)測(cè)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(tuán)狀堵塞物。隨著注入量增加，膠團(tuán)聚集變大，使得已經(jīng)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(yán)重。盧祥國(guó)等對(duì)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(jìn)行檢測(cè)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(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)增大了聚合物的分子回轉(zhuǎn)半徑，并導(dǎo)致流動(dòng)阻力增大，進(jìn)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(huì)大量進(jìn)入注入流體，其中的三價(jià)鐵離子能與聚合物分子交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，二價(jià)鐵離子會(huì)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(yán)格控制鐵離子的注入。

1.2.3聚合物

聚合物靜態(tài)時(shí)，在巖石表面的吸附一般是單分子層，但在運(yùn)動(dòng)過程中，分子鏈會(huì)相互纏繞、并包容黏土顆粒等進(jìn)行運(yùn)移，使得地層中聚合物吸附不再以均一的單分子層進(jìn)行吸附，導(dǎo)致滲流孔道變窄，降低了地層的吸液能力，更嚴(yán)重地可能堵塞巖石孔道。在砂巖儲(chǔ)層中，因內(nèi)表面積大，成巖礦物多樣組合，黏土礦物含量高，所以當(dāng)聚合物溶液在砂巖孔隙中流動(dòng)時(shí)，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(duì)聚合物的吸附起主導(dǎo)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;在動(dòng)態(tài)條件下，聚合物溶液的流動(dòng)性受其相對(duì)分子質(zhì)量和分子結(jié)構(gòu)的影響較大。

2堵塞機(jī)理的研究方法

（1）離心法分析堵塞物中固體含量和聚合物含量。該方法適用范圍廣、費(fèi)用低。但存在操作過程嚴(yán)格、不易掌握、可能出現(xiàn)分離時(shí)間長(zhǎng)等問題。

（2）X射線多晶衍射儀分析堵塞物中無機(jī)物含量。該方法能夠精確進(jìn)行物相、定性、定量分析，但在測(cè)量方法上要求嚴(yán)格，否則會(huì)造成峰強(qiáng)弱的變化甚至出現(xiàn)峰的消失。

（3）掃描電鏡分析堵塞物中元素含量。該方法可以獲取被測(cè)樣品本身的物理、化學(xué)性質(zhì)。但其對(duì)待測(cè)樣品要求不能含有水分、必須是無磁性、無毒性且成分穩(wěn)定。

（4）紅外光譜儀分析堵塞物中特性基團(tuán)。紅外光譜對(duì)樣品適用性廣泛。但是隨著儀器的進(jìn)步、低溫技術(shù)的應(yīng)用波譜圖需要進(jìn)行不斷修改;且通過紅外光譜對(duì)波峰對(duì)比分析不能作為一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)判斷手段。

（5）物模驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，利用一維長(zhǎng)填砂管、三維模型進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，借助各個(gè)測(cè)壓點(diǎn)測(cè)出壓力、采出液組分、巖心滲透率變化分析注聚過程中不同深度堵塞情況。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)位的無機(jī)、有機(jī)組分進(jìn)行分析，確定注聚過程中堵塞物分布規(guī)律。

（6）數(shù)值模擬分析，基于聚合物、原油特性及在孔隙性介質(zhì)中流動(dòng)特征建立并求解滲流模型;將模型結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)注采動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料結(jié)合獲得注聚井前緣半徑及極限前緣半徑;通過與物模實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析得到堵塞物吸附滯留最嚴(yán)重區(qū)域。

結(jié)語

注聚合物驅(qū)是國(guó)內(nèi)外提高采收率的主要手段，影響注聚合物驅(qū)效果的因素眾多，因此需要豐富注聚井堵塞機(jī)理分析體系，為豐富注聚合物井的解堵劑種類、解堵工藝奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)。

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