JZ9-3油田注聚井安全解聚劑研制及評(píng)價(jià)

陳 磊，趙 健，申金偉，李 夢(mèng)，郭布民，敬季昀

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部， 天津 300459）

JZ9-3 油田部分注聚井由于長(zhǎng)期注聚，導(dǎo)致堵塞日趨嚴(yán)重，注入壓力高，達(dá)不到油藏配注要求。目前注聚井解堵劑主要是以氧化劑為主[1-3]，常用的氧化解堵劑有二氧化氯類[4-9]、過(guò)氧化物類[10]及其他氧化劑[11-12]等，但這類強(qiáng)氧化解堵劑穩(wěn)定性差，容易造成安全事故。海上平臺(tái)空間小，安全風(fēng)險(xiǎn)高，這類強(qiáng)氧化解堵劑難以推廣。為此，根據(jù)JZ9-3油田注聚井堵塞物特征，研制了一種安全的解聚劑，可以有效降解現(xiàn)場(chǎng)垢樣，在W井中應(yīng)用取得了良好的效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

（1）實(shí)驗(yàn)材料

JZ9-3油田W井堵塞物、聚合物，由油田現(xiàn)場(chǎng)提供；過(guò)碳酰胺，工業(yè)級(jí)，由上海高明化工有限公司提供；高錳酸鉀、過(guò)氧化氫、β-環(huán)糊精、次氯酸鈉、過(guò)硫酸銨、過(guò)硼酸鈉、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化苯甲酰，分析純，由國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供；穩(wěn)定劑、緩蝕劑，工業(yè)品，由中海油田服務(wù)股份有限公司提供。

（2）實(shí)驗(yàn)儀器

化學(xué)驅(qū)模擬實(shí)驗(yàn)裝置，DHZ-50-180，由南通華興石油儀器有限公司提供；Brookf i eld DV-Ⅲ黏度計(jì)，由美國(guó)博勒飛Brookf i eld公司提供；機(jī)械攪拌器，由青島達(dá)芬儀器有限公司提供；電熱鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9053A，由北京利康達(dá)圣科技有限公司提供；掃描電子電鏡，S-4800，由日立公司提供；X-am 2000便攜式氣體檢測(cè)儀，由德國(guó)德?tīng)柛窆咎峁?/p>

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）聚合物溶液配制及降黏率測(cè)試

取JZ9-3現(xiàn)場(chǎng)聚合物粉配制濃度為5 000 mg/ L的聚合物溶液，測(cè)試聚合物溶液的初始黏度。然后在聚合物溶液中加入解聚劑，在60 ℃條件下放置12 h后，使用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)試其黏度。計(jì)算黏度損失率，計(jì)算公式如式（1）所示。

式中：φ為降黏率，%；μ1為降解最終黏度，mPa·s；μ0為初始黏度，mPa·s。

（2）凝膠制備

采用有機(jī)鉻交聯(lián)劑和聚合物溶液制備凝膠。首先取5 000 mg/L的聚合物溶液，邊攪拌邊加入濃度為0.05%有機(jī)鉻交聯(lián)劑，直到形成高強(qiáng)度的凝膠。在凍膠中加入解聚劑，在60 ℃條件下測(cè)量?jī)瞿z黏度隨時(shí)間的變化規(guī)律，計(jì)算最終黏度損失率，公式如式（1）所示。

（3）活性氧含量測(cè)定

配制濃度為1%的氧化劑，加入0.5%穩(wěn)定劑。取10 mL溶液于燒杯中，加入80 mL蒸餾水和15 mL濃度為3 mol/L的H2SO4，用高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.5 mol/L）滴定至微紅色，記錄滴定體積。活性氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)按式（2）計(jì)算。

式中：ω為活性氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；c為高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，mol/L；V為滴定的高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，L；m為氧化劑質(zhì)量，g。

（4） 堵塞物降解率測(cè)試

稱取2 g烘干現(xiàn)場(chǎng)堵塞物，放入250 mL燒杯中，然后加入200 mL解聚劑溶液，在60 ℃下浸泡24 h后，將溶液進(jìn)行過(guò)濾后烘干稱重，計(jì)算堵塞物降解率，如式（3）。

式中：φ為溶蝕率，%；m1為降解前堵塞物質(zhì)量，g；m2為降解后堵塞物質(zhì)量，g。

（5） 一維填砂管評(píng)價(jià)解堵效果

將現(xiàn)場(chǎng)堵塞物與100目石英砂按照質(zhì)量比1∶10混合，填入填砂管；飽和油田模擬地層水，測(cè)原始水測(cè)滲透率k1；以1.0 mL/min的速度反向注入2 PV解聚劑，然后關(guān)閉進(jìn)口和出口端，在60 ℃下靜置24 h；正向注入油田模擬地層水，測(cè)試填砂管解堵后的滲透率k2，計(jì)算滲透率恢復(fù)率，如式（4）所示。

式中：C為滲透率恢復(fù)率，%；k1為原始滲透率，10-3μm2；k2為解堵后水測(cè)滲透率，10-3μm2。

2 結(jié)果與討論

2.1 注聚井堵塞物分析

渤海JZ9-3油田W井實(shí)施注聚已有11年，長(zhǎng)期注聚導(dǎo)致注入壓力高，達(dá)不到油藏配注要求。從現(xiàn)場(chǎng)取堵塞物進(jìn)行成分分析，聚合物含量27.35%，原油含量2.76%，酸可溶物含量4.14%，其他雜質(zhì)含量2.25%，其余成分為水。圖1為W井堵塞物的表觀圖。從圖1（a）中可以看出，堵塞物為碎屑狀軟固體混合物，具有較強(qiáng)的彈性。從圖1（b）掃描電鏡（SEM）中也可以看出，W井堵塞物主要表現(xiàn)為小的塊狀或片狀聚合物的堆積，并能看到聚合物形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)，堵塞物表面可以觀察到細(xì)小的無(wú)機(jī)固體結(jié)晶。這些無(wú)機(jī)垢晶體主要是地層條件下流體混合產(chǎn)生的。因此，解聚劑的主劑以降解高強(qiáng)度聚合物為主。

圖1 W井現(xiàn)場(chǎng)堵塞物

2.2 解聚劑配方篩選

2.2.1 解聚劑主劑篩選

濃度為5 000 mg/L的聚合物溶液的初始黏度1 200 mPa·s，加入聚合物降解劑后，解聚劑降黏率結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，過(guò)氧化氫、過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨、次氯酸鈉、過(guò)碳酰胺、過(guò)硼酸鈉對(duì)高濃度聚合物溶液的降黏率均達(dá)到99%以上，具有良好的降解效果。

圖3 解聚劑對(duì)凝膠的降黏率

在聚合物溶液中加入交聯(lián)劑形成凝膠的黏度為6 000 mPa·s，具有較好的黏彈性和挑掛性，加入聚合物降解劑后，解聚劑降黏率結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看出，過(guò)氧化氫、過(guò)硫酸銨、過(guò)碳酰胺和過(guò)硼酸鈉對(duì)凝膠的降黏率均達(dá)到99%以上。過(guò)氧化氫和過(guò)硼酸鈉的水溶液不穩(wěn)定，易釋放出氧氣，存在安全隱患，而過(guò)碳酰胺的理論氧活性含量為16%，強(qiáng)于過(guò)硫酸銨的氧化性。而且過(guò)碳酰胺穩(wěn)定性好，效用時(shí)間長(zhǎng)，水溶液pH值近中性，無(wú)副作用，無(wú)毒無(wú)公害，選擇過(guò)碳酰胺作為解聚劑主劑。

2.2.2 穩(wěn)定劑篩選

為了控制氧化物的分解速度，延長(zhǎng)氧化物作用時(shí)間，需要加入穩(wěn)定劑來(lái)改變?nèi)芤褐谢钚匝醯尼尫潘俣?。過(guò)碳酰胺溶液在不同溫度下活性氧含量隨時(shí)間的變化如圖4，在25 ℃條件下，活性氧釋放緩慢，在70 h后仍保持50%以上氧活性；在60℃下活性氧含量很快降低，44 h的活性氧含量降低了50%，在44 h左右就基本失去活性，為了延長(zhǎng)活性氧在地層條件下的作用時(shí)間，因此要加入穩(wěn)定劑。加入穩(wěn)定劑后，在60 ℃下活性氧含量釋放緩慢，44 h時(shí)溶液依舊保持較高的活性氧含量，72 h左右活性氧含量大約在8 %。延緩溶液活性氧釋放速率，不僅增加解聚劑的安全性，防止生成氧氣溢出，還延長(zhǎng)解堵劑與堵塞物作用時(shí)間，適合注聚井深部解堵。

圖2 解聚劑對(duì)聚合物溶液的降黏率

圖4 活性氧含量隨時(shí)間變化

2.3 解堵劑性能

2.3.1 現(xiàn)場(chǎng)堵塞物降解

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)，確定了安全解聚劑配方：3%過(guò)碳酰胺+0.5%穩(wěn)定劑+1%緩蝕劑。解聚劑對(duì)渤海W井現(xiàn)場(chǎng)堵塞物的解除效果如圖5所示。

圖5 解堵劑降解堵塞物

從圖中可以看出，在4 h時(shí)，堵塞物膠團(tuán)脹大，變得松軟；在16 h時(shí)，堵塞物已被部分溶解；在32 h時(shí)，堵塞物中相互纏繞的聚合物基本完全降解，經(jīng)過(guò)過(guò)濾，剩下少量無(wú)機(jī)固體和原油。剩余物經(jīng)過(guò)烘干稱重，計(jì)算溶蝕率為91.2%，說(shuō)明解聚劑對(duì)現(xiàn)場(chǎng)聚合物垢樣具有良好的降解能力。

2.3.2 一維物理模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

通過(guò)一維填砂管模型模擬地層條件，進(jìn)行解聚劑的解堵效果評(píng)價(jià)，注入壓力曲線如圖6所示。從圖中可以看出在解堵前水驅(qū)壓力穩(wěn)定在0.122 MPa左右，解堵后水驅(qū)壓力穩(wěn)定在0.041 MPa，解堵后注入壓力大幅度減低。水測(cè)滲透率為139.22×10-3μm2，解堵后滲透率恢復(fù)至424.63×10-3μm2，最終滲透率恢復(fù)率為305%。說(shuō)明注入解聚液后，堵塞物得以有效解除，地層滲透率有較大幅度提升，解聚劑具有良好效果。

圖6 注入壓力隨注入體積的變化曲線

2.3.3 安全性

（1）腐蝕性評(píng)價(jià)

對(duì)解聚液進(jìn)行腐蝕評(píng)價(jià)，溶液對(duì)N80鋼片的腐蝕速度為1.14 g/m2·h，低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)緩蝕劑指標(biāo)要求。

（2）產(chǎn)生氧氣測(cè)試

取100 mL解聚劑溶液，置于高溫高壓反應(yīng)釜里，在60 ℃下靜置48 h，用四合一氣體檢測(cè)儀測(cè)試是否有氧氣產(chǎn)生。測(cè)試結(jié)果顯示，未檢測(cè)出氧氣，說(shuō)明解聚劑溶液在48 h 內(nèi)沒(méi)有氧氣產(chǎn)生和溢出，保證現(xiàn)場(chǎng)施工的安全性。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

JZ9-3油田W井注聚已有11年，長(zhǎng)期注聚導(dǎo)致注入壓力高，達(dá)不到油藏配注要求。該井進(jìn)行了一次解堵作業(yè)，作業(yè)后無(wú)效。解堵前日注聚量46.3 m3，日注水量227.6 m3，日注入總量274.6 m3，注入壓力13.3 MPa。該井應(yīng)用深部解堵劑進(jìn)行解堵施工，共泵注解堵液150 m3，施工后關(guān)井24 h。解堵施工后恢復(fù)注聚，注入量由274 m3/d增加至390 m3/d，注入壓力由13.3 MPa降至9.0 MPa，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月仍然有效，說(shuō)明該解堵劑對(duì)長(zhǎng)期注聚井具有良好的解堵效果。

4 結(jié)論

（1）JZ9-3油田W井由于長(zhǎng)期注聚，堵塞物具有較強(qiáng)的彈性，成分以聚合物為主。

（2）過(guò)碳酰胺活性氧含量為16%，對(duì)高濃度聚合物溶液和凝膠均都具有良好的降解能力，加入穩(wěn)定劑后，可以控制活性氧釋放速率，提高解聚劑安全性，延長(zhǎng)解聚劑有效作用時(shí)間，達(dá)到在儲(chǔ)層深部解堵的效果。

（3）解聚劑對(duì)現(xiàn)場(chǎng)堵塞物溶蝕率達(dá)到91.6%，解堵后滲透率恢復(fù)率達(dá)到305%，并具有低腐蝕速率，不產(chǎn)生氧氣的特點(diǎn)，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工的安全。在現(xiàn)場(chǎng)注聚井解堵應(yīng)用中取得了良好的效果。