遼河油田錦50區(qū)塊污水回注井解堵方法研究

王博

摘 要：隨著遼河油田錦50區(qū)塊開(kāi)發(fā)的不斷深入，各類油井采出水量也日益增多。這些采出水經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)污水回注井回注地層。但是由于回注污水水質(zhì)比較復(fù)雜，引起污水冋注井堵塞、地層滲透性變差，造成注水壓力升高很快、注入量很少甚至注不進(jìn)去的問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。為此，在大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，找出造成區(qū)域內(nèi)污水回注井堵塞的主要機(jī)理，并就目前已開(kāi)發(fā)利用兩大類解堵技術(shù)（物理解堵法、化學(xué)解堵法）進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：污水回注井;堵塞原因;解堵方法;遼河油田

1污水回注井堵塞機(jī)理

由于注水是長(zhǎng)期行為，與常規(guī)鉆井、完井過(guò)程中產(chǎn)生的傷害相比，它有一定的特殊性。主要表現(xiàn)在：易于形成深部傷害，傷害易于累積，一旦形成則損害難以解除。因此注水過(guò)程中的儲(chǔ)層保護(hù)必須以預(yù)防為主。

注入水對(duì)儲(chǔ)層的傷害機(jī)理主要分四類：①注入水與儲(chǔ)層流體不配伍產(chǎn)生的垢沉淀堵塞地層（無(wú)機(jī)垢堵塞）;②注入水與儲(chǔ)層巖石不配伍引起的粘土礦物膨脹/分散/運(yùn)移損害地層;③注入水中懸浮物（包括系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物、細(xì)菌、乳化油滴、固相顆粒等）堵塞地層;④速敏性地層內(nèi)部微粒運(yùn)移堵塞地層。

1.1結(jié)垢堵塞

注入水與地層水不配伍，產(chǎn)生沉淀和結(jié)柜;注入水造成地溫度下降，打破原有的熱力平衡，產(chǎn)生沉淀結(jié)塘。一般而言，離子濃度、pH值、總含鹽量、溶解度、溫度、壓力、接觸時(shí)間和掠動(dòng)程度對(duì)結(jié)垢都有影響。結(jié)垢是油田水水質(zhì)控制中遇到的最嚴(yán)重問(wèn)題之一，其可以發(fā)生在地層和井筒的各個(gè)部位，從而堵塞地層，影響注水井的吸水能力。

當(dāng)注入水不只是一種水源，而是幾種水混注時(shí)，則必須考慮其注入水之間的相容性。若不相容，則必須在混合前投加阻垢劑，阻垢劑的類型、加量應(yīng)根據(jù)可能形成垢的類型、阻垢效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)來(lái)篩選，同時(shí)應(yīng)考慮地面及地下不同溫度壓力對(duì)效果的影響。

1.2速敏傷害

一般來(lái)說(shuō)，注入水與地層水礦化度相差普遍都很大，粘土礦物受到環(huán)境礦化度的突變沖擊易于引起粘土礦物的膨脹/分散/運(yùn)移或礦土礦物的收縮/剝脫/運(yùn)移傷害地層，其傷害程度決定于粘土礦物類型、含量、分布、產(chǎn)狀及巖石孔喉特征。由水敏產(chǎn)生的儲(chǔ)層傷害往往是十分嚴(yán)重的，難以恢復(fù);速敏則主要由于注水強(qiáng)度過(guò)大或操作不穩(wěn)定引起的某些粘土礦物（如高嶺石）以及孔道內(nèi)本身微粒運(yùn)移堵塞孔喉引起滲透率下降的現(xiàn)象，速敏較強(qiáng)的地層必須控制其注水強(qiáng)度，由實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)得出的臨界流速外推至注水井時(shí)，必須考慮完井方式，以井底附近的流速不超過(guò)臨界速度為限。

水敏及速敏傷害是注水過(guò)程中極易出現(xiàn)的，在設(shè)計(jì)水質(zhì)方案時(shí)必須考慮在注入水中投粘土穩(wěn)定劑，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究表明：粘土穩(wěn)定劑不但可以抑制水敏，還能有效提高臨界流速。特別需要指出的是，現(xiàn)行的常溫常壓下的流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果不能完全真實(shí)反應(yīng)地下高溫、高壓的情況。

1.3懸浮物堵塞傷害

注入水中的懸浮物主要包括注水系統(tǒng)的腐蝕產(chǎn)物、細(xì)菌、乳化油滴、固相微粒等。這些懸浮物可分為油溶性和酸溶性兩種，其堵塞地層的形式宏觀表現(xiàn)為外部濾餅和內(nèi)部濾餅，油滴與微粒并存比單一微粒對(duì)地層的傷害更為嚴(yán)重。國(guó)外對(duì)于地層中外部微粒入侵和內(nèi)部微粒運(yùn)移引起的地層傷害的研究十分重視，發(fā)展了很多物理研究方法和數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)技術(shù)目的在于通過(guò)研究微粒在多孔介質(zhì)中運(yùn)移堵塞的微觀機(jī)理，建立能描述這一微觀行為的數(shù)學(xué)物理方程，以預(yù)測(cè)其傷害的深度及程度，預(yù)測(cè)注水井吸水能力隨時(shí)間的變化情況。然而，由于機(jī)理模型的復(fù)雜性，需要大量的輸入?yún)?shù)，離實(shí)際運(yùn)用還需進(jìn)一步的努力。

大量的實(shí)驗(yàn)研究表明懸浮物對(duì)地層傷害的程度隨累積注入量（時(shí)間）的變化。懸浮物對(duì)地層的傷害程度及侵入深度與地層孔喉特征、流體速度、壓力、粘度等有關(guān)外，與懸浮固相的粒徑及其濃度密切相關(guān)。粒徑越大，越容易堵塞孔喉，也容易形成外部濾餅;反之，侵入深度越深，易形成內(nèi)部濾餅，這與粒徑和孔喉直徑的匹配程度有關(guān)，而濃度越大，一旦形成傷害，傷害就比較嚴(yán)重。

乳化油滴的來(lái)源主要有兩種途徑：一種是注入水進(jìn)入地層后與地層中殘余的原油接觸，由于原油中自帶天然表面活性劑，在剪切力作用下產(chǎn)生乳化而形成乳化油滴;另一種是由于注入水中或污水中表面活性劑存在和注水過(guò)程中水力攪拌作用，會(huì)使注入水中所含的原油發(fā)生乳化，乳化油滴對(duì)地層的損害主要形式是吸附和液鎖，這種乳化液在多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的賈敏效應(yīng)會(huì)堵塞地層，特別是賈敏效應(yīng)具有的加合性，許多液珠向地層流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生更大的堵塞所用。

2污水回注井解堵方法

2.1物理解堵法

（1）超聲波法

其原理是用電纜將超聲換能器下入產(chǎn)層，接通電源后產(chǎn)生的超聲波直接作用于井下固體和液體。由于高頻波的衰減特性，所用頻率一般不超過(guò)30kHz。超聲波的解堵機(jī)理主要有三方面：機(jī)械振動(dòng)作用，空化作用和熱作用。

（2）水力振動(dòng)法

該技術(shù)的實(shí)施需借助-種專門的井下工具——水力振動(dòng)器形成的井下沖擊波來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，各油田推廣使用的該類工具主要有腔室振動(dòng)結(jié)構(gòu)、外筒旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和腔室+噴頭旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，可產(chǎn)生低頻沖擊波、超聲波及空化噪聲作用等。主要用于解除射孔段機(jī)械雜質(zhì)、鉆井液和浙青膠質(zhì)堵塞，破壞射孔內(nèi)的鹽類結(jié)構(gòu)，達(dá)到增大注水井的吸水能力、改善原油流動(dòng)性、提高油水氣井產(chǎn)量的目的。

（3）井下脈沖放電法

電液壓沖擊法是通過(guò)電纜將電流送到地下，經(jīng)過(guò)電容器的開(kāi)關(guān)放電，在井下液體中脈沖放電，從而在地層中造成壓力脈沖（可達(dá)到1.5xl03MPa）。脈沖放電是一種爆炸，可以在容積很小的放電通路中釋放大量的能量，包括大密度的高壓等離子體、強(qiáng)大的沖擊波、脈動(dòng)的氣腔（空化效應(yīng)）和脈沖電磁場(chǎng)，其中沖擊波是主要作用因素。

2.2化學(xué)解堵法

（1）普通酸化

概述：鹽酸可溶解地層中鐵誘和柜類物質(zhì)，土酸中氫氟酸可部分溶解砂而生成四氟化硅氣體。用土酸酸化泥質(zhì)砂巖和鈣巖時(shí)，酸液中需添加絡(luò)合劑、互溶劑以防止氟化鈣和氟娃酸鹽在地層中二次沉淀，或用鹽酸預(yù)處理以減緩二次沉淀的產(chǎn)生。

特點(diǎn)：增注效果較好，動(dòng)用設(shè)備少，酸液配制簡(jiǎn)便，酸液生產(chǎn)工藝流程己定型化，施工成本適中，原料來(lái)源廣，緩蝕劑生產(chǎn)已系列化。

適應(yīng)性：主要用于解除新注水井的泥漿污染和老井的鐵誘、鈣垢堵塞。

（2）緩速酸酸化

概述為減緩酸液的反應(yīng)速度、處理地層深部，國(guó)內(nèi)外油田開(kāi)發(fā)了緩速酸、固體酸、乳化酸、膠束酸、稠化酸、濃縮酸等并進(jìn)行了大規(guī)模礦場(chǎng)試驗(yàn)和推廣應(yīng)用。緩速酸是相對(duì)于鹽酸、土酸較弱的酸，包括無(wú)機(jī)酸如氟硼酸、氨基磺酸等和有機(jī)酸如醋酸、蒙酸、甲酸等。這類酸和鐵誘、鈣垢反應(yīng)速度慢，具有絡(luò)合作用，能保持酸液PH值穩(wěn)定，延長(zhǎng)H+在地層中的作用距離。

特點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)配制不便，有時(shí)需加熱循環(huán)攪拌，成本比普通酸液高。

適應(yīng)性：緩速酸、乳化酸、膠束酸、固體酸適用于近井地帶和地層深部都有污染的注水井。水質(zhì)不合格的污水回注井中經(jīng)固體酸酸化后增注效果明顯。

（3）化學(xué)生熱解堵技術(shù)

概述：提高酸化后返排程度可減輕二次沉淀產(chǎn)生的污染?；瘜W(xué)生熱解堵技術(shù)利用亞砲酸鈉和氯化氨在地層內(nèi)反應(yīng)生成熱和氮?dú)獾闹拧?/p>

作用：高溫高壓氮?dú)饪善茐奈⒘Ｔ诘貙涌缀硖幍募軜颉；瘜W(xué)生熱解堵液中可添加薄膜擴(kuò)展劑，以降低油水界面張力，消除水鎖效應(yīng)。

特點(diǎn)：本工藝技術(shù)對(duì)地層無(wú)污染，施工費(fèi)用比壓裂、酸化低38%-45%，增注效果顯著。但亞硝酸鈉為致癌物，過(guò)去曾用作油套管、酸化泵車酸化作業(yè)后的防腐鈍化處理劑，因有毒性，影響人身安全和環(huán)境保護(hù)而禁止使用。