化學(xué)分析在熱化學(xué)反應(yīng)解堵中的應(yīng)用

涂曉斌

摘 要 油水井易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，利用化學(xué)生熱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)油層解堵，促進(jìn)油井產(chǎn)量提高。因?yàn)榛瘜W(xué)生熱技術(shù)具有清洗油污、乳化石油的效果，能夠有效地解決瀝青、膠質(zhì)等對(duì)油井的堵塞。本文就談?wù)勅绾瓮ㄟ^(guò)化學(xué)生熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)油井的解堵。

關(guān)鍵詞 化學(xué)生熱 油井解堵 室內(nèi)試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TQ03;TE25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）06-0030-03

一般的化學(xué)解堵配方就是用一些比較常用的活性劑和酸。一般情況下，它們只能對(duì)地層堵塞部分有效，所以解堵效率不高，而且因?yàn)榈貙娱g本身就存在差異，所以后期的解堵效果也會(huì)存在差異，解堵的有效期比較短，頻繁的對(duì)同一地區(qū)使用一些常見(jiàn)的解堵配方也會(huì)使這些地區(qū)的堵塞物產(chǎn)生抗藥性，解堵措施很難做到藥到“病”除，如果頻繁的更換解堵藥劑配方也會(huì)增加解堵作業(yè)的成本[1]。針對(duì)解堵措施中由于解堵劑造成的問(wèn)題，我們采用化學(xué)分析的方法來(lái)優(yōu)選解堵劑。

1 化學(xué)生熱反應(yīng)機(jī)理研究

隨著長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)發(fā)，油層物性差的一些油水井易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，利用化學(xué)生熱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)油層解堵，促進(jìn)油井產(chǎn)量提高。因?yàn)榛瘜W(xué)生熱技術(shù)具有清洗油污、乳化石油的效果，能夠有效地解決瀝青、膠質(zhì)等對(duì)油井的堵塞。下面筆者談一談如何通過(guò)化學(xué)生熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)油井的解堵。

1.1 生熱機(jī)理

熱化學(xué)解堵劑一般由三部分組成：發(fā)熱劑、延緩劑、分散劑。其中：發(fā)熱劑是主劑，反應(yīng)產(chǎn)生大量熱量與氮?dú)狻Ｃ可枬舛鹊陌l(fā)熱劑溶液，每方可以放出一千二百余MJ的熱量，生成氮?dú)馐涣⒎矫?，氣體產(chǎn)生壓力約二十九兆帕，同時(shí)得到高溫和高壓的效果，可以對(duì)井筒進(jìn)行清洗，效果很好，能夠消除近井區(qū)域的污染，解除井下堵塞，將地層滲透率提高。延緩劑則可以對(duì)發(fā)熱劑的反應(yīng)速度進(jìn)行有效控制，其調(diào)控反應(yīng)速度主要是通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的PH值來(lái)進(jìn)行。分散劑屬于一種活性物質(zhì)，可以將瀝青質(zhì)、蠟質(zhì)和膠質(zhì)等有機(jī)物溶解，然后將其分散成細(xì)小的顆粒，即使在低溫狀態(tài)下，也一直分散開(kāi)，不會(huì)再重新膠結(jié)，這樣有助于反應(yīng)物的返排。

1.2 常見(jiàn)的三類化學(xué)生熱體系

1.2.1 亞硝酸鹽與銨鹽生熱體系

亞硝酸鹽和銨鹽是很普遍的化學(xué)試劑，價(jià)格低廉，容易獲得，反應(yīng)條件合適的情況下，會(huì)有大量氣體和熱量產(chǎn)生。該生熱體系產(chǎn)生熱量的速度以及反應(yīng)時(shí)能達(dá)到的最大溫度值受到多個(gè)因素影響，如反應(yīng)試劑的濃度、催化試劑的濃度以及參與反應(yīng)的混合物最開(kāi)始的溫度。反應(yīng)試劑的濃度越大，產(chǎn)生熱量的速度越快，最高溫度也越高，達(dá)到最高溫度所用的時(shí)間也越短。而催化試劑的濃度越高，產(chǎn)生熱量的速度越快，達(dá)到最高溫度的時(shí)間也越短，但是最高溫度值不受催化劑濃度的影響。反應(yīng)物最開(kāi)始的溫度也能明顯影響到生熱速率，起始溫度越高，產(chǎn)生熱的速度越快，能達(dá)到的最高溫度也越高，到達(dá)最高溫度的時(shí)間會(huì)越短。

1.2.2 過(guò)氧化氫生熱體系

過(guò)氧化氫就是通常所說(shuō)的雙氧水，作為一種氫氧化合物，它的狀態(tài)比較穩(wěn)定。過(guò)氧化氫是液態(tài)的，透明無(wú)色，沒(méi)有臭味或者稍微帶點(diǎn)特殊氣味，它的生熱機(jī)理主要是遇到一些物質(zhì)（有機(jī)物、熱量、光以及某一些金屬離子等）之后發(fā)生分解，產(chǎn)生大量的熱，生成物主要是氧氣和水。在過(guò)氧化氫生熱體系中，反應(yīng)試劑的濃度越大，產(chǎn)生熱量的速度越快，最高溫度也越高，達(dá)到最高溫度所用的時(shí)間也越短。

1.2.3 多羥基醛氧化生熱體系

多羥基醛氧化生熱體系的生熱機(jī)理是，使用催化劑，讓三氧化鉻（鉻酐），與一種多羥基醛化合物（如葡萄糖）進(jìn)行反應(yīng)。鉻酐的氧化性很強(qiáng)，多羥基醛的羰基鏈能夠被鉻酐氧化斷裂，同時(shí)放出大量的熱，生成物主要是二氧化碳。多羥基醛氧化生熱體系中的反應(yīng)產(chǎn)物，都是易溶于水的，不會(huì)二次污染到地層。

1.2.4 三種化學(xué)生熱體系的比較

對(duì)化學(xué)生熱體系的摩爾生成焓進(jìn)行分析，這三種體系中最高的是亞硝酸鹽與銨鹽生熱體系，第二是過(guò)氧化氫生熱體系，最低的是多羥基醛氧化生熱體系。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，務(wù)必根據(jù)具體施工情況來(lái)選擇使用哪一種生熱體系。

對(duì)三種化學(xué)生熱體系進(jìn)行腐蝕性評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)下表。表中數(shù)據(jù)顯示，在對(duì)45號(hào)鋼的腐蝕上，亞硝酸鈉/氯化銨生熱體系速率要比過(guò)氧化氫和多羥基醛/三氧化鉻生熱體系的腐蝕速率小的多。

1.3 性能指標(biāo)

（1）延遲放熱可使產(chǎn)生熱峰值的時(shí)間延遲1小時(shí)左右，達(dá)到解除油層深部堵塞的目的。

（2）具有良好的分散性能，可以將瀝青質(zhì)和膠質(zhì)等有機(jī)物溶解，然后將其分散成細(xì)小的顆粒。

（3）一劑多效既可解除油層有機(jī)物堵塞，又可解除用常規(guī)清蠟方法不能解除的套管蠟卡、蠟堵，特別是小套管清蠟效果更佳。

（4）標(biāo)本兼治清蠟、解堵的同時(shí)具有防蠟作用，可延長(zhǎng)油井檢泵周期。

（5）配伍性好，反應(yīng)前為均勻乳狀液，反應(yīng)后為淡黃色液體，無(wú)沉淀產(chǎn)生。

（6）反應(yīng)時(shí)間短擠液后關(guān)井反應(yīng)2-4h既可打開(kāi)套管閘門(mén)放噴，停噴后投產(chǎn)。

1.4 室內(nèi)試驗(yàn)

我們此次采取亞硝酸鹽與銨鹽生熱體系進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。生熱體系的主劑是發(fā)熱劑，我們?cè)谶@里選擇NO2-與NH4+作為發(fā)熱劑，其反應(yīng)產(chǎn)物為氮?dú)馀c大量的熱。經(jīng)試驗(yàn)，使用1m3發(fā)熱劑溶液，濃度為3mol/L，反應(yīng)后放出的熱量高達(dá)1116.06MJ，產(chǎn)生11m3氮?dú)?，氣壓能達(dá)到28MPa。因此，可以同時(shí)獲得高溫與高壓。在雙重作用下，能對(duì)井筒進(jìn)行快速高效地清洗，將近井區(qū)域的污染與堵塞解除，將地層滲透率大大提高。該化學(xué)反應(yīng)的方程式為：

NO-2+NH+4→N2↑+2H2O+Q

準(zhǔn)備一個(gè)廣口瓶，用橡皮塞封口，并在塞上面打孔，向瓶?jī)?nèi)裝一個(gè)溫度計(jì)。在各類試劑混合之前把時(shí)間清零，混合后開(kāi)始計(jì)時(shí)，自己設(shè)定一定時(shí)間間隔，記錄不同時(shí)間點(diǎn)的溫度變化，找出反應(yīng)溫度最高，反應(yīng)速率最適合地質(zhì)實(shí)際情況的試劑配比。通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果，我們得出：溶液pH值對(duì)反應(yīng)速率影響非常大，前者細(xì)微的變化就可以引起后者較大的改變。因此，我們就可以通過(guò)調(diào)節(jié)前者來(lái)控制后者。大量實(shí)驗(yàn)測(cè)得，溶液的pH值為五時(shí)反應(yīng)最快，pH值為8時(shí)反應(yīng)最慢。據(jù)此，解堵作業(yè)開(kāi)始前期不用著急，按照預(yù)定的排量將溶液注入井筒即可，讓反應(yīng)自然進(jìn)行。當(dāng)解堵劑的前緣接近預(yù)處理井段50～80米處時(shí)，通過(guò)使用延緩劑調(diào)節(jié)pH值增加反應(yīng)速率，這樣在到達(dá)預(yù)處理地層時(shí)正好可以迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氣體和熱。

2 熱化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)施工

2.1 選井原則

利用化學(xué)生熱技術(shù)施工時(shí)，選井需要遵循以下原則：需要靠熱能來(lái)降低粘度的稠油井或者剛轉(zhuǎn)注不久的水井;產(chǎn)油量低的出現(xiàn)有機(jī)物堵塞情況的油井或者壓力很高的注水井;因?yàn)閴壕鳂I(yè)而導(dǎo)致乳化油和水堵的油井;剛投產(chǎn)的被鉆井泥漿濾液污染而堵塞的新井;區(qū)塊或井組整體含水<85%或略高，并分析認(rèn)為具有產(chǎn)油能力的油井。

2.2 熱化學(xué)反應(yīng)施工步驟及用量

施工時(shí)，通常不會(huì)挪動(dòng)正常生產(chǎn)的油（水）井的管柱，將井口管線連接到泵車(chē)上，從油管或油套環(huán)空將配好的解堵劑泵入，之后用清水將其推送到目的層。擠入后關(guān)井四小時(shí)，返排后即可開(kāi)井生產(chǎn)。通常情況下，堵塞如果是濾失液或油污造成的，都發(fā)生在近井區(qū)域，在炮眼周?chē)?，因此我們解堵的半徑一般設(shè)為1m左右，泵入解堵劑的劑量通常取10～15m，如果情況很?chē)?yán)重，那么就將解堵半徑和泵入劑量加大。而針對(duì)長(zhǎng)期注水的水井，因?yàn)槠渑谘壑車(chē)逊e了一些垢物，因此施工前要先用稀鹽酸清洗炮眼附近，選用5%的濃度，劑量取2～5m，清洗后再開(kāi)始解堵作業(yè)。

而如果油井正在進(jìn)行作業(yè)施工，那解堵作業(yè)就要按照以下方法進(jìn)行：

將井下管柱起出后，將施工管柱下入井中，之后將井口安裝好，然后進(jìn)行26MPa的試壓，確保井口不刺不漏。泵入7m的前置液，之后將化學(xué)解堵劑泵入井內(nèi)，泵入時(shí)間不超過(guò)20分鐘。下一步，泵入后置液。參照施工管柱來(lái)決定后置液用量，計(jì)算用量時(shí)，根據(jù)解堵液到達(dá)預(yù)處理層頂部位置的時(shí)間來(lái)進(jìn)行。油管柱注入計(jì)算時(shí)按油管內(nèi)容積進(jìn)行，套管注入則近似按環(huán)形空間進(jìn)行;泵入完成后，將井關(guān)閉4小時(shí)，然后開(kāi)井放噴、排液，之后將施工管柱起出，再次將生產(chǎn)管柱下入井中。

3 熱化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

結(jié)合油（水）井的生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)條件適宜的油水井進(jìn)行了化學(xué)生熱解堵作業(yè)。自投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，年進(jìn)行油水井解堵作業(yè)共56井次（油井33井次，水井23井次），工藝成功率達(dá)百分百，油水井見(jiàn)效率95%，增產(chǎn)增注效果顯著，并且為解決稠油井產(chǎn)量低的難題提出了新的思路。

3.1 油井分析

sl5—258進(jìn)行過(guò)多次壓井作業(yè)，并且其高壓水層出水嚴(yán)重，導(dǎo)致低壓油層倒灌。之前解堵都是采用酸化解堵，沒(méi)有達(dá)到預(yù)想的效果，因此之后改用化學(xué)生熱技術(shù)解堵，大幅提升了日產(chǎn)油量，且效果穩(wěn)定持續(xù)。

Sl257—3是一口油井，屬于sl257斷塊。該斷塊地理位置很偏遠(yuǎn)，沒(méi)有完善的注采系統(tǒng)，注水井?dāng)?shù)量少，油井普遍存在供液不足、產(chǎn)能低的現(xiàn)象，大多數(shù)油井為間開(kāi)井。該井投產(chǎn)初期有很高的產(chǎn)量，動(dòng)液面500余米。半年后產(chǎn)量逐漸下降，日產(chǎn)液兩噸，日產(chǎn)油一噸半，動(dòng)液面兩千米，因產(chǎn)量低，油質(zhì)稠結(jié)蠟嚴(yán)重，導(dǎo)致桿斷，之后作業(yè)時(shí)由于洗井水過(guò)量將油層壓死，正常抽油不產(chǎn)液，變成死井，改用化學(xué)生熱技術(shù)解堵，開(kāi)井時(shí)負(fù)壓吸水，說(shuō)明低壓層堵塞解開(kāi)，兩天后日產(chǎn)液八噸，日產(chǎn)油四噸，進(jìn)入正常穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)，日產(chǎn)液六點(diǎn)五噸，日產(chǎn)油三點(diǎn)五噸，動(dòng)液面恢復(fù)一千余米[2]。

3.2 水井分析

Sl4—42井的井底存在很多油污，即使轉(zhuǎn)注時(shí)使用了大排量熱水進(jìn)行洗井，也無(wú)法清洗干凈，所以投注后的吸水能力不行。最高泵壓十六點(diǎn)五兆帕，日注水五十米，后采用十五米熱化學(xué)解堵劑處理注水層段，注水量得到了大幅度的回升，在12MPa下日注水120m，完成了地質(zhì)配注要求，起到了降壓增注的效果，有助于以后的增注。

4 化學(xué)生熱解堵技術(shù)施工注意要點(diǎn)

4.1 采用多措施并舉的方法

化學(xué)生熱解堵技術(shù)的適應(yīng)范圍主要是近井區(qū)域，能有效解決污染堵塞，但是反應(yīng)范圍小，作用距離短，無(wú)法到達(dá)深處的堵塞，而且該方法無(wú)法改變油層的原始結(jié)構(gòu)。因此，可以配合壓裂一起進(jìn)行，結(jié)合液體解堵和物理造縫技術(shù)，擴(kuò)大兩種技術(shù)的應(yīng)用效果。

4.2 根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行分析

使用該方法進(jìn)行選井時(shí)，必須要根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行分析，對(duì)于油井產(chǎn)量低的原因和底層堵塞的原因必須分析清楚，做到對(duì)癥下藥，有效提高解堵的成功率。

4.3 注意施工壓力

化學(xué)生熱技術(shù)施工時(shí)，要密切注意施工壓力。施工作業(yè)過(guò)程中，施工壓力必須小于地層破裂壓力，對(duì)有速敏現(xiàn)象者要控制排量不超過(guò)臨界流速，對(duì)有水敏現(xiàn)象者應(yīng)盡可能用與之相配伍的水型配液。

5 結(jié)語(yǔ)

化學(xué)生熱技術(shù)具有乳化石油、去除油污的能力，能夠順利解除入井液濾失水、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等引起的污染和堵塞。利用化學(xué)生熱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)油層解堵，促進(jìn)油井產(chǎn)量提高，并且成本低，施工簡(jiǎn)單，對(duì)油水井有較強(qiáng)的解堵增產(chǎn)增注的作用，同時(shí)為高壓低滲（能）油藏的后繼開(kāi)發(fā)指明了新的技術(shù)發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 陶磊.溫度與表面活性劑協(xié)同作用下的特超稠油油水固界面行為分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2019，19（14）：152-158.