交聯(lián)聚合物解堵技術(shù)研究與應(yīng)用

馮松林，朱向前，夏 勛，安 然，陳 立

(長慶油田分公司第六采油廠，陜西 西安 718500)

隨著油田的開發(fā)，油藏進入高含水階段，從而發(fā)展出多種控水增油的手段，其中的調(diào)剖堵水是一種常規(guī)行之有效的措施。然而不合理的調(diào)剖堵水也在一定程度上對儲層造成了傷害[1-3]。長慶油田某區(qū)塊自2013年進行整體區(qū)塊調(diào)剖控制含水的措施以來，累計采取措施400余次，其中欠注井多達到40余口，接近占全部調(diào)剖井次比例的10%。

目前，解除聚合物堵塞的主要試劑有：氧化劑(二氧化氯與酸)、強氧化劑和復(fù)合酸、二氧化氯+非離子表面活性劑、二氧化氯(ClO2)和過氧化鈣(CaO2)的復(fù)合體等，但均有危險性和局限性[4-6]。為有效解決這一問題，保證區(qū)塊調(diào)剖控水工作的穩(wěn)步進行，通過研制出有效解決聚合物堵塞的解堵劑——綠色環(huán)保型聚合物解堵劑，可有效解除地層中聚合物造成污染和傷害，恢復(fù)注水井近井地帶的的導(dǎo)流能力。

1 聚合物解堵劑及配套技術(shù)

1.1 解堵劑合成

聚合物解堵劑采用非氧化型靶向破膠技術(shù)，根據(jù)聚合物中分子鏈含有特定基團的化學(xué)特性，依據(jù)網(wǎng)狀交聯(lián)聚合物(T型聚合物)分子設(shè)計理論精心合成了靶向攻擊型取代劑、分子極化劑、催化劑、中間體、極化劑保護劑等組成成份，最終使凝膠主鏈斷裂，實現(xiàn)交聯(lián)聚合物大分子降解為直鏈單體小分子水溶性聚合物，并實現(xiàn)井下破膠解堵。

1.2 解堵機理

1.2.1 破膠機理

解堵劑分子在催化劑存在下產(chǎn)生自由基M，進攻主鏈-C-C-單鍵，形成新的含有自由基原子M的聚合體。在催化劑作用下進行水解，主鏈斷裂，實現(xiàn)聚合物大分子降低為單體小分子化合物，使聚合物凝膠水化。與氧化劑相比，優(yōu)勢體現(xiàn)在在較寬溫度范圍內(nèi)(0～90 ℃)可以實現(xiàn)高分子聚合物的有效降解，不需要游離原子氧，反應(yīng)安全。

1.2.2 螯合機理

該解堵劑對聚合物形成的難溶性膠團、膠粒及粘稠凝膠類物質(zhì)和有機無機復(fù)合垢，能夠有效地進行配位、螯合、分散和溶解作用，對油田聚合物、鐵離子聚合物及難溶性磷酸鹽有很好的溶解作用。螯合機理如下：

1.3 室內(nèi)性能實驗

1.3.1 聚合物微球破膠實驗

取樣品瓶，裝入 100 mL 去離子水，加入 10 g 聚合物微球注水井返排物。

a)加入 5 mL，10%的交聯(lián)聚合物高效解堵劑，充分搖勻，大部分返排物立即溶解；b)常溫靜置 24 h，底部有少量未降解返排物；c)60 ℃ 恒溫 4 h 后，返排物分散溶解，溶液黏度小于 5.0 mPa·s，接近水的黏度，底部無殘渣，表面漂浮細(xì)小顆粒。

聚合物微球返排物經(jīng)過降解后，白色粘稠狀流體能通過濾紙，濾紙上僅有少量機雜和未降解的返排物，降解通率達到90%以上。

聚合物微球溶解過程見圖1所示。

圖1 聚合物微球溶解反應(yīng)過程

1.3.2 聚合物溶液降解實驗

100 mL 聚合物溶液黏度為 1740.0 mPa·s，加入 3 mL 交聯(lián)聚合物高效速溶解堵劑后攪拌均勻，0.5 h 后黏度降至 18.2 mPa·s，降解率高達98.95%。將其放入 60 ℃ 烘箱恒溫 4 h 后黏度降至 5.0 mPa·s，最終降解率高達99.5%以上。詳見圖2。

圖2 60 ℃聚合物溶液黏度隨降解時間關(guān)系曲線

1.3.3 鉻交聯(lián)聚合物凍膠降解實驗

室內(nèi)模擬調(diào)剖現(xiàn)場工況，配置凝膠堵劑常溫黏度大于3×104mPa·S。首先，加入常規(guī)酸液體系，觀察凝膠降解情況；然后，讓鉻交聯(lián)聚合物凝膠發(fā)生脫水反應(yīng)，同時確?？s聚為膠團未發(fā)生實際性溶解。

將縮聚后的凝膠膠團，加入10%的交聯(lián)聚合物降解劑溶液中，60 ℃ 條件下進行溶解反應(yīng)實驗(圖3)。

圖3 鉻交聯(lián)聚合物凍膠溶解過程

從圖3看出，5 h 后，凝膠部分降解；60 ℃ 條件下實驗 24 h 后，90%的凝膠降解成均勻的溶液狀態(tài)；72 h 后幾乎全部降解成溶液狀態(tài)，隨著時間的延長膠團降解進行的越徹底。

1.3.4 體膨顆粒降解實驗

分別對兩種體膨顆粒進行 60 ℃ 條件下的 24 h 吸水膨脹，然后稱取一定質(zhì)量的體膨顆粒加入5%的降解劑溶液中進行溶解實驗。60 ℃ 條件下實驗 24 h 后體膨顆粒降解率為35.38%～57.75%，72 h 后降解率為65.77%～86.82%。詳見表1。

表1 60 ℃條件下實驗24 h體膨顆粒降解率

1.3.5 腐蝕性評價

測定 60 ℃ 條件下，聚合物解堵劑對A3碳鋼試片和N80試片的腐蝕性能。實驗表明，在該溫度下，聚合物解堵劑具有較低的腐蝕性。其腐蝕速度為：A3碳鋼腐蝕速率為 0.0249 mm/a，N80碳鋼腐蝕速率 0.1893 g/(m2·h)，均低于標(biāo)準(zhǔn)值。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

采用綠色環(huán)保型聚合物解堵劑在胡尖山油田調(diào)剖措施井X54-055井進行了現(xiàn)場試驗。該井投注延92+31、延92+32，實行油套分注，2019年7月-2020年1月，2020年6月-至今，分兩次實施高流變連續(xù)相驅(qū)油，月注采比0.67，累計注采比1.78，施工前油壓 14.0 MPa，套壓 14.0 MPa，配注15/10 m3，實際注水15/0 m3。下層嚴(yán)重不吸水，分析原因為注入聚合物及污水等共同的影響造成地層嚴(yán)重堵塞，因此對該井實施綠色環(huán)保型聚合物解堵劑體系的解堵工藝。該井于2020年12月28日順利完成施工，共計注入解堵劑 20 m3，現(xiàn)場施工壓力下降明顯，目前注水情況得到大幅度改善，油壓降至 6 MPa，套壓降至 6 MPa，滿足地質(zhì)配注15/10 m3的要求，累計增注超過 2000 m3。

3 結(jié)論

1)結(jié)合目前油田現(xiàn)場存在的諸多調(diào)剖調(diào)驅(qū)后的水驅(qū)注入現(xiàn)狀、欠注及堵塞的原因，通過室內(nèi)研究與現(xiàn)場試驗結(jié)合，研制出交聯(lián)聚合物解堵劑，形成相關(guān)有效的解堵技術(shù)，解堵率達到85%以上；

2)本解堵劑采用非氧化型靶向破膠技術(shù)，針對油田注聚合物微球，聚合物，凝膠及凝膠顆粒，凍膠聚合物等有機物調(diào)剖調(diào)驅(qū)造成的堵塞問題，具有高效降解破膠作用，達到解堵疏通地層目的。