注聚合物井堵塞原因和解堵技术

孟向丽;赵立强;徐昆;李佳琦【摘要】Withtheinjectionofpolymer,theinjectionpressurewasdecreasedgraduallyandwasunabletosatisfytheinjectionallocationrateduringthepolymerflooding,whichwoundcausedtheunder-pressuredinjection,suchasintermittentinjection,andinfluencedtheeffectofpolymerfloodingseriously.Generalstimulationtreatmentssuchashydraulicallyfracturingandchemicalblockingremovingarecharacterizedbyshortvalidityperiodandpooractioneffect.Thispaperanalyzedthereasonsofplugginginphysics,chemistryandbiologytermsandsummarizedtheblockingremoverscommonusedathomeandabroad,andthenanalyzesthesuitabilityofdifferentblockingremovingmeasuresaccordingtothemainreasonofcausingblockage.Theresultsshowthatinordertoobtaintheidealeffect,weneedtoformtheblockagereasonsdiagnosticmechanism,andadoptvariouspracticestocooperateeachother.%聚合物驱油中，伴随着聚合物的注入，注入压力逐渐无法满足配注要求，致使间歇注入等欠注现象出现，影响了聚合物驱替效果,利用普通的水力压裂、化学解堵等措施进行增注,存在有效期短、作用效果不明显等问题.从物理、化学和生物等角度分析了造成堵塞的原因，对目前国内外应用的解堵剂进行了研究,并根据造成堵塞的主要原因对各种解堵措施进行了适用性分析，分析认为,要想获得理想的解堵效果,需要形成堵塞原因的诊断机制,并配合使用多种作业方式.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷)，期】2011(033)003【总页数】4页(P70-73)【关键词】注聚合物井;堵塞;解堵【作者】孟向丽;赵立强;徐昆;李佳琦【作者单位】西南石油大学，四川成都610500;西南石油大学，四川成都610500;西南石油大学，四川成都610500;新疆油田采油工艺研究院,新疆克拉玛依834000【正文语种】中文【中图分类】TE358注聚合物井堵塞原因很多，往往也不是单一因素弓I起的。张光焰［1］等从堵塞物成因及堵塞机理出发，将注聚合物井堵塞原因和机理归纳为6点：聚合物吸附滞留，聚合物相对分子质量与储层孔喉尺寸不配伍，地层微粒运移，细菌及其代谢产物，无机物，聚合物溶液配制及稀释过程。大庆师范学院的张浩、龚舒哲［2］着重从聚合物吸附滞留对岩心渗透率的伤害出发，将储层分为特高渗层、高渗层、中渗层3类，得出聚合物对特高渗透层岩心'堵塞率一般为30%~40%，高渗透层岩心堵塞率一般为40%~60%，中渗透层岩心堵塞率—般大于60%，也就是说在相同注入体积条件下，渗透率越高，伤害程度越低。另外他们还指出了硫化物、注入液浓度过高、聚合物溶液流变性及注入水中三价离子，还有复合垢等也能造成堵塞。卢祥国［3］等对大庆油田北二区西部注聚合物井堵塞原因进行了分析，指出油藏地质特征和油井生产状况等因素也影响聚合物溶液的注入，如果分布散孔时机把握不好，也会造成注入井初期压力上升快，导致聚合物注入困难。周万富等对大庆油田第三采油厂和第六采油厂的几口井进行了研究，指出注聚合物井堵塞物是多组分的，如聚合物絮状物、黏土、机械杂质、钙镁垢、铁盐垢等，而且高浓度聚合物溶液混合不均，形成的软胶团似胶状物，在注入过程中会造成炮眼及近井地带堵塞。张贤松、孙福街［5］等针对渤海稠油油田聚合物驱影响因素进行了研究，总结出了聚合物用量、注入浓度、注入时机、注入速度、地层原油黏度、油层非均质性、井网井距对聚合物注入能力的影响，从这些方面考虑，可以尽量减轻聚合物的堵塞。1注聚合物井堵塞原因分析1.1聚合物在地层中的吸附滞留聚合物静态时，在岩石表面的吸附一般是单分子层，但在运动过程中，分子链会相互缠绕、并包容黏土颗粒等进行运移［6］，使得地层中聚合物吸附不再以均一的单分子层进行吸附，导致渗流孔道变窄，降低了地层的吸液能力，更严重地可能堵塞岩石孔道。在砂岩储层中，因内表面积大，成岩矿物多样组合，黏土矿物含量高，所以当聚合物溶液在砂岩孔隙中流动时，更易发生吸附滞留。唐洪明等研究发现，在45°C静态条件下，黏土矿物对聚合物的吸附起主导作用，聚合物在黏土矿物上的吸附量是岩石骨架上的4~10倍［7］；在动态条件下，聚合物溶液的流动性受其相对分子质量和分子结构的影响较大［8］。1.2疏松地层的微粒运移对于渗透率较大，地层胶结较疏松的储层而言，在流体通过的情况下，该类储层可能会发生地层微粒运移。与水相比，聚合物溶液的黏度要高出很多，在相同流速下进行测试，聚合物溶液对地层孔隙内微粒的作用力明显强于水。用聚合物溶液驱替岩心，有可能发生速敏，当流速大于临界流速时，有可能发生地层微粒运移。大多数储层都存在这种问题，而对于储渗条件较好的大庆油田来说，这方面的影响也很明显［9］。1.3聚合物相对分子质量过大驱油用聚合物是高分子有机物，其相对分子质量较大，分子尺寸也较大，而地层孔隙喉道的尺寸在微米级，易造成聚合物分子尺寸（线团回旋半径）与岩石孔道半径不匹配，堵塞多孔介质。卢祥国研究了两者之间的关系［10］。该关系可用于注聚合物井的风险分析，并在大庆油田北1-6井葡11-4层进行了尝试，计算得出可用的聚合物相对分子质量应该等于或小于8.2x106，但实际采用的相对分子质量为1.2x107-1.4x107，高出储层需要，进而导致堵塞。1.4微生物对储层的影响细菌对储层的影响不容忽视。目前，普遍存在于储层中的本源细菌有：硫酸盐还原菌、利用烃细菌、甲烷形成菌、孢子形成菌和耐盐产气的梭状芽孢杆菌。它们在储层中生长繁殖后形成菌落，并产生大量的代谢物。这些菌落和代谢物，还有代谢产物中的黏胶与铁离子结合物，都会造成地层堵塞。进一步的研究表明，厌氧菌与好氧菌相比，虽然对聚合物溶液有一定的降解作用，但其对聚合物解堵的作用有限［11］。以河南油田为例，就出现了配聚污水堵塞地层的现象，其原因是SBR还原菌将污水中的SO42-及其他高价含硫化合物还原成H2S,H2S腐蚀油水井管柱产生FeS沉淀，堵塞地层［12］。1.5无机物沉淀造成的堵塞地层水中普遍存在着钙、镁、铁离子等，当注入的聚合物与离子不配伍时，这些离子就会产生沉淀物堵塞油层。此外，油层中的黏土、机械杂质也会加重这种堵塞。郑俊德等对注聚合物井返排液和注聚岩心薄片进行X漫散射成像技术测试，发现聚合物以黏土（或砂粒）和碳酸盐类不溶物为胶核，包围在胶核周围形成胶团状堵塞物。随着注入量增加，胶团聚集变大，使得已经吸附了聚合物的地层堵塞加剧。如果地层是疏松的砂岩，那这种原因造成的堵塞将更为严重。卢祥国等对大庆油田几口堵塞井注入液和返排液中溶解性金属离子进行检测发现，溶液中的铝离子、铁离子和铬离子等促使聚合物形成局部或区域性网状分子结构。这种网状分子结构增大了聚合物的分子回转半径，并导致流动阻力增大，进而带来堵塞。在所有金属离子中，铁离子影响最大。由于管线的腐蚀，铁离子会大量进入注入流体，其中的三价铁离子能与聚合物分子交联形成网状结构，二价铁离子会使聚合物分子形成凝胶速度加快，生成量增加，所以为防止聚合物堵塞地层需严格控制铁离子的注入。1.6聚合物溶液混合不均匀在配液时，如果聚合物溶解不好或搅拌不均匀，溶液中会出现不溶物（俗称〃鱼眼”）和软胶团。这些不溶物和软胶团会使注入变得困难，从而可能造成地层堵塞。大庆油田北3-J6-P36和北3-J6-P30井的现场返排物照片也证明了这一点，对其固相进行X漫散射成像技术测试，结果也表明25%的胶核是不溶性聚合物。在实际操作中，由于混合不均匀，管线内往往产生局部浓度很高的聚合物溶液（近似胶状物），当它们被注入地层时，就会在炮眼及近井地带瘀积，产生堵塞。2注聚合物井的解堵2.1注聚合物井常用的解堵剂聚合物堵塞地层的原因很多，所以要采用复合解堵剂。解堵剂解堵的基本原理在于，其中的强氧化剂与聚合物堵塞物发生反应，将其降解为水化小分子和胶态分散微凝胶，然后溶解于注入液体中并被带走，从而达到解堵的目的。目前常用的解堵剂有:HAL-1型聚合物解堵剂［13］、复合型双氧水解堵剂［14］、HJS聚合物解堵剂、JHW复合解堵液［15］、JY-1解堵剂［16］、二氧化氯解堵剂、HRS复合解堵剂、DOC-8聚合物解堵剂［17］等，其中普遍选用的强氧化剂均为：次氯酸盐、高锰酸钾、过硫酸氨、H2O2等。国夕卜开展了生物酶解堵剂的研究和应用，胜利油田也开发了一种SUN生物酶解堵剂，取得了良好的聚合物解堵效果［18］。2.2注聚合物井解堵技术2.2.1水力振动解堵水力振动解堵是借助水力振动器形成振动冲击波，并使振波在地层孔隙通道中传播，从而使堵塞物松动或疲劳破碎并脱落，达到清除岩石孔隙中堵塞物的目的。该技术用于注聚合物井解堵时，一般同酸化解堵一起使用，即先酸化后振动。2.2.2注聚井表面活性剂增注技术该技术采用二氧化氯一表面活性剂体系一后续聚驱的施工程序，即先注入二氧化氯氧化剂溶液将岩石颗粒上的聚合物膜去掉；再将在无碱条件下超低界面张力的非离子表面活性剂及助剂体系注入油层，改变油层砂岩孔隙表面性质及其与注入流体的界面张力，提高油层的水相渗透率，达到注聚井增注降压的目的。2.2.3高压水射流与化学复合解堵法该施工工艺采用高压射流解堵方法，高压射流在射孔井段上下移动，利用一周4个脉冲作用于炮眼及地层，经解堵液的物理及化学作用既溶解堵塞固体颗粒，使之分散于液体中被旋流液体带走并排出，使孔隙喉道增大，并且通过化学作用对近井地带聚合物断链，降低分子量，减少流动阻力，提高油井产液量［19］，可用于聚合物大分子结构造成的堵塞。2.2.4二氧化氯解堵工艺二氧化氯具有强氧化性，与助剂协同作用，可高效氧化分解聚合物、高效杀灭SBR还原菌和除去FeS等含硫化合物；同时，其他助剂在地层条件下缓慢反应生成水溶性酸和大量的气体，酸可以用于溶蚀各种无机垢类堵塞物，气体可提高解堵地层压力。该工艺可用于无机盐、微生物等造成的注聚合物井堵塞的解堵。2.2.5液力割缝技术液力割缝技术利用高压水射流喷射破岩的原理，将高压携砂液经过喷嘴以高速射流形式冲击目的物，形成互成180°的两条长缝或多条裂缝，从而打开近井地带的堵塞或污染物，可以在宏观上起到解堵的目的。2.2.6特定酶断链技术利用生物工程开发的一种针对油田聚合物的特定生物酶，通过酶与聚合物的相互作用，断开聚合物分子链，将大分子聚合物降解为可以溶于注入液体的小分子，从而达到解堵的目的，可用于由于聚合物自身原因造成的堵塞的解堵［20］。2.2.7水力压裂解堵水力压裂是利用井底高压，在地层中形成具有高导流能力的渗流通道，从而达到解除聚合物堵塞的目的。同液力割缝技术相同，也是从宏观上解堵，但有效期短［21,22］。2.2.8暂堵酸化技术该技术通过暂堵剂的作用实现均匀布酸的目的，然后通过酸液与堵塞物的反应进行解堵，需要与解堵剂配合使用，可用于解除无机盐、微生物、聚合物自身等多种原因造成的堵塞。3结论注聚合物井的堵塞通常是由物理、化学和生物原因造成的，在解堵时需要综合考虑。对各种解堵技术进行分析，二氧化氯解堵技术和酸化解堵可以从根本上解除注聚合物井的多重污染，达到深度解堵的目的，所以开展新生态二氧化氯解堵剂和新型酸液配方的研究，对聚合物解堵具有重要意义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