蘭夕堂，郭布民，鄒 劍，符揚(yáng)洋，張 璐，陳 磊，袁 征，楊紅斌

(1.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300459；3.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東 青島 266580)

在現(xiàn)場(chǎng)聚合物驅(qū)油中注聚井發(fā)生堵塞影響聚合物驅(qū)油效果，但目前解堵技術(shù)存在有效效果差、作用時(shí)間短、普適性差等問題[1]。因此需從本質(zhì)上研究注聚井堵塞機(jī)理，從而研制出高效普適的解堵劑及解堵工藝。為解決注聚井堵塞問題，須從根本上研究注聚井堵塞機(jī)理，通過大量實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)堵塞的原因是多方面[2]。本文根據(jù)堵塞特點(diǎn)將堵塞機(jī)理分為內(nèi)因和外因分別進(jìn)行綜述，以期為注聚井堵塞機(jī)理及解堵技術(shù)進(jìn)一步研究提供借鑒和參考。

1 堵塞機(jī)理

專家對(duì)堵塞機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)注聚井堵塞是多種因素共同作用。本文從堵塞機(jī)理出發(fā)，將注聚井堵塞機(jī)理分為內(nèi)、外部因素進(jìn)行介紹。

1.1 內(nèi)部因素

1.1.1 黏土礦物組成

儲(chǔ)層因礦物組成多樣易使聚合物在儲(chǔ)層中發(fā)生吸附滯留。唐洪明等人[3]基于大慶油田研究了聚合物在儲(chǔ)層中發(fā)生吸附滯留的主要因素在靜態(tài)條件下取決于粘土礦物組成；動(dòng)態(tài)條件下取決于聚合物相對(duì)分子質(zhì)量及分子結(jié)構(gòu)。粘土礦物組成對(duì)聚合物吸附滯留的能力由強(qiáng)到弱依次為：綠泥石>蒙脫石>高嶺石>伊利石>石英[4]。

1.1.2 原油物性特征

原油中含蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)易隨溫度、壓力等條件的變化析出造成注聚井堵塞。海相儲(chǔ)層原油中蠟、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量較高。綏中36-1油田原油中含蠟量約為22.71%，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量約為32.3%[5]。這種堵塞因形成過程緩慢造成的影響并不明顯，當(dāng)存在其他堵塞時(shí)原油物性特征造成堵塞常常被忽略[6]。因此分析堵塞機(jī)理時(shí)要先考慮原油物性特征并在設(shè)計(jì)解堵工藝時(shí)要優(yōu)先考慮原油物性特征造成的堵塞。

1.1.3 儲(chǔ)層非均質(zhì)性

隨著石油開采逐漸深入儲(chǔ)層非均質(zhì)性越嚴(yán)重易導(dǎo)致儲(chǔ)層間滲透率變化范圍加大易造成堵塞。付美龍等人[7]對(duì)河南油田長(zhǎng)巖心進(jìn)行注入性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)巖心滲透率越小、注入聚合物濃度越大、注入速率越大造成堵塞越嚴(yán)重。因此，在進(jìn)行堵塞原因分析時(shí)根據(jù)不同儲(chǔ)層特點(diǎn)選擇不同的注入聚合物種類并計(jì)算相應(yīng)注入速率是研究的重點(diǎn)方向。

1.2 外在因素

1.2.1 細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物

細(xì)菌主要為儲(chǔ)層中存在的硫酸鹽還原菌和鐵細(xì)菌，隨著液體注入帶入儲(chǔ)層中的利用烴細(xì)菌、甲烷形成菌和孢子形成菌等。細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物堵塞儲(chǔ)層主要原因?yàn)椋杭?xì)菌大量繁殖形成菌落堵塞儲(chǔ)層；細(xì)菌代謝產(chǎn)物形成具有粘度的液體堵塞儲(chǔ)層；細(xì)菌代謝產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫等物質(zhì)與鐵、鈣等離子形成硫化鐵、碳酸鈣等沉淀堵塞儲(chǔ)層[8]。在油田開采中常使用采出水回注的方式，因此細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物是造成儲(chǔ)層堵塞的原因之一。

1.2.2 陽(yáng)離子含量較多

配制聚合物溶液使用的注入水含有大量的鈣、鎂等離子，當(dāng)注入流體與地層水不匹配時(shí)會(huì)產(chǎn)生沉淀物堵塞儲(chǔ)層。注聚井驅(qū)中聚合物多含有羧鈉基，在配制聚合物溶液時(shí)電離出的鈉離子與二價(jià)離子發(fā)生離子交換使得聚合物吸附量變大導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率下降造成堵塞[9]。在海上油田聚合物驅(qū)油中配制聚合物溶液多用海水直接配制造成儲(chǔ)層堵塞現(xiàn)象更為嚴(yán)重。因此，對(duì)配置聚合物的注入水及儲(chǔ)層原始地層水進(jìn)行離子檢測(cè)以減少堵塞。

1.2.3 聚合物分子尺寸

聚合物驅(qū)一般使用高分子有機(jī)物作為驅(qū)油劑，其分子大小與相對(duì)分子質(zhì)量呈現(xiàn)正相關(guān)。Mullin[10]通過對(duì)長(zhǎng)期注聚井研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期注物井井口會(huì)有聚合物聚集，造成注聚井近井位置發(fā)生堵塞。因此，在進(jìn)行聚驅(qū)前應(yīng)對(duì)聚合物在注入水中的水動(dòng)力學(xué)半徑進(jìn)行測(cè)量以適應(yīng)儲(chǔ)層孔隙度，減少因聚合物尺寸與儲(chǔ)層不匹配造成的堵塞。

1.2.4 聚合物濃度

聚合物粘度高于水的粘度，因此聚合物在驅(qū)油過程中易造成儲(chǔ)層中微粒運(yùn)移造成堵塞。周萬(wàn)富[11]等人通過分析巖心損害程度發(fā)現(xiàn)高濃度聚合物混合不均勻是導(dǎo)致聚井堵塞的主要原因。張賢松等人[5]通過聚驅(qū)數(shù)值模擬軟件對(duì)注入聚合物濃度與提高采收率效果進(jìn)行模擬總結(jié)了聚合物注入濃度與儲(chǔ)層孔隙度、井網(wǎng)井距之間的關(guān)系。因此需對(duì)聚合物濃度進(jìn)行考察以減小對(duì)儲(chǔ)層損害。

1.2.5 聚合物混合不均勻

配置聚合物溶液時(shí)會(huì)出現(xiàn)溶解不均勻或溶解不好等現(xiàn)象出現(xiàn)不溶物質(zhì)和軟膠團(tuán)，這些物質(zhì)由于在儲(chǔ)層中分布不均勻?qū)е露氯鸞12]。對(duì)大慶油田注聚井現(xiàn)場(chǎng)返排物進(jìn)行測(cè)試結(jié)果顯示四分之一的返排物為未溶聚合物[13]。在實(shí)際配置聚合物溶液時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部濃度過高，這些高濃度聚合物被直接注入儲(chǔ)層會(huì)造成近井地帶堵塞。

1.2.6 無(wú)機(jī)物

隨著聚合物注入儲(chǔ)層會(huì)有黏土、機(jī)械雜質(zhì)等無(wú)機(jī)物隨著聚合物注入進(jìn)入儲(chǔ)層在儲(chǔ)層形成沉淀[14]。鄭俊德等人[13]對(duì)堵塞物進(jìn)行分析表明造成注聚井堵塞主要為不溶于水的無(wú)機(jī)物和粘土。無(wú)機(jī)物造成儲(chǔ)層堵塞主要分為兩方面：一是無(wú)機(jī)物在儲(chǔ)層中逐漸沉積造成儲(chǔ)層堵塞。二是聚合物會(huì)包裹無(wú)機(jī)物形成沉淀造成儲(chǔ)層堵塞。

2 堵塞機(jī)理的研究方法

目前，對(duì)注聚井堵塞機(jī)理研究的方法主要有：

(1)離心法分析堵塞物中固體含量和聚合物含量。該方法適用范圍廣、費(fèi)用低。但存在操作過程嚴(yán)格、不易掌握、可能出現(xiàn)分離時(shí)間長(zhǎng)等問題。

(2)X射線多晶衍射儀分析堵塞物中無(wú)機(jī)物含量。該方法能夠精確進(jìn)行物相、定性、定量分析，但在測(cè)量方法上要求嚴(yán)格，否則會(huì)造成峰強(qiáng)弱的變化甚至出現(xiàn)峰的消失。

(3)掃描電鏡分析堵塞物中元素含量。該方法可以獲取被測(cè)樣品本身的物理、化學(xué)性質(zhì)。但其對(duì)待測(cè)樣品要求不能含有水分、必須是無(wú)磁性、無(wú)毒性且成分穩(wěn)定。

(4)紅外光譜儀分析堵塞物中特性基團(tuán)。紅外光譜對(duì)樣品適用性廣泛。但是隨著儀器的進(jìn)步、低溫技術(shù)的應(yīng)用波譜圖需要進(jìn)行不斷修改；且通過紅外光譜對(duì)波峰對(duì)比分析不能作為一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)判斷手段。

(5)物模驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，利用一維長(zhǎng)填砂管、三維模型進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，借助各個(gè)測(cè)壓點(diǎn)測(cè)出壓力、采出液組分、巖心滲透率變化分析注聚過程中不同深度堵塞情況。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)位的無(wú)機(jī)、有機(jī)組分進(jìn)行分析，確定注聚過程中堵塞物分布規(guī)律。

(6)數(shù)值模擬分析，基于聚合物、原油特性及在孔隙性介質(zhì)中流動(dòng)特征建立并求解滲流模型；將模型結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)注采動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料結(jié)合獲得注聚井前緣半徑及極限前緣半徑；通過與物模實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析得到堵塞物吸附滯留最嚴(yán)重區(qū)域。

3 結(jié)論

注聚合物驅(qū)是國(guó)內(nèi)外提高采收率的主要手段，影響注聚合物驅(qū)效果的主要因素為：黏土礦物組成、原油物性特征、儲(chǔ)層非均質(zhì)性；細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物、陽(yáng)離子含量、聚合物分子尺寸、聚合物濃度、聚合物混合不均勻、無(wú)機(jī)物含量等。通過大量實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明造成注聚井堵塞的原因是多方面的，一般多為幾個(gè)因素共同作用。因此需要豐富注聚井堵塞機(jī)理分析體系，為豐富注聚合物井的解堵劑種類、解堵工藝奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)。