吳廣 杜勛 王春林 龔云蕾 趙海建 張洪菁 唐婧 孫鵬飛

1.中海油田服務(wù)股份有限公司 2.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 3.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司

渤海海域S油田屬于海上稠油砂巖油田，儲(chǔ)層原油黏度高、密度大、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高，凝固點(diǎn)低。為確保油田高效開(kāi)采，油田采用早期注聚模式開(kāi)發(fā)[1]，利用聚合物溶液的黏彈性提高宏觀波及效率和微觀驅(qū)油效率，從而提高油田的最終采收率[2]。聚合物驅(qū)油可以在有限的海上采油平臺(tái)壽命期內(nèi)盡可能提高采出程度[3]。實(shí)踐證明，聚合物驅(qū)是海上油田提高采收率比較現(xiàn)實(shí)的途徑。然而，聚合物驅(qū)為海上油田開(kāi)發(fā)取得突破的同時(shí)，也會(huì)給儲(chǔ)層保護(hù)帶來(lái)不利影響。其中，聚合物驅(qū)受效油井堵塞問(wèn)題成為目前亟待解決的技術(shù)難題，在油田開(kāi)發(fā)全生命周期內(nèi)注聚時(shí)間的提前相應(yīng)使受效井見(jiàn)聚時(shí)間提前，使堵塞物成分趨于復(fù)雜化。

以往的研究主要圍繞聚合物驅(qū)油田注入端(注聚井)的儲(chǔ)層傷害和解堵技術(shù)開(kāi)展。研究表明，注聚井傷害類型主要包括由于聚合物吸附滯留、聚合物相對(duì)分子質(zhì)量與儲(chǔ)層孔喉尺寸不匹配、聚合物溶液配制及稀釋不充分而形成的聚合物類堵塞[4-9]，以及無(wú)機(jī)化學(xué)沉淀傷害[10-11]、微生物及其代謝產(chǎn)物傷害[12-13]。而產(chǎn)出端(聚合物驅(qū)受效油井)的儲(chǔ)層傷害除了注入端的主要傷害以外，還包括近井地帶黏土礦物膨脹、運(yùn)移傷害，以及原油中重質(zhì)成分析出造成的有機(jī)傷害[14]。同時(shí)，不同油田因注入聚合物的種類、水質(zhì)不同，堵塞物也要區(qū)別對(duì)待。

聚合物驅(qū)受效油井油-聚-固復(fù)合堵塞物(下文簡(jiǎn)稱復(fù)合堵塞物)一般都是聚合物凝膠、油污、無(wú)機(jī)垢、儲(chǔ)層礦物和腐蝕產(chǎn)物等的混合物，多層包覆，交聯(lián)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聚合物在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)分子鏈的相互纏繞、包裹黏土顆粒運(yùn)移，使?jié)B流孔道變窄，甚至堵塞孔道，導(dǎo)致單井產(chǎn)能無(wú)法得到有效釋放[15]。傳統(tǒng)的注聚井以及聚合物驅(qū)受效油井解堵體系一般采用單一聚合物解堵液段塞[16]，或者有機(jī)清洗液、聚合物解堵液、常規(guī)酸液分段塞注入，以解決上述成分復(fù)雜的復(fù)合堵塞問(wèn)題。但受復(fù)合堵塞物多層包覆復(fù)雜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制，傳統(tǒng)體系分段塞的注入方式難以保證體系各段塞均與復(fù)合堵塞物內(nèi)部充分接觸，各解堵段塞往往僅能解決裸露于復(fù)合堵塞物表面的特定類型傷害，很難達(dá)到理想的解堵效果。

聚合物驅(qū)受效井電潛泵分離器入口復(fù)合堵塞物見(jiàn)圖1。

本實(shí)驗(yàn)研制出一套針對(duì)聚合物驅(qū)受效油井的螯合解堵體系，其主要特點(diǎn)是集聚合物解堵功能與無(wú)機(jī)堵塞物解堵功能于一體，充分考慮聚合物堵塞物反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、與無(wú)機(jī)堵塞物多層包裹的特點(diǎn)，段塞注入井下后可長(zhǎng)時(shí)間關(guān)井反應(yīng)且無(wú)需快速返排，與復(fù)合堵塞物充分接觸，整體溶蝕能力強(qiáng)，且不對(duì)儲(chǔ)層造成新的傷害。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析和現(xiàn)場(chǎng)施工效果表明，該體系能夠有效解除聚合物驅(qū)受效油井復(fù)合堵塞物傷害。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

原子吸收光譜儀(日本日立高新技術(shù)公司制造)、DHG-9023A型烘箱(北京雅士林制造試驗(yàn)設(shè)備有限公司制造)、HH-600型恒溫水浴鍋(上海啟前電子科技有限公司制造)、索氏提取器等。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

化學(xué)材料：四氧化三鐵、三氧化二鐵、碳酸鈣、碳酸鎂、三氯化鐵、鹽酸、氫氟酸、次氯酸鈉、過(guò)氧化氫、過(guò)硫酸銨、石油醚，均為化學(xué)純?cè)噭?，市售；蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石；人造復(fù)合堵塞物、螯合解堵劑，實(shí)驗(yàn)室自制；1#、2#、3#、4#垢樣為渤海S油田A井筒內(nèi)取樣；聚丙烯酰胺為渤海S油田現(xiàn)場(chǎng)取樣；巖屑為渤海S油田探井取樣；平臺(tái)聚合物配液用水、1#、2#、3#、4#復(fù)合堵塞物濾液為渤海S油田現(xiàn)場(chǎng)取樣。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1) 含水率測(cè)定實(shí)驗(yàn)方法：①將表面皿放入烘箱中烘干至恒重后，記錄質(zhì)量m11；②稱取質(zhì)量為m12樣品置于表面皿中放入烘箱內(nèi)烘干至恒重，記錄質(zhì)量m13；③含水率=[m12-(m13-m11)]/m12。

(2) 含油率測(cè)定實(shí)驗(yàn)方法：①將濾紙放入烘箱中烘干至恒重后，記錄質(zhì)量m21；②取適量樣品，記錄樣品質(zhì)量m22后將樣品放入烘箱中烘干至恒重，記錄質(zhì)量m23；③將烘干后樣品采用索氏提取器洗油，充分洗油后過(guò)濾，過(guò)濾后濾紙放入烘箱烘干至恒量，記錄質(zhì)量m24；④含油率=(m23+m21-m24)/m22。

(3) 聚合物及無(wú)機(jī)物含量測(cè)定方法：①取一定量烘干洗油后樣品稱量記錄質(zhì)量m31；②將樣品經(jīng)過(guò)600 ℃高溫灼燒后稱量記錄樣品質(zhì)量m32；③聚合物含量=(m31-m32)/m31；④高溫灼燒后固體粉末為無(wú)機(jī)物，含量為m32/m31。

(4) 聚合物配液用水、1#、2#、3#、4#復(fù)合堵塞物濾液水分析方法參考SY/T 5523-2016《油田水分析方法》進(jìn)行。

(5) 固體粉末元素分析實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)采用空氣-乙炔火焰進(jìn)行原子吸收測(cè)定，基于從光源輻射出具有待測(cè)元素特征波長(zhǎng)的光通過(guò)試樣原子蒸氣時(shí)，被蒸氣中測(cè)定元素的基態(tài)原子所吸收，根據(jù)輻射強(qiáng)度的減弱程度計(jì)算樣品中待測(cè)元素的含量。

(6) 螯合解堵劑對(duì)蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石、碳酸鈣、四氧化三鐵、三氧化二鐵溶蝕實(shí)驗(yàn)方法：分別將固體烘干，研磨粉碎，過(guò)孔徑0.18 mm分選篩，105 ℃烘烤24 h以上，稱量2 g(精度為0.000 1 g)左右樣品放入聚四氟乙烯試劑瓶中，加入40 mL酸液搖勻，置于90 ℃水浴中，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,過(guò)濾分離,將過(guò)濾物質(zhì)烘干稱重。

(7) 螯合解堵劑對(duì)人造復(fù)合堵塞物溶解實(shí)驗(yàn)：稱取25 g聚丙烯酰胺水溶液及25 g三氯化鐵溶液，于100 mL燒杯中靜置5 min，用玻璃棒攪拌燒杯內(nèi)溶液5～7次后靜置10 min，用鑷子取出溶液內(nèi)團(tuán)狀絮狀物置于表面皿內(nèi)，靜置10 min后用鑷子將表面皿內(nèi)的泡狀物體挑破，用濾紙吸取表面皿內(nèi)多余的水分后，即為人造復(fù)合垢。取大約2 g的復(fù)合聚合物堵塞物加入到40 mL不同解堵劑溶解液中，在60 ℃水浴中反應(yīng)2 h。

(8) 螯合解堵劑對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際復(fù)合堵塞物溶解實(shí)驗(yàn)：稱取約2 g現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際復(fù)合堵塞物，加入40 mL螯合解堵劑溶液中，60 ℃反應(yīng)，每隔1 h觀察記錄復(fù)合堵塞物形態(tài)變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合堵塞物成分分析

復(fù)合堵塞物中水、油、聚合物、無(wú)機(jī)物含量測(cè)定分別根據(jù)第1.3節(jié)實(shí)驗(yàn)方法中含水率測(cè)定試驗(yàn)方法、含油率測(cè)定試驗(yàn)方法、聚合物及無(wú)機(jī)物測(cè)定方法進(jìn)行，根據(jù)聚合物驅(qū)油受效井的井下取樣分析，復(fù)合堵塞物可以分為水、油、無(wú)機(jī)物、聚合物4種主要成分。其中，水主要來(lái)源于地層水和配制聚合物液體的水，油主要來(lái)源于地層原油，無(wú)機(jī)物主要是地層礦物和結(jié)垢。

1#～4#取樣位置依次分別為油管外壁、電泵吸入口、篩管表面、油管底端死堵處。圖2表明，4個(gè)復(fù)合堵塞物樣品的成分含量差距較大，這與取樣位置的流體流動(dòng)性有關(guān)，流體流動(dòng)性越大導(dǎo)致對(duì)流傳質(zhì)和攜帶能力越強(qiáng)，無(wú)機(jī)物和“死油”越難沉積，復(fù)合堵塞物失水和聚合析出的程度越小。4種取樣位置的流體流動(dòng)性由強(qiáng)至弱為2#>1#≈3#>4#，因此，2#樣品相對(duì)于其他3個(gè)樣品水含量最高(90.1%)，而無(wú)機(jī)物含量(3.8%)與油含量(4.9%)最低，該樣品與地層中復(fù)合堵塞物相似度最高。4#樣品各成分含量剛好與2#相反，其無(wú)機(jī)物含量最高(59.82%)而水含量最低(5.68%)。1#與3#樣品各成分含量基本相近。

表1 復(fù)合堵塞物濾液離子成分與質(zhì)量濃度mg/L離子種類K+Na+Fe3+Mg2+Ca2+Cl-HCO-3CO2-3SO2-4總礦化度1#樣品10.50687.00.0312.00808.0685.02.459.612215.02#樣品9.76664.40.0810.70798.5671.21.418.132164.23#樣品11.34464.10.068.90631.7563.82.147.671689.74#樣品8.12426.40.1210.50520.9514.51.357.801490.0注聚配液水3.75349.00.0521.477.9595.0254.0011.71313.0

圖3表明，復(fù)合堵塞物固形物中的總鐵含量很高，3#和4#樣品中質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到60%以上。鐵離子能與聚合物發(fā)生交聯(lián)，生成具有剛性的交聯(lián)物堵塞地層。無(wú)論是三價(jià)或者二價(jià)鐵離子，還是不溶于水的氧化鐵，都能加劇聚合物的堵塞。復(fù)合堵塞物固形物中鋁硅酸鹽的含量較高，鋁硅酸鹽是黏土礦物顆粒等儲(chǔ)層礦物的主要成分，大量地層礦物出現(xiàn)在井筒，可能是由于注入的聚合物溶液黏度較地層原有流體黏度高，其對(duì)微粒具有很強(qiáng)包裹、攜帶作用，隨著儲(chǔ)層流體流動(dòng)被攜帶至井筒。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，聚合物驅(qū)油田受效井復(fù)合堵塞物主要由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物兩大部分構(gòu)成。其中，有機(jī)物成分為聚合物形成的復(fù)合堵塞物絮凝物與原油中的重質(zhì)成分，無(wú)機(jī)物主要成分是含鐵固相與黏土礦物顆粒。

2.2 螯合解堵劑溶蝕無(wú)機(jī)堵塞物實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

無(wú)機(jī)物中含鐵固相主要以四氧化三鐵與三氧化二鐵為主，少量的鐵以硫化亞鐵存在，黏土礦物顆粒主要來(lái)自地層中自身存在的黏土礦物，包括蒙脫石、伊利石、高嶺石與綠泥石等，生產(chǎn)井中碳酸鹽含量較少，但仍然存在于固相中。

從圖4可知，螯合解堵劑對(duì)碳酸鹽溶蝕速率最快，0.5 h之內(nèi)即可達(dá)到很高的溶蝕率，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)溶蝕率增加不明顯。螯合解堵劑對(duì)四氧化三鐵與三氧化二鐵溶蝕反應(yīng)基本在2 h之內(nèi)完成，其溶蝕率可達(dá)到70%左右。由此可知，螯合解堵劑能有效溶蝕無(wú)機(jī)物中的碳酸鹽成分和含鐵成分。

螯合解堵劑對(duì)黏土礦物都在24 h內(nèi)達(dá)到反應(yīng)穩(wěn)定狀態(tài)，各種黏土礦物的溶蝕率在17.92%～50.55%之間，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，溶蝕率增加不多。盡管螯合解堵劑無(wú)法全部溶蝕黏土礦物，但復(fù)合堵塞物中的黏土含量少，依然能對(duì)復(fù)合堵塞物形成有效溶蝕與分解。

2.3 螯合解堵劑對(duì)復(fù)合聚合物堵塞物溶解能力分析

聚合物溶液與Fe3+溶液混合后形成復(fù)合聚合物堵塞物，這種復(fù)合堵塞物是造成聚合物驅(qū)受效井傷害的主要原因，強(qiáng)酸液體12%(w)HCl與12%(w)HCl+3%(w)HF不能有效分散降解該復(fù)合堵塞物，只能使該復(fù)合堵塞物進(jìn)一步失水而縮小體積(見(jiàn)表2)；相反，失水后復(fù)合堵塞物剛性更強(qiáng)，更易造成儲(chǔ)層傷害。根據(jù)常規(guī)理論，強(qiáng)氧化劑對(duì)有機(jī)聚合物有很強(qiáng)的降解作用，但除了H2O2，其他氧化劑對(duì)人造復(fù)合聚合物堵塞物降解能力有限。螯合解堵劑不僅能分散人造復(fù)合聚合物堵塞物，還能全部降解失水聚合物，有效解除聚合物驅(qū)受效井復(fù)合聚合傷害。

表2 人造復(fù)合堵塞物降解實(shí)驗(yàn)水12%(w)HCl12%(w)HCl+3%(w)HF1%(w)NaClO1%(w)H2O21%(w)(NH4)2S2O8螯合解堵劑實(shí)驗(yàn)前堵塞物形態(tài)24 h后堵塞物形態(tài)24 h后形態(tài)描述無(wú)明顯變化體積縮小,約為原來(lái)的60%體積縮小,約為原來(lái)的50%分散為小顆粒狀,顆粒最大體積約為原來(lái)的30%分散為小顆粒狀,顆粒體積小于原來(lái)的1%體積縮小,約為原來(lái)的80%呈均一穩(wěn)定分散態(tài),無(wú)明顯肉眼可見(jiàn)顆粒

從螯合解堵劑對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際復(fù)合堵塞物溶解實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)圖5)可知：3 h后復(fù)合堵塞物體積只有實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的1/4～1/5;溶液顏色變黑,說(shuō)明復(fù)合堵塞物中原油等有機(jī)物溶解到溶液中;實(shí)驗(yàn)持續(xù)10 h，復(fù)合垢塊基本被溶解分散，說(shuō)明螯合解堵劑能有效溶解分散復(fù)合垢。

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用

為驗(yàn)證聚合物驅(qū)受效井螯合解堵體系實(shí)際應(yīng)用的效果，2016年9月，對(duì)渤海S油田20井東營(yíng)組進(jìn)行螯合解堵作業(yè)。20井產(chǎn)層滲透率(491～8 285)×10-3μm2，孔隙度29.7%～35.3%。屬于高孔高滲疏松砂巖儲(chǔ)層，產(chǎn)出原油黏度高(1 268.2 mPa·s(50 ℃))、密度大(0.965 g/cm3(20 ℃))、膠質(zhì)(20.13%)瀝青質(zhì)(9.05%)含量高、含硫量低、含蠟量低、凝固點(diǎn)低，屬重質(zhì)稠油。

20井螯合解堵施工曲線見(jiàn)圖6。解堵施工過(guò)程中，降黏解堵液接觸儲(chǔ)層后,泵注壓力隨即下降，視吸水指數(shù)由61.488 m3/(d· MPa)上升至97.58 m3/(d· MPa)，降黏解堵液關(guān)井反應(yīng)20 h后，視吸水指數(shù)上升至140.4 m3/(d· MPa)，盡管關(guān)井能恢復(fù)該井控制區(qū)域地層能量，但是該井視吸水指數(shù)依然能大幅提高，說(shuō)明降黏解堵液有明顯的解堵效果。與常規(guī)酸化不同的是,螯合解堵液接觸儲(chǔ)層后在施工曲線上只有輕微響應(yīng)，這一現(xiàn)象符合螯合解堵液與復(fù)合堵塞物反應(yīng)速率較慢的特征。

20井解堵作業(yè)后恢復(fù)生產(chǎn)，在電泵運(yùn)行頻率由42 Hz下降至30 Hz的情況下，產(chǎn)油量由10.5 m3/d增至25.5 m3/d，產(chǎn)液量由52.7 m3/d上升至115.8 m3/d，流壓由2.87 MPa上升至10.15 MPa，含水率穩(wěn)定在80%左右，解堵效果明顯。

4 結(jié)論

根據(jù)聚合物驅(qū)油受效井井下污染物成分分析結(jié)果，通過(guò)一系列室內(nèi)評(píng)價(jià)手段探索了螯合解堵體系針對(duì)堵塞物的解堵效果，綜合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐效果可以得出以下結(jié)論：

(1) 聚合物驅(qū)油受效井復(fù)合堵塞物主要有機(jī)物成分為聚合物形成的復(fù)合堵塞物絮凝物、原油中的重質(zhì)成分，無(wú)機(jī)堵塞物主要成分是含鐵固相與黏土礦物顆粒。

(2) 螯合解堵劑不僅能分散復(fù)合聚合物堵塞物，還能全部降解失水聚合物，有效解除聚合物驅(qū)受效井復(fù)合堵塞物傷害。

(3) 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，螯合解堵劑能與復(fù)合堵塞物充分接觸，整體溶蝕能力強(qiáng)且不對(duì)儲(chǔ)層造成新的傷害，能夠有效解除聚合物驅(qū)受效油井復(fù)合堵塞物傷害。