趙順超，白健華，陳華興，方 濤，龐 銘，王宇飛

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300452）

隨著聚合物驅(qū)在渤海油田的應(yīng)用，部分受益油井的近井地帶、篩管處以及泵吸入口均發(fā)現(xiàn)一定量的含聚堵塞物，造成產(chǎn)能下降明顯[1]。地層長期供液不足造成注聚區(qū)油井欠載停泵，修井作業(yè)頻次明顯高于非注聚區(qū)。海上平臺作業(yè)空間和作業(yè)資源優(yōu)先保證檢泵、換管柱等常規(guī)修井作業(yè)，致使部分井無法及時開展增產(chǎn)措施作業(yè)。為了充分利用修井作業(yè)窗口期，在修井過程中曾經(jīng)嘗試進(jìn)行酸洗、注氧化劑段塞等解堵作業(yè)，但均未取得預(yù)期效果。近年來，加大對堵塞物組分、形成機(jī)理分析，研究表明堵塞物為部分水、原油和無機(jī)物質(zhì)被有機(jī)彈性體包裹而形成的復(fù)合沉淀，其中有機(jī)組分為膠質(zhì)、瀝青質(zhì)以及聚合物與高價陽離子形成的交聯(lián)網(wǎng)狀彈性體，無機(jī)組分主要為石英、黏土以及無機(jī)垢，其中有機(jī)組分占總質(zhì)量的70%[2-6]。國內(nèi)外研究與實(shí)踐表明，氧化劑能夠有效降解含聚堵塞物，但是在地層中，大量原油覆蓋在聚合物膠團(tuán)表面，單一的氧化劑難以穿透油膜降解聚合物，造成單純的氧化解堵效果有限[7-10]。另外，地層中的高價金屬陽離子如鐵離子、鋁離子與產(chǎn)出聚合物在酸性條件下交聯(lián)會形成不溶于水的有機(jī)膠團(tuán)，造成解堵作業(yè)后的二次傷害，部分油井解堵作業(yè)后產(chǎn)能反而大幅度下降，鄒劍等人的研究也證實(shí)了這一點(diǎn)[11-13]。因此，控制好金屬陽離子，避免與產(chǎn)出聚合物形成水不溶物也是措施成功的關(guān)鍵。

基于以上認(rèn)識，開發(fā)復(fù)合解堵修井液體系，主劑為氧化劑，輔劑為高效清洗劑和螯合劑。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用表明，復(fù)合解堵修井液體系能夠有效解除近井地帶含聚堵塞，在釋放油井產(chǎn)能的同時不會影響正常修井作業(yè)時效。

1 體系的研制

1.1 技術(shù)原理

注聚油田復(fù)合解堵修井液體系由主劑氧化劑、輔劑清洗劑、螯合劑和緩蝕劑組成。清洗劑能夠有效溶解膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、蠟質(zhì)等有機(jī)垢，將原油與聚合物分離，為氧化劑與聚合物作用創(chuàng)造條件。氧化劑能夠破壞老化聚合物碳-碳及碳-氮鍵，使有機(jī)部分變?yōu)樗埽瑑H剩少量無機(jī)成分。多價金屬螯合劑能夠螯合金屬離子，避免高價陽離子引起聚合物交聯(lián)堵塞地層[14-16]。緩蝕劑能夠有效避免解堵修井液體系對管柱和電潛泵機(jī)組造成腐蝕傷害。

1.2 氧化劑優(yōu)選

為了有效降解聚合物，必須選出合適的強(qiáng)氧化劑甚至對幾種氧化劑進(jìn)行復(fù)配，以達(dá)到解堵增產(chǎn)的目的[17-18]。從氧化性強(qiáng)弱以及經(jīng)濟(jì)適用型、礦場實(shí)施安全性等角度，優(yōu)選出氧化劑YH，該氧化劑遇光、遇熱不易分解，運(yùn)輸安全，分解后不產(chǎn)生氧氣，氧化性強(qiáng)。評價YH與過氧化氫、次氯酸鈉三種氧化劑對現(xiàn)場用聚合物降解效果，聚合物濃度為5 000 mg/L，實(shí)驗(yàn)溫度選取地層溫度60 ℃，轉(zhuǎn)速6 r/min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 3種氧化劑對聚合物溶液降解能力Table 1 Degradability of three oxidants to polymer solution

從表1可以看出，YH在30 min內(nèi)降黏率達(dá)到90%以上，1 h內(nèi)能將聚合物溶液黏度降至2.9 mPa·s，氧化性能與過氧化氫、次氯酸鈉能力相當(dāng)。

1.3 高效清洗劑優(yōu)選

高效清洗劑QXJ由表面活性劑、有機(jī)溶劑、油膜滲透劑復(fù)配而成，能夠有效溶解和分散有機(jī)質(zhì)垢。分別用重芳烴和高效清洗劑與地層水配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%的溶液，清洗注聚油田儲層油砂樣，洗油效果見表2。與重芳烴相比，在相同濃度下，高效清洗劑洗油效率更高，這是由于高效清洗劑中的有機(jī)溶劑、油膜滲透劑能夠有效清除巖石表面上膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和蠟質(zhì)組成的邊界膜。

表2 重芳烴、高效清洗劑對油砂清洗效果Table 2 Cleaning effect of heavy aromatic hydrocarbon and efficient cleaning agent on oil sand

1.4 螯合劑的選擇

為了避免高價陽離子引起聚合物交聯(lián)堵塞地層，選擇EDTA作為體系的螯合劑。

2 復(fù)合解堵修井液體系性能評價

2.1 模擬交聯(lián)聚合物降解能力評價

模擬聚合物的制備：

（1）采用注聚油田聚合物和對應(yīng)油田模擬地層水配制5 000 mg/L的母液待用；

（2）按照石英砂∶聚合物溶液∶油=1∶10∶1的比例，將石英砂、聚合物溶液、油加入到老化瓶中；通入氮?dú)?0 min，然后進(jìn)行密封，置于60 ℃烘箱中，老化不同時間；

（3）用蒸餾水直接配制得到金屬離子溶液為5 000 mg/L 氯化鐵；

（4）用蠕動泵輸送聚合物溶液（50 mL），注射泵輸送金屬離子溶液，兩者在三通閥處流動混合，混合后的溶液從三通閥流出經(jīng)過金屬篩網(wǎng)（200目）收集聚合物膠團(tuán)（圖1）。

圖1 模擬聚合物膠團(tuán)Fig. 1 Simulates polymer micelles

將聚合物膠團(tuán)分為三份，每份重約2 g，分別加入100 ml過氧化氫、次氯酸鈉和復(fù)合解堵修井液，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3和圖2。

表3 3種解堵劑對模擬聚合物膠團(tuán)的降解效果Table 3 Degradation effects of the three plugging relievers on the simulated polymer micelles

從表3和圖2可以看出，復(fù)合解堵體系在4 h內(nèi)即可完全溶解聚合物膠團(tuán)，而過氧化氫、次氯酸鈉在24 h內(nèi)只能部分降解聚合物膠團(tuán)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與1.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異較大，與常規(guī)高黏聚合物溶液相比，聚合物膠團(tuán)中含有可引起聚合物鏈交聯(lián)的金屬離子，雖然大部分的氧化型解聚劑能夠降解聚合物分子鏈，但因?yàn)榻宦?lián)金屬離子的存在，斷裂后的分子鏈仍然部分以交聯(lián)形式存在，因而造成降解不完全。在解堵體系中加入螯合劑能夠提升體系對交聯(lián)聚合物的降解能力，螯合劑將交聯(lián)聚合物中的金屬離子掩蔽，使聚合物在解堵體系中更容易分散、降解[19-20]。

圖2 模擬聚合物膠團(tuán)在3種解堵劑中降解24小時Fig. 2 Simulates polymer micelle degradation in three plugging relievers for 24 h

2.2 現(xiàn)場垢樣溶解性能評價

稱取2份現(xiàn)場垢樣，每份重約5 g，將樣品分別置于100 ml過氧化氫和復(fù)合解堵修井液中，實(shí)驗(yàn)溫度為60 ℃和攪拌1 h，浸泡48 h后觀察垢樣溶解情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。從圖中可以看出，與過氧化氫相比，復(fù)合解堵修井液能夠?qū)⒍氯镏械挠袡C(jī)組分完全降解，僅殘余少量無機(jī)組分。這是由于地層堵塞物主要為原油、聚合物膠團(tuán)以及無機(jī)組分組成的復(fù)合沉淀，常規(guī)氧化解堵體系很難穿透油膜解除聚合物，而復(fù)合解堵修井液中的高效清洗劑能夠清洗油膜以及膠質(zhì)瀝青質(zhì)沉淀，使氧化解堵劑與聚合物膠團(tuán)充分接觸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)合解堵修井液對含油聚合物垢樣有良好的降解能力。

圖3 2種解堵劑溶解現(xiàn)場垢樣效果對比Fig. 3 Comparison of the effect of two plugging relievers on dissolving scale samples on site

2.3 巖心動態(tài)實(shí)驗(yàn)評價

所用巖心為人造長巖心，長度30 cm，直徑3.7 cm，孔隙度33%。實(shí)驗(yàn)用交聯(lián)聚合物溶液由聚合物HPAM和交聯(lián)劑配置而成，濃度為1 400 ppm，配置完成后采用剪切攪拌器1擋剪切20 s。實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)置為60 ℃。

巖心流動實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）巖心飽和水、飽和油；（2）測水相滲透率K0；（3）注入剪切后的聚合物溶液10 PV，測水相滲透率K1；（4）注入復(fù)合解堵修井液2 PV，在60 ℃條件下放置4 h，測水相滲透率。

巖心流動實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4，從表4可以看出，復(fù)合解堵修井液體系對模擬聚合物堵塞的儲層具有很好的解堵作用，巖心恢復(fù)率達(dá)96%。

表4 復(fù)合解堵修井液巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Experimental results of composite plugging workover fluid core displacement

2.4 安全性能評價

復(fù)合解堵修井液采用的氧化主劑在常溫下性質(zhì)穩(wěn)定、不易燃、不易爆，與聚合物反應(yīng)不產(chǎn)生氧氣，在運(yùn)輸、貯存和施工過程中安全性較易控制。采用N80鋼片評價復(fù)合解堵修井液的腐蝕性能，方法參考《酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評價指標(biāo)》中的高溫高壓動態(tài)腐蝕速率測定方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。復(fù)合解堵修井液腐蝕速率為0.793 7～0821 6 g·m-2·h-1，滿足現(xiàn)場施工對藥劑腐蝕性能的要求。

表5 復(fù)合解堵修井液對N80鋼片腐蝕結(jié)果Table 5 Corrosion results of composite plugging workover fluid on N80 steel sheet

3 工藝設(shè)計(jì)和現(xiàn)場應(yīng)用

4 結(jié)論

3.1 工藝設(shè)計(jì)

復(fù)合解堵修井液體系研發(fā)的目的是充分利用修井作業(yè)窗口期，將解堵作業(yè)與常規(guī)修井作業(yè)施工步驟相結(jié)合。以海上常規(guī)Y管分采電泵井檢泵作業(yè)為例，施工步驟如下：（1）移井架；（2）洗壓井；（3）鋼絲作業(yè)撈Y堵、洗壓井；（4）拆采油樹、組裝立管防噴器；（5）起出油管掛；（6）起原井生產(chǎn)管柱；（7）下入沖洗管柱；（8）下入Y管分采電泵生產(chǎn)管柱；（9）拆防噴器、安裝采油樹；（10）油井投產(chǎn)、坐封過電纜封隔器、交接；（11）清理場地、設(shè)備復(fù)位、器材封存。復(fù)合解堵修井液體系主要應(yīng)用于步驟（7）中，首先注入高效清洗液，對近井地帶的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)沉淀進(jìn)行清洗，使原油從復(fù)合堵塞物中剝離。隨后注入氧化解堵液和頂替液，完成氧化解堵液注入后，正常開展步驟（8）、（9）、（10）、（11），能夠保證氧化劑與堵塞物中的聚合物膠團(tuán)有充分的反應(yīng)時間。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用

A34井為渤海油田注聚區(qū)塊一口生產(chǎn)井，由于泵故障停井，故障前日產(chǎn)液44.5 m3/d，日產(chǎn)油24.0 m3/d，含水46%，產(chǎn)液量、產(chǎn)油量均低于同層位生產(chǎn)井，鄰井檢泵作業(yè)均發(fā)現(xiàn)含聚堵塞物，初步判斷該井產(chǎn)液量低有可能是聚合物堵塞，因此采用復(fù)合解堵修井液體系，共泵注清洗液40 m3，氧化解堵液20 m3。作業(yè)后日產(chǎn)液103 m3/d，日產(chǎn)油68 m3/d，含水34%，有效期大于300 d，施工效果較好。

（1）復(fù)合解堵修井液體系具有良好的聚合物降解、有機(jī)垢清洗和金屬陽離子螯合能力，對交聯(lián)聚合物和現(xiàn)場含油聚合物垢樣均有較好的降解效果。

（2）通過合理的設(shè)計(jì)施工步驟，復(fù)合解堵修井液體系應(yīng)用于常規(guī)修井作業(yè)時不影響修井作業(yè)時效，且具有良好的提液增油效果，適用于海上作業(yè)資源較為緊張的油田，是對現(xiàn)有增產(chǎn)作業(yè)措施的有力補(bǔ)充。