黃利平，趙文森，崔盈賢，高建崇，周際永

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300452;2.中海油研究總院，北京 100027;3.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引言

早在2003年，渤海油田就開展了單井聚合物驅實驗，并取得了良好的開發(fā)效果。目前渤海有SZ36－1、LD10－1和 JZ9－3等聚合物驅油田，隨著注聚規(guī)模的擴大，注聚井堵塞等造成單井注入壓力過高，不能達到配注要求等問題日益明顯，注聚合物井解堵增注已成為渤海聚合物驅油田高效開發(fā)的關鍵。國內(nèi)外在聚合物解堵技術方面[1－6]已積累了一些成功的經(jīng)驗，比較成熟的是采用氧化劑氧化降解的方法。國內(nèi)陸地注聚合物油田常見的解聚合物體系有醛類雙氧水體系、二氧化氯體系、過氧化物體系、過硫酸鹽體系和生物酶等體系[7－9]。渤海注聚合物油田2011年開始采用氧化解聚合物體系，取得了一定的降壓增注效果，但目前的解聚合物體系仍存在一定的缺陷，如解聚合物體系主劑單一，綜合性能有待加強，活性物質釋放控制難度大，存儲運輸安全性有待進一步提高和施工工藝要求較高等。在總結現(xiàn)有海上注聚合物油田解堵成功經(jīng)驗的基礎上，研發(fā)了ZJ－02復合氧化解聚合物體系，室內(nèi)系統(tǒng)實驗表明，該體系綜合性能優(yōu)良，使用安全方便，現(xiàn)場應用效果良好。

1 注聚合物井堵塞機理認識

渤海各注聚合物油田使用的聚合物類型不同，分子質量也不同，均是聚丙烯酰胺類的高分子聚合物。注聚合物井堵塞機理方面，主要包括注聚合物過程中聚合物的吸附捕集，魚眼、交聯(lián)聚合物及老化交聯(lián)物等有機堵塞，結垢、機雜和腐蝕產(chǎn)物等無機堵塞，以及有機堵塞物與無機堵塞物相互包裹形成的復合堵塞等，具體原因[10－11]包括以下幾方面。

(1)聚合物驅用水溶性高分子聚合物溶于水后與帶相反電性的巖層粒子產(chǎn)生靜電和氫鍵的吸附，是所有注聚合物開采油田中不可避免的問題，也是導致注聚合物井堵塞最根本的原因。儲層礦物組成、油層厚度、滲透率分布、配聚合物用水質等都會造成聚合物在地層的吸附量明顯增加，誘發(fā)注聚合物井堵塞。研究的3個油田都存在導致聚合物在地層吸附量增加的不利因素。

(2)現(xiàn)場聚合物溶液配制過程中，部分聚合物熟化不充分或稀釋不均，管線內(nèi)產(chǎn)生局部濃度很高的近似膠狀物的聚合物溶液注入地層后，極易造成堵塞。

(3)聚合物干粉中含有少量的水不溶物，聚合物分子包裹水不溶物形成魚眼或交聯(lián)物，導致篩管或近井地層堵塞。

(4)聚合物分子與Fe3+等金屬陽離子結合，形成黏度更大的交聯(lián)聚合物，交聯(lián)物在篩管或近井積聚，造成堵塞。

(5)聚合物分子包裹配液水中的無機鹽或機雜等無機物顆粒，形成聚合物膠團，造成堵塞等。

2 注聚合物井解堵機理

結合注聚合物井堵塞機理，注聚合物井解堵主要包括有機物降解和無機物溶蝕2方面，主要解決方法是酸溶蝕法和氧化降解法。酸溶蝕主要通過常規(guī)酸液體系對無機堵塞物進行溶蝕，但常規(guī)酸液對聚合物等有機堵塞作用不大;氧化劑對聚合物等有機堵塞有很好的降解作用，其主要機理是通過氧化劑釋放活性物質的強氧化性，氧化降解有機堵塞物高分子長鏈，達到降解有機堵塞物的目的。

3 ZJ－02復合氧化解堵體系室內(nèi)評價

ZJ－02體系常態(tài)下為穩(wěn)定的白色粉末狀固體顆粒，其成分主要由過氧化鈣主劑、亞氯酸鹽和過硫酸鹽輔劑、多元有機酸及添加劑組成，現(xiàn)場使用時按配方濃度直接溶解，溶解后直接擠注即可。

3.1 聚合物溶液配制

以SZ36－1注聚合物油田為例，SZ36－1油田使用的聚合物為疏水締合型聚合物AP－P4，母液配制濃度為5000 mg/L，現(xiàn)場注聚濃度為1750 mg/L。配制母液:取一定量的AP－P4在轉速為400±5 r/min的攪拌條件下加入到45℃的模擬地層水中，溶解2 h后備用。配制目標溶液:將放置24 h后的母液在45℃、轉速為400±5 r/min的攪拌條件下，與模擬地層水混合稀釋至目標濃度，1 h后備用。

3.2 模擬交聯(lián)物的制備

模擬堵塞物為聚合物溶液的交聯(lián)體。將5000 mg/L的聚合物溶液采用交聯(lián)劑進行交聯(lián)而成。交聯(lián)體系為實驗室有機鉻交聯(lián)體系，濃度為2%。要求交聯(lián)后的聚合物體系具有良好的彈性和挑掛性能，能完全達到地層堵塞物的性狀。

3.3 模擬交聯(lián)物溶蝕實驗

分別用蒸餾水和模擬地層水配制濃度1%的ZJ－02氧化體系解堵液，將配制好的解堵液分別與模擬交聯(lián)物按質量比1∶5混合，模擬地層溫度(65℃)條件下靜置反應 1、2、4 h，實驗結束后用200目篩網(wǎng)過濾反應殘液，并稱重，計算交聯(lián)聚合物溶蝕率，結果見表1。由表1可知，ZJ－02氧化體系溶蝕交聯(lián)聚合物性能優(yōu)良，且對配液水質要求低。

表1 模擬交聯(lián)物溶蝕實驗

3.4 用量優(yōu)選實驗

1%氧化體系配液濃度條件下，將氧化體系與不同濃度聚合物溶液以質量比為0.10∶1.00、0.25∶1.00、0.50∶1.00、0.75∶1.00、1.00∶1.00進行混合，65℃條件下靜置反應2 h，測定殘液黏度，并計算降黏率，實驗結果見圖1。由圖1可知，隨著氧化體系用量的增加，反應殘液的黏度降低，聚合物溶液降黏率增加，質量比為1.00∶1.00條件下聚合物溶液降黏最充分。

圖1 氧化體系用量優(yōu)選實驗

3.5 濃度優(yōu)選實驗

將濃度為1750、3000、5000 mg/L的聚合物溶液分別與不同濃度的氧化體系溶液按照質量比1∶1混合，65℃下靜置反應2 h，測定反應后液體的黏度，計算降黏率，結果見表2。由表2可知，在氧化體系配液與聚合物溶液質量比為1∶1條件下，隨著氧化體系配液濃度的增加，聚合物溶液的降黏率增加，推薦氧化體系使用濃度為1.00%。

表2 氧化體系濃度優(yōu)選

3.6 反應時間優(yōu)選

1%氧化體系濃度情況下，將濃度為1750、3000、5000 mg/L的聚合物溶液與氧化體系配液按照質量比1∶1混合，65℃條件下靜置反應0.5、1.0、1.5、2.0 h，分別測試不同反應時間條件下的殘液黏度，并計算降黏率，結果見表3。由表3可知，隨著反應時間的增加，聚合物溶液的降黏率逐漸增加，推薦反應時間應不低于2 h。

表3 氧化體系反應時間優(yōu)化

3.7 殘液對后期注聚合物影響實驗

1%氧化體系濃度條件下，將氧化體系配液與不同濃度聚合物溶液按質量比1∶1混合，65℃下靜置反應2 h，測試殘液黏度;將殘液再與聚合物母液按質量比1∶1混合，65℃下靜置反應2 h，再次測試殘液黏度;依次取二次反應殘液與聚合物母液按質量比1∶1混合，65℃下靜置反應2 h，測試反應物殘液黏度。當最終測試殘液黏度與用同比例蒸餾水一次稀釋聚合物溶液黏度相近時，殘液影響實驗結束。表4為殘液對后期注聚合物影響實驗結果。由表4可知，殘液與母液反應3次后，基本失去活性，對后期注聚合物基本無影響。

表4 殘液對后期注聚合物影響實驗

3.8 腐蝕實驗

選用標準N－80鋼片按1 cm2面積對應20 mL的1%濃度氧化體系溶液，在90℃條件下靜止反應4 h，測得平均腐蝕速率為0.12 g/(m2·h－1)，氧化體系溶液對鋼片基本不腐蝕。

3.9 產(chǎn)氣量測試實驗

使用排液采氣法，分別測試500 mL1%ZJ－02氧化體系不同配液水溫度條件下，不同時間產(chǎn)氣量(見圖2)。由圖2可知，常溫條件下，ZJ－02氧化體系水溶液活性基本不釋放，當溫度為50℃時，活性短時間內(nèi)集中釋放。

圖2 1%ZJ－02溶液產(chǎn)氣量測試實驗

3.10 動態(tài)驅替模擬實驗

模擬SZ36－1油田的現(xiàn)場注聚環(huán)境，利用實驗室的酸化流動實驗儀進行實驗。實驗中用到的填砂管柱規(guī)格為Φ25 mm×600 mm，采用40～60目的石英砂填充而成，驅替流量為1 mL/min。實驗步驟:①用模擬地層水正向驅替填砂管柱，待壓力穩(wěn)定后，測定填砂管原始滲透率為K1;②用聚合物溶液反向驅替填砂管管柱，待壓力穩(wěn)定后，將填砂管管柱取下放置在65℃烘箱中老化48 h;③將老化堵塞的填砂管正向驅替地層水，待壓力穩(wěn)定后，測定填砂管傷害后的滲透率K2;④解堵工作液體系反向驅替解堵，注入2倍孔隙體積的解堵工作液后，放置2 h，再進行后續(xù)實驗;⑤反應后用模擬地層水正向驅替解堵后的填砂管，待壓力穩(wěn)定后，測定填砂管解堵后的滲透率為K3。實驗測得填砂管初始滲透率平均值為6013×10－3μm2，模擬堵塞后滲透率平均值為902×10－3μm2，解堵后滲透率平均值為4053×10－3μm2，解堵后填砂管滲透率恢復率為67.4%?？梢?，經(jīng)氧化體系解堵后，填砂管滲透率恢復明顯。

4 現(xiàn)場應用情況

ZJ－02復合氧化解堵體系室內(nèi)綜合性能優(yōu)良，現(xiàn)場施工安全簡便，活性成分釋放可控，常溫下固體顆粒溶于水后活性基本不釋放，注入地層后，由于溫度升高或酸性環(huán)境，活性才集中釋放。2014年10月，渤海油田某注聚合物井使用ZJ－02復合氧化解堵體系配合常規(guī)酸化進行解堵，效果見表5。

表5 渤海油田某注聚合物井解堵效果

由表5可知，該井解堵前注入壓力為9.85 MPa，日注入量為260 m3/d;解堵后注入壓力為9.85 MPa，日注入量為445 m3/d，視吸水指數(shù)由26.40 m3/(d·MPa)增加到45.18 m3/(d·MPa)，是原來的1.71倍，基本達到配注要求，增注效果明顯。

5 結論

(1)對于渤海注聚合物油田注聚合物井高壓欠注問題:無機物堵塞，常規(guī)酸液能起到很好的解堵作用;有機堵塞，氧化體系能起到很好的降解作用。采用氧化體系+酸的復合解堵模式，能較好地解決渤海油田注聚合物井的堵塞問題。

(2)在渤海注聚合物油田現(xiàn)有氧化體系解堵成功經(jīng)驗的基礎上，結合各現(xiàn)有體系的優(yōu)缺點，研發(fā)復配出的ZJ－02復合氧化解堵體系，具有綜合解堵性能優(yōu)良、存儲運輸安全、施工工藝簡單和活性釋放可控等優(yōu)點。

(3)現(xiàn)場應用表明，ZJ－02復合氧化解堵體系結合常規(guī)酸化，單井解堵效果良好。

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