涂曉斌

（勝利油田海發(fā)環(huán)保化工有限責(zé)任公司，山東 東營 257237）

一般的化學(xué)解堵配方就是用一些比較常用的活性劑和酸。一般情況下，它們只能對地層堵塞部分有效，所以解堵效率不高，而且因為地層間本身就存在差異，所以后期的解堵效果也會存在差異，解堵的有效期比較短，頻繁的對同一地區(qū)使用一些常見的解堵配方也會使這些地區(qū)的堵塞物產(chǎn)生抗藥性，解堵措施很難做到藥到“病”除，如果頻繁的更換解堵藥劑配方也會增加解堵作業(yè)的成本[1]。針對解堵措施中由于解堵劑造成的問題，我們采用化學(xué)分析的方法來優(yōu)選解堵劑。

1 化學(xué)生熱反應(yīng)機理研究

隨著長時間的開發(fā)，油層物性差的一些油水井易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，利用化學(xué)生熱技術(shù)可以實現(xiàn)油層解堵，促進油井產(chǎn)量提高。因為化學(xué)生熱技術(shù)具有清洗油污、乳化石油的效果，能夠有效地解決瀝青、膠質(zhì)等對油井的堵塞。下面筆者談一談如何通過化學(xué)生熱技術(shù)實現(xiàn)油井的解堵。

1.1 生熱機理

熱化學(xué)解堵劑一般由三部分組成：發(fā)熱劑、延緩劑、分散劑。其中：發(fā)熱劑是主劑，反應(yīng)產(chǎn)生大量熱量與氮氣。每升三摩爾濃度的發(fā)熱劑溶液，每方可以放出一千二百余MJ 的熱量，生成氮氣十一立方米，氣體產(chǎn)生壓力約二十九兆帕，同時得到高溫和高壓的效果，可以對井筒進行清洗，效果很好，能夠消除近井區(qū)域的污染，解除井下堵塞，將地層滲透率提高。延緩劑則可以對發(fā)熱劑的反應(yīng)速度進行有效控制，其調(diào)控反應(yīng)速度主要是通過調(diào)節(jié)溶液的PH 值來進行。分散劑屬于一種活性物質(zhì)，可以將瀝青質(zhì)、蠟質(zhì)和膠質(zhì)等有機物溶解，然后將其分散成細小的顆粒，即使在低溫狀態(tài)下，也一直分散開，不會再重新膠結(jié)，這樣有助于反應(yīng)物的返排。

1.2 常見的三類化學(xué)生熱體系

1.2.1 亞硝酸鹽與銨鹽生熱體系

亞硝酸鹽和銨鹽是很普遍的化學(xué)試劑，價格低廉，容易獲得，反應(yīng)條件合適的情況下，會有大量氣體和熱量產(chǎn)生。該生熱體系產(chǎn)生熱量的速度以及反應(yīng)時能達到的最大溫度值受到多個因素影響，如反應(yīng)試劑的濃度、催化試劑的濃度以及參與反應(yīng)的混合物最開始的溫度。反應(yīng)試劑的濃度越大，產(chǎn)生熱量的速度越快，最高溫度也越高，達到最高溫度所用的時間也越短。而催化試劑的濃度越高，產(chǎn)生熱量的速度越快，達到最高溫度的時間也越短，但是最高溫度值不受催化劑濃度的影響。反應(yīng)物最開始的溫度也能明顯影響到生熱速率，起始溫度越高，產(chǎn)生熱的速度越快，能達到的最高溫度也越高，到達最高溫度的時間會越短。

1.2.2 過氧化氫生熱體系

過氧化氫就是通常所說的雙氧水，作為一種氫氧化合物，它的狀態(tài)比較穩(wěn)定。過氧化氫是液態(tài)的，透明無色，沒有臭味或者稍微帶點特殊氣味，它的生熱機理主要是遇到一些物質(zhì)（有機物、熱量、光以及某一些金屬離子等）之后發(fā)生分解，產(chǎn)生大量的熱，生成物主要是氧氣和水。在過氧化氫生熱體系中，反應(yīng)試劑的濃度越大，產(chǎn)生熱量的速度越快，最高溫度也越高，達到最高溫度所用的時間也越短。

1.2.3 多羥基醛氧化生熱體系

溫濕度檢測采用溫濕度變送傳感器模塊，溫度測量范圍為-40～80℃，溫度測量精度為±0.5℃。濕度測量范圍為0～100%RH，精度為±3%RH。工作電壓為10～30V DC供電，數(shù)據(jù)幀格式采用Modbus-RTU通訊協(xié)議[9-10]。讀取數(shù)據(jù)之前先給各節(jié)點發(fā)送問詢幀，各節(jié)點收到問詢幀之后將實時的溫濕度數(shù)據(jù)返回，樹莓派將返回的數(shù)據(jù)通過程序解析出溫濕度數(shù)據(jù)。問詢幀中各字段含義如表1所示，返回幀中根據(jù)地址碼區(qū)分不同節(jié)點，將數(shù)據(jù)段的十六進制數(shù)據(jù)取出后轉(zhuǎn)換為十進制便可得到各節(jié)點溫濕度數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度低于0℃時溫度數(shù)據(jù)以補碼形式返回。

多羥基醛氧化生熱體系的生熱機理是，使用催化劑，讓三氧化鉻（鉻酐），與一種多羥基醛化合物（如葡萄糖）進行反應(yīng)。鉻酐的氧化性很強，多羥基醛的羰基鏈能夠被鉻酐氧化斷裂，同時放出大量的熱，生成物主要是二氧化碳。多羥基醛氧化生熱體系中的反應(yīng)產(chǎn)物，都是易溶于水的，不會二次污染到地層。

1.2.4 三種化學(xué)生熱體系的比較

對化學(xué)生熱體系的摩爾生成焓進行分析，這三種體系中最高的是亞硝酸鹽與銨鹽生熱體系，第二是過氧化氫生熱體系，最低的是多羥基醛氧化生熱體系。在現(xiàn)場施工時，務(wù)必根據(jù)具體施工情況來選擇使用哪一種生熱體系。

對三種化學(xué)生熱體系進行腐蝕性評價，結(jié)果見下表。表中數(shù)據(jù)顯示，在對45 號鋼的腐蝕上，亞硝酸鈉/氯化銨生熱體系速率要比過氧化氫和多羥基醛/三氧化鉻生熱體系的腐蝕速率小的多。

1.3 性能指標

（1）延遲放熱可使產(chǎn)生熱峰值的時間延遲1 小時左右，達到解除油層深部堵塞的目的。

（2）具有良好的分散性能，可以將瀝青質(zhì)和膠質(zhì)等有機物溶解，然后將其分散成細小的顆粒。

（3）一劑多效既可解除油層有機物堵塞，又可解除用常規(guī)清蠟方法不能解除的套管蠟卡、蠟堵，特別是小套管清蠟效果更佳。

（5）配伍性好，反應(yīng)前為均勻乳狀液，反應(yīng)后為淡黃色液體，無沉淀產(chǎn)生。

（6）反應(yīng)時間短擠液后關(guān)井反應(yīng)2-4h 既可打開套管閘門放噴，停噴后投產(chǎn)。

1.4 室內(nèi)試驗

我們此次采取亞硝酸鹽與銨鹽生熱體系進行室內(nèi)試驗。生熱體系的主劑是發(fā)熱劑，我們在這里選擇NO2-與NH4+作為發(fā)熱劑，其反應(yīng)產(chǎn)物為氮氣與大量的熱。經(jīng)試驗，使用1m3發(fā)熱劑溶液，濃度為3mol／L，反應(yīng)后放出的熱量高達1116.06MJ，產(chǎn)生11m3氮氣，氣壓能達到28MPa。因此，可以同時獲得高溫與高壓。在雙重作用下，能對井筒進行快速高效地清洗，將近井區(qū)域的污染與堵塞解除，將地層滲透率大大提高。該化學(xué)反應(yīng)的方程式為：

準備一個廣口瓶，用橡皮塞封口，并在塞上面打孔，向瓶內(nèi)裝一個溫度計。在各類試劑混合之前把時間清零，混合后開始計時，自己設(shè)定一定時間間隔，記錄不同時間點的溫度變化，找出反應(yīng)溫度最高，反應(yīng)速率最適合地質(zhì)實際情況的試劑配比。通過分析試驗結(jié)果，我們得出：溶液pH 值對反應(yīng)速率影響非常大，前者細微的變化就可以引起后者較大的改變。因此，我們就可以通過調(diào)節(jié)前者來控制后者。大量實驗測得，溶液的pH 值為五時反應(yīng)最快，pH 值為8 時反應(yīng)最慢。據(jù)此，解堵作業(yè)開始前期不用著急，按照預(yù)定的排量將溶液注入井筒即可，讓反應(yīng)自然進行。當(dāng)解堵劑的前緣接近預(yù)處理井段50～80 米處時，通過使用延緩劑調(diào)節(jié)pH 值增加反應(yīng)速率，這樣在到達預(yù)處理地層時正好可以迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氣體和熱。

2 熱化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)場施工

2.1 選井原則

利用化學(xué)生熱技術(shù)施工時，選井需要遵循以下原則：需要靠熱能來降低粘度的稠油井或者剛轉(zhuǎn)注不久的水井；產(chǎn)油量低的出現(xiàn)有機物堵塞情況的油井或者壓力很高的注水井；因為壓井作業(yè)而導(dǎo)致乳化油和水堵的油井；剛投產(chǎn)的被鉆井泥漿濾液污染而堵塞的新井；區(qū)塊或井組整體含水<85%或略高，并分析認為具有產(chǎn)油能力的油井。

2.2 熱化學(xué)反應(yīng)施工步驟及用量

施工時，通常不會挪動正常生產(chǎn)的油(水)井的管柱，將井口管線連接到泵車上，從油管或油套環(huán)空將配好的解堵劑泵入，之后用清水將其推送到目的層。擠入后關(guān)井四小時，返排后即可開井生產(chǎn)。通常情況下，堵塞如果是濾失液或油污造成的，都發(fā)生在近井區(qū)域，在炮眼周圍，因此我們解堵的半徑一般設(shè)為1m 左右，泵入解堵劑的劑量通常取10～15m，如果情況很嚴重，那么就將解堵半徑和泵入劑量加大。而針對長期注水的水井，因為其炮眼周圍堆積了一些垢物，因此施工前要先用稀鹽酸清洗炮眼附近，選用5%的濃度，劑量取2～5m，清洗后再開始解堵作業(yè)。

而如果油井正在進行作業(yè)施工，那解堵作業(yè)就要按照以下方法進行：

將井下管柱起出后，將施工管柱下入井中，之后將井口安裝好，然后進行26MPa 的試壓，確保井口不刺不漏。泵入7m 的前置液，之后將化學(xué)解堵劑泵入井內(nèi)，泵入時間不超過20 分鐘。下一步，泵入后置液。參照施工管柱來決定后置液用量，計算用量時，根據(jù)解堵液到達預(yù)處理層頂部位置的時間來進行。油管柱注入計算時按油管內(nèi)容積進行，套管注入則近似按環(huán)形空間進行；泵入完成后，將井關(guān)閉4 小時，然后開井放噴、排液，之后將施工管柱起出，再次將生產(chǎn)管柱下入井中。

3 熱化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

結(jié)合油(水)井的生產(chǎn)實際，對條件適宜的油水井進行了化學(xué)生熱解堵作業(yè)。自投入現(xiàn)場應(yīng)用，年進行油水井解堵作業(yè)共56 井次(油井33 井次，水井23 井次)，工藝成功率達百分百，油水井見效率95%，增產(chǎn)增注效果顯著，并且為解決稠油井產(chǎn)量低的難題提出了新的思路。

3.1 油井分析

Sl5—258 進行過多次壓井作業(yè)，并且其高壓水層出水嚴重，導(dǎo)致低壓油層倒灌。之前解堵都是采用酸化解堵，沒有達到預(yù)想的效果，因此之后改用化學(xué)生熱技術(shù)解堵，大幅提升了日產(chǎn)油量，且效果穩(wěn)定持續(xù)。

Sl257—3 是一口油井，屬于Sl257 斷塊。該斷塊地理位置很偏遠，沒有完善的注采系統(tǒng)，注水井?dāng)?shù)量少，油井普遍存在供液不足、產(chǎn)能低的現(xiàn)象，大多數(shù)油井為間開井。該井投產(chǎn)初期有很高的產(chǎn)量，動液面500 余米。半年后產(chǎn)量逐漸下降，日產(chǎn)液兩噸，日產(chǎn)油一噸半，動液面兩千米，因產(chǎn)量低，油質(zhì)稠結(jié)蠟嚴重，導(dǎo)致桿斷，之后作業(yè)時由于洗井水過量將油層壓死，正常抽油不產(chǎn)液，變成死井，改用化學(xué)生熱技術(shù)解堵，開井時負壓吸水，說明低壓層堵塞解開，兩天后日產(chǎn)液八噸，日產(chǎn)油四噸，進入正常穩(wěn)定生產(chǎn)時，日產(chǎn)液六點五噸，日產(chǎn)油三點五噸，動液面恢復(fù)一千余米[2]。

3.2 水井分析

Sl4—42 井的井底存在很多油污，即使轉(zhuǎn)注時使用了大排量熱水進行洗井，也無法清洗干凈，所以投注后的吸水能力不行。最高泵壓十六點五兆帕，日注水五十米，后采用十五米熱化學(xué)解堵劑處理注水層段，注水量得到了大幅度的回升，在12MPa 下日注水120m，完成了地質(zhì)配注要求，起到了降壓增注的效果，有助于以后的增注。

4 化學(xué)生熱解堵技術(shù)施工注意要點

4.1 采用多措施并舉的方法

化學(xué)生熱解堵技術(shù)的適應(yīng)范圍主要是近井區(qū)域，能有效解決污染堵塞，但是反應(yīng)范圍小，作用距離短，無法到達深處的堵塞，而且該方法無法改變油層的原始結(jié)構(gòu)。因此，可以配合壓裂一起進行，結(jié)合液體解堵和物理造縫技術(shù)，擴大兩種技術(shù)的應(yīng)用效果。

4.2 根據(jù)實際工況進行分析

使用該方法進行選井時，必須要根據(jù)實際工況進行分析，對于油井產(chǎn)量低的原因和底層堵塞的原因必須分析清楚，做到對癥下藥，有效提高解堵的成功率。

4.3 注意施工壓力

化學(xué)生熱技術(shù)施工時，要密切注意施工壓力。施工作業(yè)過程中，施工壓力必須小于地層破裂壓力，對有速敏現(xiàn)象者要控制排量不超過臨界流速，對有水敏現(xiàn)象者應(yīng)盡可能用與之相配伍的水型配液。

5 結(jié)語

化學(xué)生熱技術(shù)具有乳化石油、去除油污的能力，能夠順利解除入井液濾失水、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等引起的污染和堵塞。利用化學(xué)生熱技術(shù)可以實現(xiàn)油層解堵，促進油井產(chǎn)量提高，并且成本低，施工簡單，對油水井有較強的解堵增產(chǎn)增注的作用，同時為高壓低滲(能)油藏的后繼開發(fā)指明了新的技術(shù)發(fā)展方向。