劉 盈，陳安勝，王建海，王增寶，程顯光，苗雨欣

（1.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司工程技術研究院，新疆烏魯木齊 830011；2.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司孤東采油廠，山東東營 257237；3.中國石油大學（華東）石油工程學院，山東青島 266580；4.中國石油大學（華東）非常規(guī)油氣開發(fā)教育部重點實驗室，山東青島 266580）

聚合物驅在我國三次采油中被廣泛長期應用［1-2］。由于長期注入聚合物，在大量地層水的不斷沖刷下，地層中的聚合物不斷從對應油井產出，同時聚合物與地層水中的無機沉淀物、原油、地層黏土顆粒等不斷包裹沉積［3］，堵塞地層。油井端表現(xiàn)為提液困難，產液量下降，嚴重影響了聚合物驅后油藏的進一步開發(fā)。在注聚合物（簡稱注聚）井近井端由于聚合物吸附滯留［4］、機械捕集［5］、聚合物溶解性［6］、微生物［7］等，會在近井周圍形成一定堵塞。由于距生產井較遠，其堵塞對生產井產能的影響小。聚合物驅油藏堵塞位置及對產能影響的模擬研究結果表明［8-10］，聚合物驅油藏地層堵塞主要發(fā)生在油井周圍3 m 范圍內，深部地層堵塞對生產井產能的影響小。因此，油井近井周圍堵塞是造成注聚區(qū)油井低液的主要原因。目前對油井近井周圍堵塞原因與堵塞機理的研究較多［11-14］，但對注聚區(qū)油井堵塞的主控因素與影響權重的研究較少。

勝利油田孤東采油廠屬于典型的聚合物驅老油田，具有聚合物驅油藏代表性。目前油田注聚油藏對應油井大約1/3 表現(xiàn)為產液量降低，防砂等工藝有效期縮短等問題。通過油井堵塞產物分析，結合不同堵塞組分流體流動壓力實驗，明確了注聚區(qū)油井堵塞的主控因素與影響權重；基于油井近井儲層條件對堵塞的影響研究結果，提出了注聚區(qū)油藏油井堵塞防控方法。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

勝利油田孤東采油廠注聚現(xiàn)場用部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），相對分子質量2100 萬，水解度20%～23%；苯、石油醚，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；礫石砂與酚醛樹脂涂覆砂，顆粒直徑0.6～1.2 mm，粒度中值1.07 mm，取自勝利油田孤東采油廠現(xiàn)場；粉細砂為普通白色石英砂，顆粒直徑0.02～0.5 mm，粒度中值0.15 mm；輕質油為0#柴油，中國石油化工股份有限公司；高效解聚劑為水溶鈷螯合物，中國石化勝利油田石油工程技術研究院研制；預交聯(lián)聚合物PPG 顆粒，中國石化勝利油田研制；氨基樹脂固砂劑，山東旺升新材料科技有限公司；勝利油田孤東采油廠2區(qū)油井脫水原油；黏土，主要成分為蒙脫土，益國膨潤土廠；勝利油田孤東采油廠2 區(qū)注聚井對應油井產出液；按地層產出液離子組成配制模擬地層水，礦化度為19 240 mg/L，離子組成（單位mg/L）為：Na+6422、Mg2+259、Cl-12 326、SO42-31、HCO3-202。

Fluko FA25 高速剪切攪拌機，上海弗魯克流體機械制造有限公司；D/max-IIIA X 射線衍射儀（XRD），日本Rigaku公司；SU8020掃描電子顯微鏡（SEM），日本日立公司；驅替實驗裝置，海安華城科研儀器有限公司。

1.2 實驗方法

（1）油井堵塞物處理與分析

稱取一定量的堵塞物，加入石油醚浸泡2～3次，分離出堵塞物中的飽和烴、芳香烴和膠質；加入苯浸泡2～3 次，分離出堵塞物中的瀝青質；加入蒸餾水，離心分離出黏土和砂粒，以及交聯(lián)聚合物。

（2）堵塞物組分影響權重分析

用酚醛樹脂涂覆砂制備直徑為2.5 cm、長度為8 cm的膠結巖心。分別將不同模擬流體體系以1.0 mL/min的速度注入膠結巖心，記錄注入過程中的最大壓力值與穩(wěn)定壓力值，通過注入壓力分析油井堵塞物不同組分的影響權重。

（3）注入聚合物與產出聚合物流動壓力對比

采用超濾濃縮薄膜干燥法［15］測定聚合物驅油井產出液中聚合物的含量，并用提取的產出聚合物配制1000 mg/L 的溶液。用現(xiàn)場HPAM 配制1000 mg/L 的聚合物溶液。為模擬在地層流動運移過程中多孔介質對聚合物的剪切行為，用高速剪切攪拌機在20 000 r/min下高速剪切3 min。將相同濃度的剪切后HPAM溶液、產出聚合物溶液分別注入實驗室膠結的同一塊巖板（滲透率為1.0 μm2）鉆取的兩塊膠結巖心，對比分析注入與產出聚合物的流動壓力與后續(xù)水驅沖刷的壓力變化。

（4）油井近井儲層條件對堵塞的影響

填砂管中分別充填不同的礫石顆粒與粉細砂，模擬油井近井礫石充填防砂、礫石膠結防砂和油井遠端疏松出砂的儲層條件，對比評價油井儲層條件對堵塞的影響。充填樹脂涂覆砂的填砂管置于70 ℃烘箱中24 h，使其充分膠結。填砂管充填礫石顆粒與粉細砂的示意圖見圖1，充填方式見表1。

圖1 填砂管充填礫石顆粒與粉細砂示意圖

表1 油井近井儲層條件模擬充填方式

2 結果與討論

2.1 油井堵塞產物分析

2.1.1 堵塞產物組分

對取得的油井堵塞物進行萃取、清洗、分離。原油（不含瀝青質）、瀝青質、無機礦物、聚合物的含量分別為12.4%、4.2%、17.8%、65.6%。油井堵塞物中的主要組分為聚合物團聚體，無機礦物與原油（含瀝青質）的占比相近。

2.1.2 無機礦物

采用XRD分析分離的無機礦物組成，包括36%石英（α-SiO2）、17%鉀長石（KAlSi3O8）、40%斜長石（NaAlSi3O8）以及7%黏土礦物，主要成分為硅酸鹽類礦物與黏土礦物。通過對油井堵塞物中無機礦物成分的分析可見，油井堵塞物中的無機礦物顆粒來自于地層出砂顆粒與地層膠結物。

2.1.3 聚合物體

油井堵塞產物中的聚合物體呈現(xiàn)淡黃色，與注入聚合物的顏色、形態(tài)不同。為明確油井堵塞物中聚合物體的組成，將其進行凍干處理，然后用SEM觀察其微觀結構，結果見圖2。注入的聚合物HPAM具有線性絲狀并相互纏繞的空間結構。油井產出聚合物體則表現(xiàn)為粗壯、致密并相互交叉貫穿的空間網絡結構，且空間結構內部嵌入不規(guī)則形狀的“雜質”。

圖2 HPAM與產出聚合物體凍干的掃描電鏡照片

注入聚合物HPAM 在地層運移過程中會與地層礦物鹽、黏土和其他井作業(yè)施工的試劑等混合接觸，通過對比法分析油井產出聚合物體的組分與形成過程。對比圖2（b）與圖3 的微觀結構，油井產出聚合物體空間結構內部嵌入的不規(guī)則形狀“雜質”的結構形態(tài)與圖3（a）與圖3（b）有相似之處。結合HPAM 在地層的運移過程，說明油井產出聚合物體空間網絡結構中嵌入的“雜質”為黏土與礦物鹽。圖2（b）并不具備圖3（c）預交聯(lián)聚合物的“方形孔”規(guī)則網絡結構，說明HPAM 在地層運移剪切后，并未發(fā)生HPAM 剪切斷鏈的自交聯(lián)。圖2（b）與圖3（d）雙基團交聯(lián)凍膠（3 g/L HPAM+0.06%有機鉻+0.80%甲階酚醛樹脂+0.06%六亞甲基四胺）［16］的結構相比，在空間網絡骨架、空間網絡結構方面具有很好的相似性，說明HPAM在地層運移過程中發(fā)生了交聯(lián)反應。這可能是由于其他井作業(yè)所用試劑（如化學防砂用樹脂、凍膠體系交聯(lián)劑等）在地層發(fā)生竄流，與聚合物驅地層中的聚合物混合，從而發(fā)生交聯(lián)。與圖3（d）的結構相比，圖2（b）的骨架結構呈現(xiàn)一定的老化形態(tài)，類似骨骼結構的“骨質疏松”，因此直觀觀察現(xiàn)場取得油井產出聚合物體的強度低于雙基團交聯(lián)凍膠。

圖3 HPAM與不同因素作用后的掃描電鏡照片

2.2 堵塞物組分影響程度

按照堵塞物中各組分比例分別配制不同的產出液體系（表2），對比分析不同產出液組分的影響。

表2 不同模擬流體的配方

將不同模擬流體體系注入填砂管，注入過程中最大壓力與穩(wěn)定壓力的對比見表3。模擬流體組分越多，流體流動過程中的最大壓力與穩(wěn)定壓力越大。模擬流體組分中添加石英砂顆粒會大幅增加模擬流體流動的壓力。對穩(wěn)定壓力進行歸一化處理，通過對比穩(wěn)定壓力變化分析不同因素的影響權重。由表3 可見，油井近井堵塞物中無機礦物對流動能力的影響最大，權重占比83.29%，其中出砂顆粒量較大，影響程度也大，權重占比59.53%。無機礦物中黏土含量雖然較低，但具有絮凝聚合物成團作用，影響程度也較大，權重占比23.76%。原油對流動能力的影響次之，其影響程度大小與原油黏度正相關。聚合物在油井堵塞物中含量最高，由于在地層中的長時間運移剪切作用，聚合物本身對流動堵塞的影響較小。

表3 不同模擬流體注入壓力對比

通過對油井產出聚合物體微觀結構的分析，產出的聚合物體并非單一的剪切HPAM，而是黏附黏土、無機礦物并形成一定交聯(lián)的聚合物團聚體。注入剪切聚合物與產出聚合物的流動壓力曲線見圖4。地層產出聚合物在地層中流動運移的壓力明顯大于剪切聚合物，且具有更強的耐沖刷性。與單一剪切的HPAM聚合物相比，注入的聚合物HPAM雖然在地層運移過程中分子結構也被剪切斷裂，但同時會吸附嵌入其他黏土和礦物元素，甚至與地層其他竄流試劑混合，形成了具有一定交聯(lián)結構的交聯(lián)體。這種交聯(lián)團聚體相互粘連包覆，形成聚合物團聚體，表現(xiàn)為圖4 產出聚合物注入過程中壓力曲線大幅度波動［17］，對地層孔喉更容易造成堵塞，形成近井端封堵。同時聚合物團聚體易黏附在濾砂管管壁上，導致生產井提液困難，產液量降低。

圖4 注入聚合物與產出聚合物的流動壓力對比

2.3 油井近井儲層條件對堵塞的影響

將模擬地層水、剪切聚合物溶液、離心除砂油藏產出液分別注入不同模擬儲層條件的填砂管，結果見圖5。在不同油井近井儲層條件下，油藏產出液的流動阻力高于剪切聚合物溶液，且均明顯高于模擬地層水。以流動壓力代表流動阻力，油藏產出液的流動阻力大約是模擬地層水的80 倍。這是由于地層產出液中聚合物經過地層運移，在地層發(fā)生老化衍生交聯(lián)，部分變成交聯(lián)體，同時吸附地層黏土，混合儲層無機鹽等，形成聚合物團聚體，在近井端大量聚集，堵塞多孔介質孔喉，流體流動壓力增加。同時，具有一定黏度的流體，如剪切聚合物、原油等在流動過程中更容易將粉細砂攜帶運移，這與疏松砂巖油藏稠油井易出砂原理相似［18-20］。由于運移的粉細砂等顆粒在近井端匯集，當與儲層孔喉之間滿足顆粒封堵匹配關系時［21］，將對儲層造成堵塞。

進一步對比圖5 可以看出，未膠結的礫石充填與粉細砂層，流體注入壓力波動幅度變化大。這是由于相對于涂覆膠結砂，礫石充填的結構較疏松，部分顆粒在流體沖刷時容易發(fā)生原位運移，影響滲流通道。由圖5（a）可見，低黏度流體經過一定時間沖刷后，顆粒多次運移形成穩(wěn)定結構，最終穩(wěn)定注入壓力與膠結層注入壓力相當，整體對堵塞的影響較小。

圖5 流體注入不同模擬儲層的壓力變化曲線

綜上所述，地層中流體流動造成的儲層堵塞主要有兩個方面：原位顆粒運移堵塞與地層顆粒運移封堵。地層出砂和顆粒運移封堵是造成流體流動壓力增加的主要原因；防砂帶膠結疏松，流體黏度大，發(fā)生顆粒原位運移是形成地層出砂充填封堵的重要因素。通過圖5 壓力曲線的變化可以看出，地層出砂將會大大提高生產過程后期的流體流動壓力。與非出砂模擬壓力曲線相比，出砂將加劇近井地層堵塞。因此，分析認為地層出砂是造成聚合物驅油藏油井堵塞的主控因素，聚合物衍生交聯(lián)與吸附團聚也是造成油井堵塞的重要因素。聚合物與原油等高黏流體是形成出砂的重要前提條件，同時易與出砂、膠結物等共同作用，形成油井堵塞物，降低油井液量。一般來說，控制流體流動能力不利于油田生產效益，整體降低儲層原油黏度也難以實現(xiàn)。而控制儲層砂粒運移相對更好實現(xiàn)，可通過近井膠結充填防砂，遠井抑制/防止出砂來降低油井堵塞行為的發(fā)生。

2.4 聚合物驅油藏油井堵塞防治

2.4.1 實施方案

根據聚合物驅油藏油井堵塞產物組分分析、堵塞物組分影響程度研究以及油井近井儲層條件對油井堵塞模擬研究的結果，針對聚合物驅油藏堵塞油井提出油井解堵防砂一體化防治方案。通過中遠井高效固砂防治，降低地層出砂堵塞主控因素的影響；通過近井原油清洗+聚合物膠團氧化降解，消除油井堵塞的重要因素，降低協(xié)同堵塞影響。

2.4.2 現(xiàn)場應用

聚合物驅油藏油井堵塞防治措施在中國石化勝利油田孤東采油廠開展現(xiàn)場應用。勝利油田注聚及后續(xù)水驅單元超過40個，單井超過3000口，其中約1/3 的油井提液困難，產液量低，防砂有效期短。常規(guī)解堵措施有效率不足60%，生產矛盾突出。

（1）試驗井地質開發(fā)概況

解堵防砂一體化防治試驗區(qū)位于勝利油田孤東披覆構造西翼北端館上段孤東二區(qū)Ng5 注聚區(qū)中部。注聚區(qū)面積4.2 km2，主要為辮狀河沉積與曲流河沉積。儲層埋藏淺，壓實差，膠結疏松，巖石表面親水，平均孔隙度33.5%，有效滲透率937×10-3μm2。注聚開發(fā)后期出砂嚴重，且近井堵塞嚴重，單井液量低。其中，單元采液強度小于6 t/（d·m）的井16口，占43.2%，單井日產液量僅27.9 t。

（2）現(xiàn)場施工工藝

首先利用輕質油（如汽油）清洗近井堵塞物中的原油，然后采用高效解聚劑（水溶鈷螯合物）催化降解聚合物膠團，經清水清洗近井后，在油井中深部實施氨基樹脂化學固砂（樹脂注入后氮氣擴孔確保儲層滲透性）。根據聚合物驅油藏堵塞位置主要發(fā)生在油井周圍3 m范圍內［8-10］，高效解聚劑設計解堵半徑為3 m，高效解聚劑注入量按照籠統(tǒng)注入量計算，見式1。

式中，V—高效解聚劑注入量，m3；R—高效解聚劑設計注入半徑，一般設計為3 m；H—生產井層厚，m；Φ—生產層孔隙度，%。

（3）效果分析

2019—2020 年，實施油井解堵防砂提液15 井次，措施后平均單井日產液51.2 m3，日產油1.9 t，動液面598 m，較措施前單井提液86.8%，日增油1.1 t，動液面回升88 m，效果良好。以GO2-18-254 井為例。該井2013年12月涂防投產，日產液35.2 m3，日產油2.2 t。2020年3月見聚出砂停產。2020年5月實施解堵防砂一體化工藝，措施后日產液97.2 m3，日產油6.6 t，較措施前增油4.4 t，階段累增油606.8 t，階段有效期258 d。

3 結論

聚合物驅油藏油井堵塞物主要為發(fā)生一定交聯(lián)并嵌入吸附地層礦物鹽、黏土的聚合物團聚體，占比65.6%；地層出砂等無機礦物與原油（含瀝青質）占比相近，分別為17.8%、16.6%。地層出砂顆粒堵塞是形成油井近井堵塞的主控因素。聚合物衍生交聯(lián)與吸附團聚也是造成油井堵塞的重要因素。聚合物團聚體與出砂顆粒的相互作用加劇了油井近井堵塞。

膠結固砂是預防聚合物驅油藏油井堵塞的首選方法。出砂虧空井選擇樹脂涂覆膠結防砂，其他出砂井在近井與遠井同時采取合理有效的膠結防砂，固定地層骨架結構，防止顆粒運移堵塞。基于聚合物驅油藏油井堵塞機制實施的堵塞油井近井原油清洗+聚合物膠團氧化降解、中遠井高效固砂防治的油井解堵防砂一體化防治方案具有良好的應用效果，平均單井提液86.8%。