国内注聚井堵塞及化学解堵技术研究进展

第23卷第4期油田化学Vol.23No.4 2006年12月25日Oilfield Chemistry25Dec,2006

文章编号:1000-4092(2006)04-0385-04

国内注聚井堵塞及化学解堵技术研究进展X

张光焰1,王志勇2,刘延涛3,张云芝1,赵玲1

(1.中国石化胜利油田公司采油工艺研究院,山东东营257068;2.中国石化胜利油田公司孤岛采油厂,山东东营257231;

3.胜利石油管理局井下作业二公司,山东东营257068)

摘要:从堵塞物成分分析、堵塞物成因及堵塞机理、化学解堵技术3个方面综述了近10年来注聚井堵塞及解堵技术的研究与应用情况。现场取样分析结果表明,注聚井堵塞物均是无机物和有机物组成的混合物。堵塞物成因及堵塞机理归纳如下:聚合物吸附滞留;聚合物相对分子质量与储层孔喉尺寸不配伍;地层微粒运移;细菌及其代谢产物;无机物引发的聚合物胶团;聚合物溶液配制及稀释操作不当。关于化学解堵技术,介绍了用于注聚井特别是注聚合物凝胶井解堵的二氧化氯型、非二氧化氯强氧化剂型及不含强氧化剂的3大类7种解堵剂及5个矿场解堵实例。参33。

关键词:堵塞;注入井;聚合物;聚合物凝胶;解堵剂;堵塞机理;化学解堵技术;综述

中图分类号:T E357.46:T E358文献标识码:A

在大规模的矿场聚合物驱油过程中,出现了部分注聚井发生堵塞、注入压力升高而影响注入的现象[1]。在预防[2]和解除[3]注聚井堵塞、降低注入压力、提高聚合物驱效果方面,已有不少研究[4~8]。本文从注聚井堵塞物成分分析、堵塞物成因及堵塞机理和化学解堵技术3个方面,综述国内近10年来的进展。无特别说明时,文中聚合物驱油剂均指部分水解聚丙烯酰胺(H PAM)水溶液。

1堵塞物成分分析[9~12]

不同注聚井的堵塞物有一定的差异,但从井口返排物取样分析结果看,注聚井堵塞物均是由有机物和无机物组成的混合物。有机物成分是聚合物、污油(烷烃、胶质和沥青质)和细菌(腐生菌、硫酸盐还原菌和铁细菌)及其代谢产物;无机物成分则是黏土和机械杂质及钙(碳酸钙)、镁(碳酸镁)、铁(硫化铁和碱式碳酸铁)的沉淀物。例如大庆油田北2-5-P38井近井地带堵塞的成分分析结果为:有机物总量18.9%、无机物总量19%、水59%、分析损失物3.1%[9]。大庆油田北1-J2-P28井和北1-J2-P36井返排液在静止状况下均发生分层,且都含有黑色絮状物和胶冻状黑色松散沉淀,其中北1-J2-P36井排出液的滤液在放置一段时间后还出现了棕色沉淀物[10]。

2堵塞物成因及堵塞机理

针对注聚井堵塞原因及堵塞机理,国内已开展了大量的研究。注聚井堵塞是多因素共同作用的结果,本文从堵塞物成因及堵塞机理出发,将注聚井堵塞原因及堵塞机理归纳成以下6个方面。

2.1聚合物吸附滞留

众所周知,砂岩是多孔介质,成岩矿物组合具有多样性,孔隙结构复杂,内表面积很大。聚合物溶液在砂岩孔隙中流动时,极易发生吸附滞留。唐洪明等[13]研究了45e、静态条件下,平均相对分子质量1.5@107,水解度26.5%的H PAM在大庆油田注聚区岩石上的吸附规律。研究结果显示:黏土矿物对聚合物的吸附起主导作用,聚合物在黏土矿物上的吸附量是在岩石骨架上的10~4倍。在黏土矿物

X收稿日期:2006-08-14;修改日期:2006-12-08。

作者简介:张光焰(1971-),男,工程师,1993年毕业于西北大学地质系,从事油层保护及堵水调剖技术研究与应用,通讯地址:257068山东省东营市胜利油田公司采油工艺研究院,电话:0546-8557217,E-mail:zgy@。

中,绿泥石的吸附量最大,高达2.5mg/g;在组成岩石骨架矿物的石英上,最高吸附量仅为0.6mg/g。当聚合物溶液在地层孔隙中流动时,聚合物在岩石孔隙表面上的吸附不是均一的单分子层吸附,这种动态条件下的吸附使孔隙喉道变窄,对地层的渗透率影响较大[9]。岩心实验结果表明,在相同实验条件下,岩心原始渗透率越低,则聚合物的堵塞越严重[5,9,12,14]。如文献[5]报道的相对分子质量1.2@ 107、浓度1000mg/L的H PAM水溶液对不同渗透率岩心的堵塞程度实验中,聚合物在特高渗透岩心、高渗透岩心和中渗透岩心中的堵塞率分别为30% ~40%、40%~60%和60%以上。通过进一步的岩心实验发现[12,15],堵塞主要发生在聚合物溶液注入端,由此推断,在注聚井中聚合物堵塞主要发生在近井地带。

2.2聚合物相对分子质量与储层孔喉尺寸不配伍

驱油用聚合物是高分子有机物,其分子尺寸与相对分子质量有关,其水溶液类似胶体溶液,地层是多孔介质,且孔隙喉道的尺寸在微米级,因此合理选择驱油用聚合物的相对分子质量引起了人们的关注[16~18]。卢祥国[19]研究了地层孔喉半径与聚合物分子线团回旋半径比之间的关系。据此用大庆油田北1-6井葡Ñ1~4层气测渗透率数据计算,得出在该层驱油聚合物的相对分子质量应该等于或小于8.2@106,而现场实际采用的聚合物相对分子质量为1.2@107~1.4@107,明显高于储层的实际需要值[4]。

2.3地层微粒运移

与水相比,聚合物溶液具有较高的黏度,在相同流速下聚合物溶液对地层孔隙内微粒的作用力要大于水。周万富等[9]用相对分子质量1.6@107、浓度1000mg/L的聚合物溶液驱替大庆油田北2-6-J512井天然岩心时,发现该岩心可受到速敏损害,其临界流量为0.3m L/m in,折算成地层临界流速为3.52 m/d;当注聚井日配注量为12m3/d、地层孔隙度为25%时,计算出注聚井可能发生速敏损害的半径为2.17m。这为确定解堵半径提供了一个依据。

2.4细菌及其代谢产物

存在于油田注入系统的细菌生长繁殖后产生大量的代谢物,菌落和代谢物都会堵塞地层[20],特别是代谢产物中的黏胶与铁离子结合后,会形成一种刚性颗粒并吸附在岩石孔道表面而堵塞地层[11]。检测大庆油田北3-J4-P39井和北3-J4-P36井返排物中的细菌类型及数量,发现两口井返排物中的细菌数量远高于聚北联污水和清水中的细菌数量;与大庆油田聚合物驱采出水回注水质标准相比,硫酸盐还原菌、铁细菌和腐生菌数量分别是标准规定的25倍、11倍和2.5倍[4]。实验结果表明,好氧菌对聚合物溶液不产生降解作用;厌氧菌虽能解除聚合物堵塞,但效果不十分明显。因此污水配制的聚合物溶液必须在15天内消毒杀菌,以防止细菌造成堵塞[12]。

2.5无机物

随着注入流体进入油层的黏土、机械杂质及钙、镁、铁的无机盐沉淀物本身就会堵塞油层。郑俊德等[12]的研究结果表明,这些固体无机物在注聚井中造成的堵塞非常复杂。用X漫散射成像技术测试时,不管是在注聚井返排液还是在注聚岩心薄片中,都发现有聚合物形成内有胶核、聚合物包围在胶核周围的胶团状堵塞物,组成胶核的物质中50%以上是黏土(或砂粒),20%是碳酸盐类不溶物。这种由无机核和有机聚合物形成的胶团聚集变大时,就会在已经吸附了聚合物的地层内造成严重的堵塞。尤其是在出砂的疏松砂岩地层,造成的聚合物堵塞严重程度远大于低渗透地层。可以认为无机物颗粒是引发聚合物堵塞的一个主要因素。

硫化铁是油湿物质,聚合物可将其与污泥杂质等黏合在一起形成胶团,是井底聚合物絮凝物形成因素之一[5]。针对硫化亚铁开展的实验说明,当其浓度大于0.75%时,会引发聚合物沉淀物出现[12]。

铁离子对聚合物溶液的影响是一个比较严重的问题[21]。注入介质对管线的腐蚀使注入流体中铁离子含量增加,聚合物分子能与三价铁离子发生分子内或分子间交联并形成局部或区域性网状结构,导致聚合物分子线团回旋半径增大,流动阻力增加,甚至堵塞地层[4]。三价铁离子的浓度小于1mg/L 时有堵塞的可能性;大于1mg/L时注入压力明显升高[3]。亚铁离子又是引发聚合物分子聚集形成凝胶的成核物质之一,会使聚合物凝胶的生成速度加快,生成量增加[11]。由此,不论是二价铁离子还是三价铁离子,都会加剧聚合物堵塞,因此铁离子的浓度必须加以控制。

2.6聚合物溶液配制及稀释过程

聚合物溶液对不同渗透率岩心的堵塞实验结果

386油田化学2006年