注聚井堵塞原因分析

注聚井堵塞原因分析
刘进东
（大庆油田有限责任公司第二采油厂，黑龙江，大庆，163000）
【摘要】针对注聚井现场普通的水力压裂和化学解堵措施有效期短的问题，从聚合物堵塞物成分分析入手，针对主要堵塞物成分，对注聚井堵塞的成因、堵塞程度、堵塞规律等进行了分析，为注聚井堵塞的解决提供理论基础。

【关键词】聚合物驱；堵塞原因；堵塞规律
1 前言
聚合物驱以其技术简单、提高原油采收率幅度大和经济效益好等特点，成为当前国内外最具有发展潜力的三次采油方法之一。

大庆油田目前已进入工业化推广应用阶段，并取得了较好的增油降水效果。

随着聚合物注入体积的增加，注聚井堵塞问题日益突出，主要表现为注聚井的注入压力高，达不到配注，间歇注入等，严重影响聚驱效果。

尽管采取了压裂、化学解堵等增注措施，并取得了一定的效果，但还是没有从根本上解决有效期短的问题。

究其原因 是缺乏对注聚井堵塞原因的系统分析，虽然近年来油田科技人员对注聚井堵塞原因有了进一步的认识，但对注聚井堵塞的成因、堵塞程度、堵塞规律等方面的研究还不够深入，为此，我们进行了注聚井堵塞物的成分分析，对注聚井堵塞成因、堵塞程度、堵塞规律进行了研究，为注聚井解堵剂配方的研究提供依据，为解堵半径的确定提供理论基础。

2 注聚井堵塞原因分析及堵塞规律研究
注聚井欠注主要表现为注入压力高、达不到配注、间歇注入等，造成欠注的原因主要有：一是堵塞造成；二是注入参数不合理；三是地层连通条件差、渗透率低、地层静压高等。

因此，欲解决注聚井的注入问题须针对其欠注原因，从根本入手，选择适当的解决措施，合理地进行治理。

2.1注聚井近井地带堵塞原因分析
2.1.1井底返排物成分分析
对采油三厂、六厂注聚井的井底返排物在室内采用仪器分析和化学分析方法进行了堵塞物成分分析。

三厂北2-5-P38井洗井时取了A、B两个样，化验结果见表1和表2。

表1 A样品（暗红色固体状）的主要成分 序 号 名 称 质量百分比（%）
1 粘土及机械杂质 33.0
2 碳酸盐垢 15.3
3 硫酸盐垢 11.7
4 碱式碳酸铁 9.7
5 硫化铁 6.7
6 油 2.4
7 水份 10.4
8 有机物 7.2
9 分析损失物 3.6
A样品是在反洗井开始阶段排出的，主要
存在于油套环空和油管内，其中粘土及机械杂
质占33.0%，碳酸、硫酸盐垢铁占27.0%，硫
化铁占6.7%。

表2 B样品（黑绿色凝胶状）的主要成分
序 号 名 称 质量百分比（%）
1 聚合物絮状物12.10（折合成干燥固体）
2 细菌及其排泄物 5.0
3 粘土及机械杂质8.0
4 碳酸盐（钙、镁） 6.5
5 碱式碳酸铁 3.2
6 污油 1.8
7 硫化铁 1.3
8 水份 59.0
9 分析损失物 3.1
B样品是在反洗井最后阶段排出的，主要
存在于射孔井段表面、近井地带的油层中。

其
中聚合物絮状物占12.10%，粘土及机械杂质
占8%，硫化铁占1.30%。

井底返排物见图1。

采油六厂喇6-2715井和喇6-2755井井底
返排物的成分分析结果也与北2-5-P38井相
似，聚合物的含量达到了10～30%，粘土和机
械杂质的含量达到了40～65%，硫化铁的含量
为2～15%。

从井底返排物分析结果可以看出：注聚井
井底及近井地带堵塞物的主要成分为聚合物
絮状物、粘土及机械杂质、盐垢和硫化铁等。

2.1.2聚合物堵塞物的成因分析
通过室内理论实验研究与现场试验认为，
注聚井堵塞原因主要来源于两个方面。

第一、聚合物的注入引起了注聚井堵塞，
吸水能力下降，注入量减少。

其原因有注入液
浓度过高而引起的堵塞和注入聚合物质量问
题造成的堵塞。

第二、聚合物溶液变性造成堵塞。

聚合物
溶液是一种物理化学性质相对稳定的高分子
化合物，在温度、PH值、盐度稳定和剪切很
小的条件下，可以很稳定地保持原有性质。

但
是，作为高分子溶液，富含大量活性官能团，
也存在对许多化学品的敏感性，造成局部或整
体的变质或变性。

2.2注聚井堵塞规律研究
2.2.1未熟化好聚合物溶液的滞留对岩芯
的伤害研究
在注聚合物过程中，现场将熟化好的高浓
度聚合物溶液和注入水在管道中进行溶解，由
于在管道中高浓度聚合物溶液与注入水溶解不
均匀，使聚合物溶液出现的高浓度聚合物胶状
物注入地层，而造成在炮眼及近井地带堵塞。

为研究高浓度聚合物胶状物对岩芯渗透
率的影响情况，室内用分子量1600万聚合物
干粉配置未熟化好的聚合物溶液进行岩芯驱
替试验，实验结果见图
1。

图1 有无“胶状物”情况下注入压力变化情况
从图1可知，这种聚合物胶状物在实验过
程中注入很困难，它对岩心的渗透率伤害是非
常严重的。

如果这种胶状物与粘土、机械杂质
搅在一块，对地层的伤害程度将进一步加剧，
造成注聚井近井地带的堵塞。

2.2.2注聚井颗粒运移对地层渗透率的伤害
由于注聚井注入的聚合物溶液粘度较高，
其对微粒具有很强的裹挟作用，加剧了地层孔
隙中的颗粒运移。

为此，在室内用采油三厂北
2-6-检512井的天然岩心，以不同的注入流
量，向岩心注入分子量为1600万、浓度为
1000mg/l
的聚合物溶液，在各个注入流量下
从注入流量与渗透率的变化关系曲线上，
可判断岩石对流速的敏感性，并找出其临界流
量，计算出临界流速。

由图2可见，聚驱的临
界流量为0.30 mL/min，折算成临界流速为
3.52m/d。

取注聚井日配注量12m3/m，地层孔隙度为
25%，临界流速为 3.52m/d，则其可能发生速
敏的半径是2.17m。

这为解堵半径的确定提供
了依据。

2.2.3不同PV聚合物溶液对岩心的伤害
程度
下转第92页
储罐焊接变形与焊接应力的控制
王 元 刘忠宇
（大庆油田工程建设有限公司安装公司第二工程处，黑龙江，大庆，163457）
一、前言
众所周知，在储罐的焊接安装过程中，焊接变形与焊接应力是储罐焊接的一个常见问题，焊接变形与焊接应力的控制也是储罐安装的一个难点。

焊接变形和焊接应力是形成各种焊接裂纹的重要因素，又是造成热应变脆化的根源.焊接变形和焊接应力在一定条件下还会严重影响罐板的强度、刚度、受压时的稳定性、加工精度和尺寸稳定性等.如果焊接变形严重，就会给罐板的组装和焊接造成困难.矫正变形不仅费工、费时、提高成本，而且在矫正中或矫正后还会引起一些新的问题.对焊接变形和焊接应力的控制程度直接关系到整个工程的质量.为处理好储罐的焊接变形和焊接应力问题，做到“对症下药”，首先应明了焊接变形与焊接应力产生的原因.下面浅谈影响焊接变形与焊接应力的各种因素，并根据各种因素作出预防与处理。

二、焊接变形与焊接应力产生的原因分析
1 不均匀的局部加热和冷却
焊接时，焊件的局部被加热到熔化状态，形成了焊件上温度的不均匀分布区，使焊件出现不均匀的热膨胀，热膨胀受到周围金属的阻碍不能自由膨胀而受到压应力，周围的金属则受到拉应力，当被加热金属受到的压应力超过其屈服点时，就会产生塑性变形;焊件冷却时，由于加热的金属在加热时已产生了压缩的塑性变形，所以最后的长度要比未被加热金属的长度短些，但是这时周围的金属又会阻碍它的缩短，结果在被加热的焊缝金属中产生拉应力，而在周围金属中产生压应力.
在厚度方向上，温度沿厚度方向分布不均，上表面温度较高，上表面在膨胀的过程中受到周围金属的阻止而产生压缩变形较大。

当变形超过屈服极限时，就会产生塑性变形；焊缝冷却时，由于加热的金属在加热时已产生了压缩的塑性变形，上表面的塑性变形大于下表面，上表面的拉应力大于下表面而使焊件产生角变形。

2 焊件的刚性
焊件的刚性限制了焊件在焊接过程中的变形，所以刚性不同的焊接结构，焊后变形的大小就不同.如焊件被夹持在夹具中进行焊接，由于夹具的限制，焊件不能随温度的变化自由膨胀和收缩，这样就有效地减少了焊件的变形，但是同时会产生较大的焊接应力.
三、控制焊接变形和焊接应力的措施
不均匀的局部加热和冷却及焊接的刚性是通过焊接方法、接头形式、坡口形式、坡口角度、对口质量、焊接速度、刚性限制等对焊接变形和焊接应力影响的。

以下浅谈控制焊接变形和焊接应力的措施。

1 设计措施
（1） 焊接位置安排合理，尽可能使焊缝对称于构件截面的中性轴，以减少焊接变形。

（2） 避免焊缝过分集中，焊缝与焊缝之间应保持足够的距离.尽量避免三轴交叉的焊缝，不应把焊缝布置在工作应力最大的区域.
（3） 采用刚性较小的接头形式.如用翻边连接代替插人式连接可降低焊缝的拘束度.
（4） 焊缝尺寸要适当，保证在安全前提下，不得随意加大焊缝厚度。

（5） 在残余应力为拉应力的区域内，应
该避免几何不连续性，以免内应力在该处进一
步提高.
2 工艺措施
（1） 选用合理的焊接方法，降低焊接电
流，采用分段退焊接减小焊接线能量和热影响
区。

（2） 采用焊前预热，已减少焊缝与周围
金属的温度不均匀性。

（3） 采用合理的焊接顺序和方向
a、焊缝在焊接时，要保证焊缝的纵向和
横向收缩都比较自由.例如焊对接焊缝时，从
中间依次向两自由端进行焊接，使焊缝能较好
地自由收缩.
b、收缩量最大的焊缝应先焊，因为先焊
的焊缝收缩时受阻较小，故应力较小.一个结
构上即有对接焊缝，又有角接焊缝，应先焊对
接焊缝，因为对接焊缝的收缩量较大.
c、在对接平面上带有交叉焊缝的接头时，
必须采用保证交叉点部位不易产生缺陷的焊
接顺序.
（4） 反变形法
反变形法是生产中经常使用的方法.它是
按照事先估计好的焊接变形的大小和方向，在
装配时预加一个相反的变形，使其与焊接产生
的变形相抵消.也可以在罐板上预制出一定量
的反变形，使之与焊接变形相抵消来防止焊接
变形和焊接应力。

（5） 对称施焊法
对于对称焊缝，可以同时对称施焊，少则
2人，大的储罐可以多人同时施焊，使所焊的
焊缝相互制约，使储罐不产生整体变形。

如图
1所示。

（6） 刚性固定法
该法是将罐板加以固定来限制焊接变形.
此种方法对角变形和波浪变形比较有效. 但
会产生较大的应力，需要采用锤击焊缝或焊后
热处理的方法消除应力。

a、锤击焊缝
可用头部带小圆弧的工具锤击焊缝，使焊
缝得到延展，降低内应力，锤击应保持均匀适
度，避免锤击过分，以防止产生裂纹.一般不
锤击第一层和表面层.
b、焊后热处理
对于罐板开孔等应力集中地地方，焊后应
采用消除应力的热处理，加热600℃左右，缓
慢冷却，消除应力。

3、其他因素
（1）焊工焊接水平的高低也会对焊接变
形及应力产生影响。

（2）在储罐的焊接中，要优先选择自动
化设备，以提高焊接质量。

（3）在保证各种技术数据的情况下，材
料可焊性好，容易采购。

四、结论
焊接时焊件受到不均匀的局部加热和冷
却及焊件的刚性是产生焊接变形和应力的主
要原因。

通过优化设计和采用良好的工艺措
施，可以对焊接变形得到很好的控制，消除焊
接应力。

上接第84页
聚合物在岩石表面的静态吸附一般是单
分子层的，但在运动过程中，可能会出现分子
链的相互缠绕、包容粘土颗粒运移等情况。

因
此，地层中聚合物吸附将不会是均一的单分子
层吸附，不但使渗流孔道变窄，而且有可能堵
塞孔道，显著降低地层的吸液能力。

在45℃条件下，用1000mg/l浓度的聚丙
烯酰胺溶液分别驱替不同渗透率（0.125μm2、
0.305μm2、0.74μm2、1.078μm2）的岩心，
从驱替体积与岩心渗透率伤害程度实验结果
可知，4种渗透率岩心伤害程度规律都一样，
渗透率越高，相同注入体积条件下的伤害程度
越低，聚合物吸附对岩心的伤害程度比较严重
（岩心渗透率伤害率均在40%以上）。

因此如
何防止近井地带聚合物的再吸附，是保证正常
注聚，延长措施有效期的另一有效途径。

2.2.4聚合物滞留对油层的伤害半径的确定
如前所述，聚驱注入井压力高的主要原因
之一是聚合物在油层岩石多孔介质中的滞留
问题导致的。

因此需分析和确定聚合物在油层
中的滞留半径。

50
100
150
200
250
300
050100150200250
距注入井距离(m)
压
力
梯
度
(
×
1
-
3
M
P
a
)
图4 在水驱阶段、注聚开始、0.4PV、
注聚结束时主流线上压力梯度变化曲线
如图4所示，通过模拟北二西聚驱油层条
件所做的数值模拟，可以得出以下结论：对于
注采井距为250m的开发区块，聚合物溶液的
滞留主要集中在前40米，且前20m以内的滞
留最突出。

因此该范围内应作为解决聚合物滞
留的主要目标。

3.几点认识：
（1）影响注聚井堵塞的因素很多，注聚
井堵塞物是多组分的，经过对采油三厂、六厂
注聚井井底返排物成分分析可知，堵塞物成分
有：聚合物絮状物、粘土及机械杂质、细菌及
其排泄物、硫化铁、碱式碳酸铁、碳酸镁、碳
酸钙、油等。

主要堵塞物有聚合物絮状物、粘
土及机械杂质、硫化铁等。

（2）由于聚合物产品不合格（如粒度不
均）、熟化程度不够及过滤系统的使用管理问
题等因素形成的高浓度聚合物软胶团，对地层
的伤害是非常严重的，主要造成在炮眼及近井
地带堵塞。

（3）随着聚合物注入体积的增加，岩芯
渗透率下降越严重，驱替一定体积后，渗透率
下降越来越缓慢。

（4）注聚井注聚过程中，由于聚合物溶
液粘度较高，其对微粒具有很强的裹挟作用，
加剧了地层孔隙中的颗粒运移，是造成注聚井
堵塞的主要原因之一。