油田注聚合物驅(qū)井堵塞機(jī)理研究進(jìn)展

邵春雨

摘要：現(xiàn)階段，在原油開采過程中，聚合物驅(qū)油得以廣泛推廣應(yīng)用，但是，注聚井堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重。本文從多角度對注聚井堵塞機(jī)理進(jìn)行分析，以期豐富堵塞機(jī)理研究體系，提高聚合物驅(qū)油效果。

關(guān)鍵詞：油田注聚合物;驅(qū)井堵塞機(jī)理;研究進(jìn)展

引言

聚合物驅(qū)油技術(shù)作為一種改善油水流度比，提高注水波及系數(shù)的有效方法已在許多油田大規(guī)模推廣應(yīng)用。但隨著該技術(shù)的深入應(yīng)用，出現(xiàn)的諸如堵塞、產(chǎn)出水處理等問題也引起了各個油田的關(guān)注，特別是聚合物堵塞會影響后續(xù)聚合物的有效深入，嚴(yán)重時會導(dǎo)致油井產(chǎn)液量大幅下降甚至不產(chǎn)液，從而造成產(chǎn)油量較低，聚驅(qū)增油效果不明顯。同時，隨著油井含水的下降，見聚濃度的增加，產(chǎn)出液的成分發(fā)生了變化，產(chǎn)出液中的聚合物易攜帶地層中的顆粒運(yùn)移，在井筒中產(chǎn)生堵塞，對油井的管柱及泵的工作環(huán)境產(chǎn)生影響，造成了泵效率低、事故率高，使油井產(chǎn)液能力下降。

1油田注聚合物驅(qū)井堵塞機(jī)理

1.1內(nèi)部因素

1.1.1原油物性特征

原油中含蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)易隨溫度、壓力等條件的變化析出造成注聚井堵塞。海相儲層原油中蠟、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量較高。綏中36-1油田原油中含蠟量約為22.71%，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量約為32.3%。這種堵塞因形成過程緩慢造成的影響并不明顯，當(dāng)存在其他堵塞時原油物性特征造成堵塞常常被忽略。因此分析堵塞機(jī)理時要先考慮原油物性特征并在設(shè)計解堵工藝時要優(yōu)先考慮原油物性特征造成的堵塞。

1.1.2黏土礦物組成

儲層因礦物組成多樣易使聚合物在儲層中發(fā)生吸附滯留。唐洪明等人基于大慶油田研究了聚合物在儲層中發(fā)生吸附滯留的主要因素在靜態(tài)條件下取決于粘土礦物組成;動態(tài)條件下取決于聚合物相對分子質(zhì)量及分子結(jié)構(gòu)。粘土礦物組成對聚合物吸附滯留的能力由強(qiáng)到弱依次為：綠泥石>蒙脫石>高嶺石>伊利石>石英。

1.2外部因素

1.2.1微生物

目前，普遍存在于儲層中的本源細(xì)菌有：硫酸鹽還原菌、利用烴細(xì)菌、甲烷形成菌、孢子形成菌和耐鹽產(chǎn)氣的梭狀芽孢桿菌。它們在儲層中生長繁殖后形成菌落，并產(chǎn)生大量的代謝物。這些菌落和代謝物，還有代謝產(chǎn)物中的黏膠與鐵離子結(jié)合物，都會造成地層堵塞。進(jìn)一步的研究表明，厭氧菌與好氧菌相比，雖然對聚合物溶液有一定的降解作用，但其對聚合物解堵的作用有限。以某油田為例，就出現(xiàn)了配聚污水堵塞地層的現(xiàn)象，其原因是SBR還原菌將污水中的SO42-及其他高價含硫化合物還原成H2S，H2S腐蝕油水井管柱產(chǎn)生FeS沉淀，堵塞地層。

1.2.2無機(jī)物沉淀

地層水中普遍存在著鈣、鎂、鐵離子等，當(dāng)注入的聚合物與離子不配伍時，這些離子就會產(chǎn)生沉淀物堵塞油層。此外，油層中的黏土、機(jī)械雜質(zhì)也會加重這種堵塞。鄭俊德等對注聚合物井返排液和注聚巖心薄片進(jìn)行X漫散射成像技術(shù)測試，發(fā)現(xiàn)聚合物以黏土（或砂粒）和碳酸鹽類不溶物為膠核，包圍在膠核周圍形成膠團(tuán)狀堵塞物。隨著注入量增加，膠團(tuán)聚集變大，使得已經(jīng)吸附了聚合物的地層堵塞加劇。如果地層是疏松的砂巖，那這種原因造成的堵塞將更為嚴(yán)重。盧祥國等對大慶油田幾口堵塞井注入液和返排液中溶解性金屬離子進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，溶液中的鋁離子、鐵離子和鉻離子等促使聚合物形成局部或區(qū)域性網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)增大了聚合物的分子回轉(zhuǎn)半徑，并導(dǎo)致流動阻力增大，進(jìn)而帶來堵塞。在所有金屬離子中，鐵離子影響最大。由于管線的腐蝕，鐵離子會大量進(jìn)入注入流體，其中的三價鐵離子能與聚合物分子交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，二價鐵離子會使聚合物分子形成凝膠速度加快，生成量增加，所以為防止聚合物堵塞地層需嚴(yán)格控制鐵離子的注入。

1.2.3聚合物

聚合物靜態(tài)時，在巖石表面的吸附一般是單分子層，但在運(yùn)動過程中，分子鏈會相互纏繞、并包容黏土顆粒等進(jìn)行運(yùn)移，使得地層中聚合物吸附不再以均一的單分子層進(jìn)行吸附，導(dǎo)致滲流孔道變窄，降低了地層的吸液能力，更嚴(yán)重地可能堵塞巖石孔道。在砂巖儲層中，因內(nèi)表面積大，成巖礦物多樣組合，黏土礦物含量高，所以當(dāng)聚合物溶液在砂巖孔隙中流動時，更易發(fā)生吸附滯留。唐洪明等研究發(fā)現(xiàn)，在45℃靜態(tài)條件下，黏土礦物對聚合物的吸附起主導(dǎo)作用，聚合物在黏土礦物上的吸附量是巖石骨架上的4～10倍;在動態(tài)條件下，聚合物溶液的流動性受其相對分子質(zhì)量和分子結(jié)構(gòu)的影響較大。

2堵塞機(jī)理的研究方法

（1）離心法分析堵塞物中固體含量和聚合物含量。該方法適用范圍廣、費(fèi)用低。但存在操作過程嚴(yán)格、不易掌握、可能出現(xiàn)分離時間長等問題。

（2）X射線多晶衍射儀分析堵塞物中無機(jī)物含量。該方法能夠精確進(jìn)行物相、定性、定量分析，但在測量方法上要求嚴(yán)格，否則會造成峰強(qiáng)弱的變化甚至出現(xiàn)峰的消失。

（3）掃描電鏡分析堵塞物中元素含量。該方法可以獲取被測樣品本身的物理、化學(xué)性質(zhì)。但其對待測樣品要求不能含有水分、必須是無磁性、無毒性且成分穩(wěn)定。

（4）紅外光譜儀分析堵塞物中特性基團(tuán)。紅外光譜對樣品適用性廣泛。但是隨著儀器的進(jìn)步、低溫技術(shù)的應(yīng)用波譜圖需要進(jìn)行不斷修改;且通過紅外光譜對波峰對比分析不能作為一個完整的結(jié)構(gòu)判斷手段。

（5）物模驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，利用一維長填砂管、三維模型進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，借助各個測壓點(diǎn)測出壓力、采出液組分、巖心滲透率變化分析注聚過程中不同深度堵塞情況。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對各個測試點(diǎn)位的無機(jī)、有機(jī)組分進(jìn)行分析，確定注聚過程中堵塞物分布規(guī)律。

（6）數(shù)值模擬分析，基于聚合物、原油特性及在孔隙性介質(zhì)中流動特征建立并求解滲流模型;將模型結(jié)合現(xiàn)場注采動態(tài)監(jiān)測資料結(jié)合獲得注聚井前緣半徑及極限前緣半徑;通過與物模實(shí)驗(yàn)對比分析得到堵塞物吸附滯留最嚴(yán)重區(qū)域。

結(jié)語

注聚合物驅(qū)是國內(nèi)外提高采收率的主要手段，影響注聚合物驅(qū)效果的因素眾多，因此需要豐富注聚井堵塞機(jī)理分析體系，為豐富注聚合物井的解堵劑種類、解堵工藝奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)。

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