有機解堵劑和非酸解堵體系性能評價與現場應用*

肖立曉，侯吉瑞，李 婕 ；張 寧，張九然 ；梁 拓，趙 偉

（1.中國石油大學（北京）非常規油氣科學技術研究院，北京 102249；2.中國石油大學（北京）石油工程教育部重點實驗室，北京 102249；3.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450；4.大慶油田有限責任公司第八采油廠，黑龍江 大慶 163514）

0 前言

我國稠油資源豐富，探明地質儲量已達20.6×108t，其中海上稠油儲量尤為豐富。稠油油藏在開發過程中，由于黏度高、流動阻力大導致流速變慢，極易造成堵塞現象，使儲層滲透率下降；原油從井底流向井口過程中由于溫度和壓力下降，膠質、瀝青質等重質組分沉積，在近井地帶形成有機垢沉淀，也極易造成儲層有機堵塞；除此之外，儲層流體與入井流體的配伍性差，容易在井底形成有機、無機復合沉淀堵塞地層，為油田開發增加了許多困難［1-10］。因此，降低稠油黏度，解除近井地帶堵塞，減小流體的流動阻力，是提高稠油油藏采收率和高效開采的關鍵。因此，研究稠油油藏解堵技術，實現稠油資源的高效開發利用，是當前各大油田亟需攻克的技術難關［11-12］。

目前稠油油藏常用的解堵技術包括物理解堵技術、微生物解堵技術和化學解堵技術［13-15］。物理解堵技術是利用物理方法產生較大的振動沖擊波使堵塞物松動脫落而解堵，但存在能耗較大、施工繁瑣等缺點，且對地層結構會產生一定程度的破壞。微生物法解堵技術主要通過微生物對原油中的重質組分進行降解、利用生物表面活性劑降低稠油黏度進行采油，但難于降解結構復雜的膠質和瀝青質，且微生物菌種對環境要求高、針對性強，因此適用范圍有限。化學解堵技術見效快、工藝簡單、成本低，可以根據堵塞原因靈活選擇無機或者有機解堵劑調整配方，較為適宜于海上稠油油藏解堵技術的現場應用。由于造成油層堵塞原因較為復雜，同時基于不同類型的油井化學解堵技術特點及其適用范圍，在選擇解堵技術時也需根據具體井的堵塞傷害機理選擇適當的解堵技術，同時避免儲層二次傷害［16］。

本文以渤中25-1油田為研究背景，結合該區塊稠油油藏的物化性質，綜合選取D11 井和D34-H 井開展實際調研。隨著D11 井的持續生產，井筒周圍地層的壓力和溫度均有下降的趨勢。壓力下降將使原油中的輕質組分（溶解氣）逸出，破壞原油中的相平衡，造成原油中的重質組分（瀝青）沉淀出來，黏度升高，流動阻力增大，夾雜著儲層細微顆粒附著在地層孔隙壁及篩管上。該井投產初期出砂，后重新防砂完井，地層以疏松砂巖為主，生產過程易發生微粒分散運移造成堵塞；原油黏滯阻力大和生產壓差過大會加速運移堵塞。D11井主要堵塞類型為原油中膠質、瀝青質等重質成分包裹無機顆粒形成的有機復合微固相堵塞，主要以解除有機堵塞為主。D34-H 井地層水水型為碳酸氫鈉型，地層水礦化度高，生產過程中極易形成碳酸鹽型結垢物；破膠作業對致密濾餅解除不完全，在井眼與篩管間形成固相堵塞傷害；鉆完井液的濾液侵入地層，與地層流體、巖層礦物間的不配伍性導致近井地帶形成堵塞，主要表現為無機沉積物堵塞孔喉；同時生產過程中由于井筒內與地層內物理條件的急劇變化，地層原油脫氣等原因引發高黏重質原油中的重烴組分析出，沉積在篩管外充填層與近井眼地帶，造成油流通道的堵塞傷害；在微粒運移過程中目的層膠結較疏松，地層原油黏度較高，極易引發微粒運移與地層出砂，在與有機重烴沉積物復合作用下，在篩管外填充層滯留，造成堵塞傷害。D34-H 井的近井地帶、篩管與井眼間的充填層存在有機垢、無機垢和有機復合微固相堵塞。根據D11井和D34-H井的油藏性質和不同的堵塞類型，D11 井需選用對膠質、瀝青質溶解性能優良的有機解堵劑作為主處理液，解除篩管及近井地帶有機堵塞［17］，因此，需要開展瀝青和石蠟溶蝕實驗、降黏實驗和配伍性實驗對有機解堵劑進行綜合評定；D34-H 井由于有機堵塞、無機堵塞和復合微固相堵塞傷害，需采取有機清洗與非酸解堵體系相結合的解堵方法，通過溶蝕碳酸鈣實驗、溶蝕黏土實驗和巖心流動實驗等對非酸解堵體系進行評價［18］。以此為參考依據，研發出適用于D11 井的TC-4 有機解堵劑和適用于D34-H井的DH-1 非酸解堵體系，通過礦場試驗分析解堵體系的應用效果。通過室內實驗針對性篩選合適的解堵劑，為渤中油田乃至國內其他稠油油藏的高效合理開采提供理論支持和技術保障。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

瀝青由渤海25-1 油田原油加工得到；蒸餾水；渤中25-1 油田明化鎮組地層水，碳酸氫鈉型，礦化度為10563 mg/L，離子組成（單位mg/L）為:K++Na+6457.42、HCO3-1248.97、Cl-2768.59、SO42-375.83、CO32-210.34；D11井平臺未脫水原油；D34-H平臺未脫水油樣；60#精蠟；黏土，取自D34-H 井巖心；渤海油田疏松砂巖天然巖心（過80 目篩）；N80 鋼片；碳酸鈣，工業級，廣西馬山明達新材料有限公司；鹽酸，工業級，中平能化集團開封東大化工有限公司試劑廠；芳烴類有機溶劑L、水溶性有機溶劑S、復合油溶性有機溶劑X，工業級，東莞市源旺化工有限公司；己二醇、醇醚型表面活性劑、陰離子型表面活性劑，工業級，西安順達化學試劑有限公司；復合多羥基螯合劑、含氟絡合物，自制；CJ-1 有機解堵劑（由芳烴類有機溶劑L、醇醚型表面活性劑和己二醇組成）、YS-2有機解堵劑（由水溶性有機溶劑S、陰離子型表面活性劑和己二醇組成）、TC-4有機解堵劑（由復合油溶性有機溶劑X、醇醚型表面活性劑和己二醇組成）、DH-1解堵體系（由復合多羥基螯合劑和含氟絡合物復配而成），自制。

HH-80 數顯恒溫水浴鍋，常州市金壇大地自動化儀器廠；TST-E804-60A 烘箱，東莞市特斯特檢測儀器有限公司；Anton Paar MCR301黏度計，常州金壇大地自動化儀器廠；湖南湘儀H-1650 離心機，常州金壇三和儀器有限公司。

1.2 TC-4解堵劑實驗方法

（1）瀝青溶蝕實驗和溶蠟實驗

將不同類型的有機溶劑、陰離子型表面活性劑/醚醚型表面活性劑和己二醇按一定比例分別配制成等量的CJ-1、YS-2 和TC-4 有機解堵劑。取10 mL CJ-1、YS-2 和TC-4 有機解堵劑置于25 mL 量筒中，分別放入5 g 瀝青，將量筒放入50℃（模擬地層溫度）水浴中靜置2 h。將剩余瀝青取出并用蒸餾水沖洗干凈，置于烘箱中烘干，稱量剩余瀝青質量，計算瀝青溶蝕率。同樣，取10 mL CJ-1、YS-2 和TC-4有機解堵劑置于25 mL量筒中，分別放入5 g石蠟，50℃水浴中靜置50 min，將剩余石蠟取出并用蒸餾水沖洗干凈，烘干后稱量剩余石蠟質量，計算溶蠟率。

（2）有機解堵劑降黏實驗

在溫度為50℃、剪切速率為7 s-1的條件下，使用黏度計測定D11井未脫水原油黏度。然后分別將原油和有機解堵劑按質量比1∶1 混合，測量混合后原油的黏度，計算降黏率。

（3）配伍性實驗

在瀝青溶蝕實驗中，將剩余瀝青從TC-4有機解堵劑中取出，然后將TC-4有機解堵劑的剩余殘液均分成6 等分放入25 mL 試管中，分別按質量比1∶1、2∶1和1∶2加入地層水和D11井平臺未脫水原油，蓋上瓶塞，上下左右搖晃200 下使其充分乳化，置于50℃水浴中靜置，每隔一段時間取出，觀察是否有沉淀和乳狀液產生。

1.3 DH-1解堵體系實驗方法

（1）溶蝕碳酸鈣實驗

稱取1 g 碳酸鈣放入燒杯1 中，倒入20 mL DH-1非酸解堵體系，稱量燒杯1和混合體系的總質量m1；同樣，在另一個燒杯2 中稱取1 g 碳酸鈣后倒入20 mL 10%鹽酸溶液，稱量燒杯2 和混合體系的總質量m3，將兩個燒杯同時放入50℃烘箱中，每隔15 min 取出燒杯，分別稱量燒杯1 和混合體系的總質量m2，燒杯2 和混合體系的總質量m4，根據公式（m1-m2）/m1×100%計算DH-1 非酸解堵體系對碳酸鈣的溶蝕率，（m3-m4）/m3×100%計算10%鹽酸對碳酸鈣的溶蝕率。每組樣品以90 min為結點，共進行6次溶蝕率計算。

（2）溶蝕黏土實驗

稱取兩份黏土各1 g 置于兩個燒杯中，分別加入20 mL DH-1非酸解堵體系和10%鹽酸，將燒杯同時放入50℃烘箱中，每隔30 min 取出燒杯中的黏土，用蒸餾水沖洗干凈并置于烘箱中烘干，稱量剩余黏土的質量，計算黏土溶蝕率。每組樣品以240 min為結點，共進行8次溶蝕率計算。

（3）巖心流動實驗

取兩塊渤海油田疏松砂巖天然巖心，測定其滲透率K0和孔隙體積；在驅替溫度50℃下，分別用DH-1 非酸解堵體系和10%鹽酸作為驅替液進行巖心流動實驗。驅替過程中記錄出液量，當驅替液注入量為2 PV時結束驅替實驗，然后取出巖心并測量滲透率K，計算驅替后滲透率增加倍比K/K0。

（4）腐蝕速率的測定

測量鋼片原始質量m1和表面積A，按照石油天然氣行業標準SY/T 5405—1996《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》，每平方厘米鋼片用DH-1非酸解堵體系20 mL，向燒杯中加入DH-1非酸解堵體系，然后將鋼片放入燒杯，在50℃烘箱中反應4 h，取出剩余鋼片然后用蒸餾水沖洗干凈，烘干后稱量剩余鋼片質量m2，按106×（m2-m1）/（4A）計算鋼片的腐蝕速率v［19］。

（5）配伍性實驗

稱取25 mL DH-1 非酸解堵體系于50 mL 試管中，加入25 mL 已預熱原油（D34-H 平臺未脫水油樣），蓋上瓶塞。上下左右用力搖晃約200下使其混合均勻，置于50℃恒溫水浴中靜置沉降2 h，取出試管，讀出析出的液體體積，計算乳狀液破乳率。

2 結果與討論

2.1 TC-4有機解堵劑的性能

2.1.1 對瀝青和石蠟的溶蝕效果

瀝青和石蠟在CJ-1、YS-2 和TC-4 有機解堵劑中的溶蝕率見表1。TC-4有機解堵劑溶蝕瀝青和石蠟能力要遠遠強于其他兩個有機解堵劑。TC-4 有機解堵劑中的有機溶劑是一種復合油溶性有機溶劑，溶解能力遠遠強于CJ-1 和YS-2 有機解堵劑中的有機溶劑。根據溶劑萃取技術中的“相似相溶”原理，TC-4有機解堵劑可以更大程度地剝離和分散近井地帶的有機垢，將有機垢中的瀝青和石蠟等有機物沉淀萃取出來；同時TC-4有機解堵劑中特有的表面活性劑使體系潤濕反轉能力加強，表面活性劑基團可以與瀝青等有機物的極性基團發生化合作用形成水溶性有機鹽物質，清除表面吸附的瀝青、石蠟等油溶性雜質，提高對瀝青、石蠟的溶蝕能力［20-22］。

表1 瀝青和石蠟在3種有機解堵劑中的溶蝕效果

2.1.2 降黏效果

進行稠油油藏解堵作業的關鍵是降低稠油黏度。50℃下D34-H 平臺未脫水油樣的黏度為478.4 mPa·s。3 種有機解堵劑CJ-1、YS-2 和TC-4 在50℃下對原油的降黏率分別為94.45%、95.92%和99.12%。TC-4 有機解堵劑的降黏效果優于其他兩種有機解堵劑。一方面由于TC-4 有機解堵劑中的復合油溶性有機溶劑對原油中的大分子（膠質、瀝青質）溶解能力強，另一方面TC-4 解堵劑的有機溶劑和表面活性劑復配后能更好地催化裂解膠質和瀝青質，打斷分子之間的相互作用力從而破壞堆積締合結構，顯著降低稠油黏度，從而降低流動阻力，增強稠油流動性［23］。

2.1.3 與地層水和原油的配伍性

TC-4 有機解堵劑溶解瀝青后的剩余殘液與地層水和D11井平臺未脫水原油分別按體積比1∶1、2∶1 和1∶2 混合，在50℃水浴中靜置2、4、12、24 h 后均無沉淀和乳狀液產生。解堵劑殘液與地層水和原油的配伍性良好，無沉淀現象，也不會發生解堵后剩余殘液的乳化反應，有利于殘液的排出，不會對地層造成二次污染。

綜合以上3 組實驗可見，TC-4 有機解堵劑對瀝青和石蠟的溶蝕能力以及降黏效果均強于CJ-1 和YS-2 有機解堵劑，而且TC-4 有機解堵劑溶解瀝青后的剩余殘液與地層水和原油的配伍性好，不會產生儲層傷害和地層污染。因此選用TC-4 有機解堵劑作為主處理液來解除存在于D11井近井地帶的有機堵塞問題。

2.2 DH-1非酸解堵體系的性能

2.2.1 對碳酸鈣的溶蝕效果

DH-1 非酸解堵體系和10%鹽酸溶液對碳酸鈣的溶蝕效果如圖1所示。10%鹽酸體系對碳酸鈣的溶蝕率表現為先急劇增加后緩慢增加至基本保持不變，DH-1非酸解堵體系則表現為勻速增加直至保持穩定。10%鹽酸的溶蝕率很高，反應速率迅速，在45 min 時已經達到90%，后期由于碳酸鈣中存在少量鹽酸不溶物而最終保持在90%；DH-1非酸解堵體系對碳酸鈣的溶蝕率穩定上升，在75 min時才能達到平衡，最高溶蝕率為80%，溶蝕率較低，溶蝕效果溫和。10%鹽酸對碳酸鈣的溶蝕率大于DH-1 非酸解堵體系，且在反應初期溶蝕率隨時間增加而迅速增大。在酸鹽反應中，鹽酸與碳酸鈣反應程度高，溶蝕能力強，極易造成砂體結構的嚴重破壞，導致儲層骨架的損壞。DH-1 非酸解堵體系與碳酸鈣的作用時間較長，相對常規鹽酸體系來說溶蝕速率低，有效作用距離長，不僅表現出良好的緩速性能，而且對因過度溶蝕造成的儲層巖石骨架破壞有一定的抑制作用。

圖1 DH-1非酸解堵體系和10%鹽酸溶液對碳酸鈣的溶蝕效果

2.2.2 對黏土的溶蝕效果

由于目的層為疏松砂巖，在開采過程中儲層巖石砂體膠結性差，極易被破壞，產生微粒運移和地層出砂現象，破壞巖石骨架甚至使儲層坍塌。50℃下DH-1 非酸解堵體系和10%鹽酸溶液對黏土的溶蝕效果見圖2。10%鹽酸溶液對黏土的溶蝕率在50 min 內急劇增加然后緩慢上升，在150 min 達到100%；DH-1 非酸解堵體系對黏土的溶蝕率始終處于緩慢增加趨勢，240 min 的溶蝕率達到40%。DH-1 非酸解堵體系對黏土的溶蝕率遠小于10%鹽酸體系。鹽酸在150 min 時已完全溶蝕碳酸鈣，酸巖反應程度高，溶蝕作用強烈而迅速，容易造成砂體結構的嚴重破壞；而DH-1 非酸解堵體系溶蝕速率緩慢，持續時間長，不會對地層骨架造成嚴重的溶蝕作用而產生二次傷害。對碳酸鈣和黏土的溶蝕實驗表明DH-1非酸解堵體系具有良好的高效緩速性能，在解除黏土分散運移過程中形成的無機垢沉淀的同時又不會對地層骨架造成嚴重的溶蝕，對巖心的改造效果明顯。

圖2 DH-1非酸解堵體系和10%鹽酸溶液對黏土的溶蝕效果

2.2.3 對天然巖心滲透率的影響

對天然巖心滲透率的提高能力是評價解堵體系對巖心改造效果的一項重要指標［24］。DH-1 非酸解堵體系和10%鹽酸溶液對渤海油田疏松砂巖儲層天然巖心滲透率的影響見表2。用10%鹽酸對巖心進行驅替，巖心滲透率增加倍比為1.64，而DH-1非酸解堵體系的增加倍比為6.13。鹽酸溶蝕率極強，對巖心骨架造成嚴重破壞，導致流體運移過程中嚴重的微粒運移傷害，從而造成滲透率增加倍比下降；而具有高效緩速作用的DH-1 非酸解堵體系在不破壞巖心骨架結構的基礎上擴大解堵半徑，顯著提高巖心滲透率，從而解除由于微粒運移與地層出砂造成的固相堵塞，達到解堵的目的。

2.2.4 腐蝕性

解堵體系在解堵過程中要與地下管道等含鐵物質接觸，不可避免地會對設備、管柱產生腐蝕從而減少其使用壽命。產生的Fe3+進入儲層后產生二次沉淀，返排液中的Fe3+會加強油水乳化作用，導致油水分離困難。因此，評價解堵體系的腐蝕性至關重要。50℃下鋼片在DH-1非酸解堵體系中放置4 h的腐蝕速率為0.186 g/（m2·h），緩蝕率達到98.79%，且無點蝕現象產生，緩蝕效果良好。由于DH-1 非酸解堵體系在水中逐步電離出H+和F-，體系pH 值較高，體系中的螯合劑及含氟絡合物具有羥基、羧基等結構，能與Fe3+發生螯合反應形成吸附層，阻止金屬表面腐蝕，緩蝕性能良好［25］。

2.2.5 與原油的配伍性

DH-1非酸解堵體系不僅要有良好的除垢、緩速和緩蝕性能，而且要保證在地層中能有效破乳，不產生二次沉淀造成儲層污染。DH-1 非酸解堵體系與原油以體積比1∶1 混合后能發生乳化作用，配伍性好，未產生任何沉淀現象。50℃下靜置2 h 后可以觀察到體系溶液和原油完全分離，破乳率達到100%。因此DH-1非酸解堵體系注入地層不會產生乳化現象，有利于非酸解堵體系殘液的排出。

綜合以上5組實驗可見，DH-1非酸解堵體系能很好地解除碳酸鹽巖結垢物和分散運移過程中形成的無機垢沉淀，可較好地改造儲層滲透率，緩速性能優良，對地層骨架不會造成嚴重的破壞。同時，DH-1 非酸解堵體系緩蝕性能良好，可避免鐵質腐蝕造成的二次堵塞；與原油的配伍性好，在運移過程中能及時破乳，有助于解堵后反應殘液的排出。因此，DH-1非酸解堵體系可用于解除D34-H井的無機固相堵塞。

2.3 礦場應用

2.3.1 明化鎮組油井簡介

渤中油田明下段儲層埋藏淺，成巖程度低，具有粒間孔隙發育、連通喉道大、連通性好等特點。平均孔隙度為31%，滲透率為2715.5×10-3μm2，油層含油飽和度63%，屬于特高孔隙度和特高滲透率油藏。地面原油具有密度高、黏度高、膠質瀝青質含量中等、含蠟量低、凝固點低的特點，在50℃時的平均黏度為478.4 mPa·s，屬常規稠油。其中，目標井位D11 井所在油藏膠質、瀝青質含量為18.43%，含蠟量4.75%；D34-H 井所在油藏膠質、瀝青質含量19.84%，含蠟量9.56%。

2.3.2 D11井礦場應用效果

結合D11井具體井況，選用對石蠟、瀝青溶解性能優良的TC-4有機解堵劑作為主處理液，解除篩管及近井地層有機堵塞，同時使用柴油作為頂替液，采用分層解堵工藝進行。D11 井解堵前日產液量35.5 m3，日產油量18.7 m3，含水率47.4%，與鄰井相比產量明顯較低；采液指數8.2 m3/MPa，與該井2015年酸化后的采液指數16.2 m3/MPa 相差較大。使用TC-4 解堵劑初期日產液量約80 m3，日產油量約25 m3，含水率70%。使用解堵劑15 d 后，日產液量約60 m3，日產油量增至約30 m3，含水率約50%。與解堵前相比，日產油量增加11.3 m3。TC-4有機解堵劑能較好地解除D11井有機堵塞，提高油井產油量。

2.3.3 D34-H井礦場應用效果

針對D34-H井復雜堵塞情況，利用TC-4有機解堵劑進行有機清洗和DH-1非酸解堵體系相結合的方法進行解堵作業。TC-4 有機解堵劑首先浸泡并清除有機重烴沉積物形成的有機堵塞，同時充分暴露無機固相堵塞物，以便DH-1 非酸解堵體系對無機固相堵塞進行溶蝕與清除。D34-H井堵塞前日產液量15.0 m3，日產油量14.8 m3，含水率1.3%。由于現場生產過程中突然過載停機，啟井不成功，初步判斷由于D34-H 油井堵塞導致停產，因此對D34-H油井進行解堵作業。解堵初期日產液量60 m3，含水率100%；使用解堵劑8 d 后，日產液量下降至約35 m3，日產油量增至約30 m3，含水率15%，較解堵前期日產油量增加了30 m3、含水率降低85%。目前，日產液量32.4 m3，日產油量30.62 m3，含水率降至5.5%，基本恢復堵塞前含水率水平。由此可見，利用TC-4有機解堵劑進行有機清洗和DH-1非酸解堵體系相結合的解堵方法可以解除無機固相堵塞和有機堵塞，對D34-H井的解堵效果明顯。

3 結論

渤中油田明化鎮組D11 井堵塞類型為膠質、瀝青質等重質成分沉積形成的有機堵塞，D34-H 井堵塞類型為有機堵塞、無機堵塞和有機復合微固相堵塞。TC-4 有機解堵劑對瀝青和石蠟的溶蝕能力及降黏效果較好，對儲層的傷害小，適于解除存在于D11井近井地帶的有機堵塞問題；DH-1非酸解堵體系具有良好的緩速、緩蝕和溶垢能力，對巖石骨架不會造成嚴重的破壞，與原油的配伍性好，在運移過程中能夠及時破乳，適于解除D34-H井的無機固相堵塞。兩種解堵體系在礦場應用的解堵效果明顯，D11井和D34-H井日產油量、日產液量和含水率基本恢復至解堵前水平。