高泥質注聚區高效復合解堵體系的研制與應用

孫鵬 ，李兆敏 ，劉珂 ，鹿騰 ，彭漢修 ，馬清明 ，淡利華

（1.中國石油大學（華東）石油工程學院，山東 青島 266580；2.中國石化石油工程技術研究院，北京 100101；3.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257237；4.中國石化中原油田分公司濮城采油廠，河南 濮陽 457500）

0 引言

近年來，隨著油田開發的不斷深入，三次采油力度也在逐步加大，在提高原油采收率的同時，也存在著嚴峻的挑戰。伴隨著油田開發方式從注水向注聚、再后續水驅的轉變，地下流體性質也隨之改變；隨著流體黏度的增大，出砂量也明顯增加。由于注入壓力升高，導致注入速度被迫下調，嚴重影響了油藏聚合物驅的開發效果［1］。通過研究發現，疏松砂巖注聚區高泥質油藏低液低效的主要原因為聚合物黏度大、油層泥質質量分數高，以及地層出砂引起的地層堵塞。堵塞物中泥質、粉細砂等固體成分的質量分數為70.56%，含聚合物原油的質量分數為21.77%，水分質量分數為1.96%，膠質及瀝青的質量分數為5.71%。

通過對中國東部油田某區塊油井（防砂后3個月階段液量下降超過30%）分類統計發現，此類油井在各區塊不同程度存在，主要是各區塊油層泥質質量分數和聚合物混合液流體黏度的影響造成的。不同注聚區油井的堵塞物有一定差異，堵塞物由有機物和無機物組成。其中：有機物成分為聚合物、污油和細菌及其代謝產物；而無機物成分是黏土、機械雜質，以及碳酸鈣、碳酸鎂、硫化鐵/堿式碳酸鐵等組成的沉淀物［2-6］。研究認為，油層內泥質、聚合物流體與微粒共同作用是造成疏松砂巖注聚區高泥質油井低液量、總體防砂效果不理想的主要原因。高泥質砂巖油藏砂礫間多是泥質膠結，弱膠結物使得砂巖骨架易破壞，加速了出砂與黏土的膨脹、運移、再沉積，在較小的孔喉處形成堵塞，從而嚴重影響油井產能。

針對注聚區油井，當前現場使用的聚合物解堵劑主要為含有次氯酸基團的固體或液體，但由于運輸安全、制備的工藝條件及穩定性等方面原因，不容易獲得，還存在作用單一、解堵效率低的問題。另外，隨著區塊開發方式由注水轉為三采注聚，考慮流體性質改變、層系細化、井網完善及成本制約等因素，對防砂工藝提出了更高的要求。目前的防砂工藝是利用攜砂液進行繞絲充填防砂，此工藝雖然解決了油井防砂的問題，但防砂后儲層受到污染，油井供液能力下降，與油藏提液的矛盾逐漸凸顯。為此，還需研制攜砂酸，其意義在于：機械防砂時，采用攜砂酸來代替攜砂液，可在近井地帶形成擋砂屏障的同時，增大近井地帶滲透率；再利用酸進行遠井地帶的溶蝕，可進一步提高遠井及近井地帶的滲透率，起到良好的降堵增滲導流作用。

為了提高疏松砂巖高泥質注聚區的油井產量，改善近井地帶滲透率，本文研制了一種適用于高泥質注聚區油井的復合高效解堵體系，其主要成分為過氧化劑和復合酸，能夠進行聚合物的降解，以及高泥質成分的溶解，可以有效地提高注聚區高泥質油井的解堵成功率。

1 聚合物解堵劑的研制與評價

1.1 作用原理

注聚過程中引起地層堵塞的原因是多方面的，但聚合物堵塞是主要原因［7］。隨著注聚時間的增加，地層中的礦物質微粒在地層流體的攜帶作用下從地層運移到防砂層，聚合物堵塞了充填層，從而造成近井地帶孔喉半徑減小，滲透率下降，注聚壓力增大，進一步引起堵塞。聚合物氧化降解作用原理為：聚合物與活性氧接觸后，被氧化而產生自由基，引發了連鎖氧化反應，當溫度升高時，反應顯著加快；之后，聚合物鏈上的自由基引發α裂解反應和β裂解反應，使得主鏈斷裂［8-10］。

1.2 材料制備

過氧化氫易氧化聚合物，但穩定性不強，運輸過程中存在安全隱患。根據過氧化氫能降解聚合物的特點，研制出了含有過氧化氫成分的SUNP型聚合物解堵劑。該解堵劑是一種復配的化合物，具有較好的穩定性、安全性、經濟性及易制備、易運輸等特點，是一種高效的聚合物解堵劑。在現場實施過程中，通過注入引發劑，在地層中SUNP型聚合物解堵劑與引發劑反應，以一定的速率釋放出過氧化氫，達到降解聚合物的目的。

1.3 SUNP型聚合物解堵劑效果評價

在模擬油層溫度（60℃）下，開展聚合物浸泡降解實驗，即將一定質量濃度的聚合物溶液（溶液A，B，C，D，質量濃度分別為 2 000，2 500，1 500，1 800 mg/L）浸泡在解堵劑溶液里面，再采用質譜分析法測定其產物。實驗結果表明，大量產物是丙烯酰胺低聚體的衍生物。這說明，具有過氧化基的解堵劑對聚合物進行分離氧化，由此降低了聚合物溶液的黏度。

1.3.1 與過氧化氫解堵劑對比

質量分數均為6%的SUNP型聚合物解堵劑與過氧化氫解堵劑的降黏效果（用降解率參數來表征）對比見圖1。

圖1 解堵劑對溶液A的降黏效果

由圖1看出：當解堵劑的質量分數為6%時，SUNP型聚合物解堵劑在30 min時的降解率就達到90.32%，與相同質量分數的過氧化氫解堵劑相比，差別較小；在120 min時，該解堵劑降解率達到92.01%，取得明顯的降黏效果。另外，即使解堵劑質量分數再高，解堵效果也不一定有很大程度的提升。

根據油田實際生產情況，在60℃地層溫度下，用SUNP型聚合物解堵劑和過氧化氫解堵劑對不同質量濃度的聚合物溶液（溶液B、溶液C）的降黏解堵效果進行了對比評價。由圖2、圖3看出，各解堵劑的降黏效果隨著聚合物溶液質量濃度的降低而略有降低。

圖2 解堵劑對溶液B的降黏效果

圖3 解堵劑對溶液C的降黏效果

1.3.2 與油田現有解堵劑對比

通過現場試驗，將新研制的解堵劑和現場用的含有次氯酸基團的固體聚合物解堵劑（解堵劑Ⅰ和Ⅱ，質量分數均為6%）進行對比。從圖4可以看出，SUNP型聚合物解堵劑的降黏效果均好于當前現場用的解堵劑，降解率提高至少9百分點，且反應時間短，活性高，效果好。

圖4 解堵劑對溶液D的降黏效果

2 LP型攜砂酸體系研制

隨著不斷的開發，大部分油田已逐步進入特高含水期，提液成為油田穩產的關鍵［11-15］。這是因為隨著油田開發的深入，儲層結構和流體性質發生變化，特別是對于高泥質疏松砂巖注聚油藏，部分區塊單元類機械防砂手段與油井提液之間的矛盾逐漸凸顯。注聚區高泥質油藏進行酸充填防砂時應綜合考慮4點：1）在泥質粉細砂地層施工時，必須考慮氫氟酸的溶蝕作用，在酸液中需添加氫氟酸，作為溶蝕黏土礦物的主要成分；2）攜砂酸在酸蝕黏土的同時，殘留物必須具有較低污染或零污染的特點；3）攜砂酸必須具有一定的攜砂黏度，能夠實現攜砂充填；4）攜砂酸應具有穩定地層骨架砂的特點。

2.1 材料制備

參考國內外常用的酸液優選方法，結合實驗配合物反應機理，研究確定了LP型攜砂酸主體酸液類型，并對助劑進行了篩選評價，最終形成了LP型攜砂酸液體系的優化配方。

研制的攜砂酸體系主要由A劑、B劑、C劑組成。其中：A劑為復合酸，里面的鹽酸和氫氟酸可對地層中的高嶺石、蒙皂石、鈉長石等高泥質成分進行深部溶蝕及解堵；B劑為主要添加劑，包括增稠劑（羧甲基纖維素鈉）、防膨劑（氯化銨）和緩蝕劑（SLHS）；C 劑為其他助劑，包括破乳劑、鐵離子穩定劑及分散劑等。

2.2 酸蝕性能評價

為了進一步驗證攜砂酸的酸蝕性能，采用了長巖心流動驅替實驗裝置，結合環境掃描電鏡，通過測定各種酸對人造巖心的失重量，來進行各種酸的酸蝕性能評價。

從圖5、圖6可以看出，隨著化學反應的進行，鹽酸和土酸在近距離的酸蝕性能較好，而研制的攜砂酸在遠處（2.0 m）仍有很好的效果。從酸蝕實驗設備出口的pH值可以看出，經過反應后的攜砂酸依然具有酸蝕作用，對高泥質地層有很好的解堵效果。這是因為隨著反應的進行，該攜砂酸不斷水解出HF，從而維持酸化反應的持續進行，進入地層深部。10 h后，攜砂酸溶蝕率比土酸高5百分點左右。與此同時，由于攜砂酸與黏土的反應速度較慢，增大了酸化半徑。

圖5 不同酸液酸蝕性能評價

圖6 酸蝕實驗設備出口的pH值

2.3 二次傷害情況評價

通過開展攜砂酸體系的剩余離子實驗，對攜砂酸的二次傷害情況進行了評價（見圖7）。

圖7 反應后的攜砂酸剩余離子質量濃度隨時間的變化

從圖7可以看出，隨著反應的進行，離子質量濃度逐步增大。這說明，隨著時間的增加，攜砂酸與油層的高泥質成分一直反應，反應時間越長，反應程度越高，反應越徹底。與常規酸相比，緩速性能更加明顯，在應用時可解除儲層深部的堵塞，達到深穿透的目的，是一種低傷害酸。

2.4 流變性能評價

對攜砂酸進行耐剪切實驗，設定剪切速率185 s-1，在25，55，75℃溫度下，分別進行了恒定剪切速率的剪切測試。由圖8可以看出：隨著剪切時間的延長，攜砂酸的黏度隨著溫度的升高而逐漸減小，但降幅比較?。辉?25，55，75℃溫度下，剪切 70 min 后，對應的黏度保留率分別達87.1%，70.5%，60.5%。這說明攜砂酸耐剪切性能好，能夠滿足現場防砂的需要。

圖8 攜砂酸不同溫度下的剪切曲線

3 現場試驗與應用

在中國東部油田某區塊，現場試驗了由SUNP型聚合物解堵劑和LP型攜砂酸體系形成的高效提液增油技術，且試驗井均施工順利。SUNP型聚合物解堵劑和攜砂酸體系在應用中耐溫性能良好，解堵效率高，酸蝕性能穩定。現場共實施7井次，平均增液幅度45.8%，動液面上升204 m，平均有效期210 d，階段累計增油4 761 t，單井提液幅度大于30%，日增油3 t，取得了較好的效果。如KD8-20-231井，該井于2014年2月15日完鉆，完鉆井深1 530 m，套管內徑159.4 mm，油層溫度62℃，泥質質量分數16.7%，對應注聚井日注水量為100 m3。2019年3月5日低液停產，停前日產液量為9.6 m3，日產油量為0.8 t，含水率為91.7%（見圖 9、圖 10）。

圖9 KD8-20-231井措施提液效果

圖10 KD8-20-231井措施增油效果

分析認為，該井經過多輪次作業，造成了入井液的污染，再加上前期鉆井液的污染造成了近井地帶堵塞，進而導致滲透率降低。綜合考慮各因素［16-22］，采用的施工參數為：SUNP型聚合物解堵劑（質量分數5%）溶液15 m3，前置液（質量分數 5%攜砂酸）15 m3，攜砂液（攜砂酸）40 m3，地層填砂量15 m3，平均砂比介于15%～20%，排量1 000 L/min。開井后，初期日產液量為28.9 m3，日產油量為9.8 t，綜合含水率為67.1%；目前日產液量為20.9 m3，日產油量為8.1 t，大大提升了油井的產能。

4 結論

1）為解決疏松砂巖高泥質注聚油藏因聚合物堵塞造成的低液低效等技術難題，研制了SUNP型聚合物解堵劑和LP型攜砂酸體系。與常規體系相比較，新體系解堵效率高，攜砂能力強，可以緩解高泥質注聚油藏提液難的問題。

2）研制的SUNP型聚合物解堵劑降解效果比目前現場用的解堵劑要好，LP型攜砂酸體系滿足了酸攜砂、充填防砂及地層解堵施工的雙重需求。該體系的酸蝕性能、流變性能和攜砂性能等均能滿足解堵、攜砂、固砂功能要求。

3）本文形成的高效提液增油技術在東部某油田進行了多口井的現場試驗與應用，結果表明，該技術解堵效果好，解決了現場低液低效問題，取得了良好的現場應用效果。

4）建議進一步開展高泥質注聚油藏提液增油技術研究，為老油田經濟有效開發，提高原油采收率提供技術保障。