低滲透CO2驅注入井注入困難原因分析與防治對策*

馬鋒 范冬艷 高強 李永寬

1吉林油田公司油氣工藝研究院

2CO2驅油與埋存試驗基地

CO2驅實施以來，共有35 井次注氣井先后出現注入困難現象，通過從儲層特點、近井地帶、井筒、井口、注入系統等不同環節沉積物、水質分析，結合試驗區注水井與注氣井對比分析，最終認識到了水質是導致注入困難的主要原因及影響因素[1]。因此，從根源上提出了針對性的防控措施，有效解決了欠注問題。

1 井筒堵塞狀況

CO2驅氣源保障至關重要，CO2平穩注入是正常生產與擴大波及體積的保障，試驗區塊陸續出現了腐蝕結垢產物引起的井筒與近井地帶堵塞現象，影響CO2高效注入。通過注氣井連續油管作業中井筒遇阻位置統計，普遍發生在400～2 400 m，遇堵位置分布情況見圖1。

圖1 井筒遇堵位置分布情況Fig.1 Location distribution of wellbore plugging

2 注入困難原因分析

依托連續油管沖洗、測試、返吐、可視化測井、過濾物取樣化驗等礦場措施，結合室內實驗等手段，針對欠注井從儲層、井筒、井口、管線等重點環節，從注入井堵塞物、固體沉積物入手，分析導致注入井注入困難的主要因素[2]。

2.1 儲層物性對欠注的影響

大情字油田屬于裂縫性儲層，儲層物性不是影響注水的主要因素，大情字油田儲層滲透率0.01～20 mD，平均滲透率2.47 mD，孔隙度6%～20%，平均孔隙度為12.4%，屬于中低孔、特低滲儲層，但儲層裂縫發育，青一段高臺子層裂縫密度0.27 條/m，大情字油田儲層伊蒙混層黏土含量較高，巖心黏土含量分析見圖2，注入水水質與地層水水質礦化度接近，儲層水敏性不是導致欠注的主要原因[3]，不同鹽度條件下巖芯水敏性分析見圖3。

圖2 巖心黏土含量分析Fig.2 Core clay content analysis

圖3 不同鹽度條件下巖芯水敏性分析Fig.3 Analysis of core water sensitivity under different salinity conditions

2.2 注入系統中固體組分及堵塞物分析

通過注水管線沖洗、井筒起管作業與可視化測井、近井地帶連續油管沖洗返吐、管線沖出物取樣分析，追根溯源，確定了影響注入系統腐蝕結垢及欠注的主要因素為水質[4]。

2.2.1 地面管線沉積物分析

長期停注水管線的前端水樣中硫酸鹽還原菌（SRB）含量、鐵離子含量超標，管線沖洗前后水樣對比表明，水質由黑色逐步變為白，如圖4所示。

圖4 管線沖洗前后水樣對比Fig.4 Comparison of water samples before and after pipeline flushing

注入水質腐蝕導致地面系統固相腐蝕產物多，停注水管線、地面過濾器濾網中的固相沉積物含有大量的油和固體顆粒，長期停注的注水管線分析見表1。能譜及X 射線衍射（XRD）分析表明主要是FeCO3、FeS、CaCO3等腐蝕結垢產物，分析結果見圖5與表2。

表1 停注的注水管線前后端水質分析Tab.1 Water quality analysis of the front and rear end of the water injection pipeline of the stop-injection pipeline

表2 沖洗出固體組分分析Tab.2 Component analysis of flushed-out solids質量分數/%

圖5 管線沖出雜質能譜分析Fig.5 Energy spectrum analysis of impurities flushed out of the pipeline

2.2.2 井筒及近井地帶堵塞物分析

開展礦場欠注井起管作業、返吐、連續油管沖洗等措施，利用XRD 開展了井筒堵塞物、井筒沖出物、連續油管洗出物的固體物質分析，這些物質主要是FeCO3、FeS、CaCO3等腐蝕結垢產物，與注水管線（長停管線）沖洗物成分基本相同，分析結果見表3。

表3 井筒及近井地帶堵塞物組分分析Tab.3 Component analysis of blockages in wellbores and near wellbores 質量分數/%

由于水質、CO2、細菌腐蝕作用導致地面管線及油管腐蝕，同時由于油管表面粗糙度大，導致腐蝕結垢產物沉積與附著，并逐漸堆積導致油管縮徑[5]。同時，部分腐蝕產物隨注入過程進入近井地帶，導致注入困難，井筒及近井地帶堵塞物形貌見圖6。

圖6 井筒及近井地帶堵塞物Fig.6 Blockage in wellbores and near wellbores

2.2.3 可視化測井分析

注水時井下可視化測井表明，井筒內水質發黑，注入水中存在固相顆粒與井筒附著物，并且伴有大塊固體雜質，導致管壁存在縮徑現象，監測形貌見圖7。根據可視化測井及管線、井筒、近井地帶分析結果可以確定，水質中機雜及腐蝕產物導致油管內壁縮徑；同時注入水中固相懸浮顆粒、未沉積的腐蝕產物顆粒及管線及井筒表面由于注水沖刷剝離的腐蝕產物進入地層堵塞孔隙通道，導致滲透率下降，從而導致欠注、注不進[6]。

圖7 井下可視化監測Fig.7 Downhole visual monitoring

2.2.4 腐蝕結垢機理及影響因素分析

從“污水回注→注井組→注入井→儲層”整個是一個閉環系統，腐蝕介質來源關系密切[7]，注入水中含油、懸浮物、SRB 嚴重超標，分析結果見表4。

表4 注入水質分析Tab.4 Analysis of injected water quality

室內分析表明注水管線沉積物與井筒、近井地帶堵塞物主要為FeCO3、FeS、CaCO3等腐蝕結垢產物，導致腐蝕結垢的原因為注入水中結垢性離子及侵蝕性CO2、SRB等作用的結果。

水質為高礦化度鹽水，總礦化度平均為15 000 mg/L，水中Cl-含量很高，同時注入水中含硫化物、侵蝕性CO2和SRB，它們對油井腐蝕與結垢具有積極的促進作用。由于SRB的存在，將水質中的硫酸鹽還原生成硫化氫，使水中的硫化氫含量增加，水質發生惡化形成“黑水”，同時產生的硫離子與硫化氫與管線、井筒作用生成FeS 等物質，與CO2共同作用，導致腐蝕結垢，同時油管表面粗糙度大，易使腐蝕結垢產物附著并逐漸堆積導致管線及井筒縮徑及垢下腐蝕，最終導致管線、井筒腐蝕失效[8]。同時由于部分腐蝕結垢產物由于從管壁脫落而懸浮于水中，使水質出現二次污染，造成管線、井筒、地層堵塞與欠注現象。

3 注入井注入困難防治對策

3.1 治理對策

以保障安全平穩注入為首要目標，針對影響CO2驅注入系統欠注原因分析，根據油管縮徑、油管堵塞、近井油層堵塞等三類堵塞情況，針對性優選設計了連續油管熱洗+鉆磨、連續油管旋轉噴射+解堵液等解堵技術與措施（表5）。

表5 解堵技術及優缺點Tab.5 Plugging removal technologies and their advantages and disadvantages

3.2 注入系統針對性綜合防護技術

礦場注入管線與井筒材質以碳鋼為主，耐腐蝕性能差，使用年限較短，更換耐腐蝕管線成本較高，因此需要通過完善注入水處理工藝系統，保證注入系統中的含油、機雜合格，通過添加防腐藥劑，改善水質高腐蝕結垢性能，保障入井流體腐蝕速率及細菌含量合格。

針對藥劑優選，結合藥劑作用距離，配套完善了“接力加藥+水氣交替段塞+井口過濾”技術集成，形成了聯合站加藥防腐、注水站接力加藥及井口過濾的注入水井口達標的綜合防腐技術，保障地面管線內防腐效果與入井流體合格，減少井筒、地層二次污染，提高了管柱使用壽命和注入效果。

3.2.1 針對性防腐藥劑研發

根據注入水侵蝕性CO2、SRB 腐蝕特點，通過作用機理及主劑、輔劑優選，研發了緩蝕殺菌體系，提高了綜合防腐效果[9]。在注水系統工況條件下，腐蝕速率低于相關標準值0.076 mm/a，評價結果見表6。殺菌后SRB 含量9.5 個/mL，低于相關標準值25個/mL，殺菌效果顯著，評價結果見表7。

表6 緩蝕殺菌劑緩蝕效果評價Tab.6 Corrosion inhibition effect evaluation of corrosion inhibition fungicide

表7 緩蝕殺菌劑殺菌效果評價Tab.7 Bactericidal effect evaluation of corrosion inhibition fungicide

3.2.2 接力加藥工藝

注入系統防腐主要在聯合站污水泵出口加藥，從地面不同節點取樣分析表明，隨著藥劑在注水系統運移過程中的吸附與消耗，從聯合站—注水站—單井藥劑濃度逐漸降低的趨勢，注水站、井口藥劑殘余濃度低于有效作用濃度，導致腐蝕加劇[10]，根據單井管線及井筒防腐需求，設計應用了接力加藥工藝，通過在注水站中間節點的接力加藥，提高藥劑作用距離，實現了井口防腐及殺菌效果滿足指標要求，藥劑評價效果見表8。

表8 工藝實施前后不同節點加藥效果評價Tab.8 Dosing effect evaluation of different nodes before and after process implementation

3.2.3 井口過濾器應用

以控制鐵離子及鐵垢、碳酸鹽垢沉積為基礎[11]，通過過濾器應用試驗，實現入井水質達標，油井免修期穩步提高，設計應用了井口水質過濾器，降低了水質中懸浮物及含油量，提高了水質效果，過濾器應用前后水質對比評價見圖8。

圖8 井口過濾前后水樣對比Fig.8 Comparison of water samples before and after wellhead filtration

3.2.4 綜合防護技術應用效果

通過聯合站、注水站到井口的3 個重要節點加藥及過濾等技術實施，提高了干線、支線、單井管線及井筒的防護效果，保障了注水系統井口水質的達標率（圖9）。

圖9 井口水質達標率Fig.9 Qualified rate wellhead water quality

4 結論與認識

通過對儲層、近井地帶、井筒、井口、管線等重點環節堵塞物分析，確定注入井堵塞原因，形成了保障注水水質的針對性解堵工藝，保障了CO2驅礦場安全平穩注入。

（1）腐蝕結垢產物、機雜等二次污染是引起注入井注入困難的主要原因。

（2）針對注入系統水質的影響，研發了防腐藥劑體系，配套了接力加藥工藝與井口過濾器，保障了礦場防腐及水質控制效果。

（3）根據油管縮徑、油管堵塞、近井油層堵塞等三類堵塞現象，建立了連續油管沖洗、鉆磨、負壓解堵等防治技術。