ZSJJ-3型聚合物解堵新技术实验研究①

2014-09-11李平

石油与天然气化工 2014年6期

李平

(中石化胜利油田分公司孤岛采油厂)

胜利油田自1992年在孤岛中一区Ng3开展聚合物驱“先导”、“扩大”试验成功后，聚合物驱规模不断扩大。到目前，聚合物驱投入项目29个，累计增产原油1 711.8×104t，平均提高采收率7%。随着油田的进一步开发，目前已有23个区块陆续转入后续水驱，涉及储量31 948×104t，约占聚驱投入储量的70%，年产原油155.54×104t，占注聚采油厂水驱开发的主要地位。注聚井主要是清水配聚，污水伴注；后续水驱注入井主要以回注污水为主，在聚驱及后续水驱开发过程中，存在着注入压力高，注入困难等问题。统计后续水驱单元开注水井1 050口，53%注水井油压、干压持平；欠注井198口，占总开注水井的19%，日欠注水达10 036 m3。在清除聚合物堵塞物方面，普通的酸化液具有各自针对性〔1-3〕，作用效果不明显。国外主要是用二氧化氯的强氧化作用消除聚丙烯酰胺对井底造成的堵塞。国内用于聚合物解堵的方法主要有两种：一是以降解聚合物为主，二是非氧化降解体系。降解聚合物体系主要有二氧化氯、DOC-8聚合物解堵剂、新生态二氧化氯复合解堵剂及不含二氧化氯的强氧化型聚合物解堵剂,配方组成为15%(w)HCl+3%(w)HF+0.3%(w)EDTA+0.05%(w)K2S2O8+0.01%(w)二苯基硫脲+0.05%(w)三乙醇胺+1%(w)AS。非氧化降解体系有聚环氧氯丙烷-二乙烯三胺、聚环氧氯丙烷-二甲胺，能降低聚合物的黏度；聚合物解吸剂PEG-400和乙醇胺，对已注聚岩心，注入解吸剂后，注聚压力下降，岩心渗透率恢复值达26%～88%。

由于目前常用的聚合物降解剂氧化性强、安全风险高，而非氧化降解体系对地层内的胶块状聚合物无能为力。因此，研究了聚合物堵塞机理及堵塞物成分，开发了新型聚合物解堵剂，并进行了现场试验，取得了显著的效果。

1 实验方法

1.1 堵塞物及胶块聚合物分析方法

称取一块样品，用甲苯溶解、自然干燥，利用失重法计算原油含量。将洗过油的堵塞物进行灼烧，利用失重法计算聚合物含量；将样品灼烧后的残渣用1∶1盐酸溶解，6 h后过滤、干燥，计算可溶物含量，最后剩余的就是泥沙。

1.2 活性氧测定

2 堵塞原因及堵塞物成分分析

聚合物在近井地带的堵塞主要原因[4]为：①聚合物在地层中的吸附、滞留、捕集以及与地层中离子作用交联对储层造成的堵塞；②后续水驱过程中，注污水中的悬浮物、含油及结垢离子与污水中离子结垢造成堵塞，聚合物堵塞物与后期污染堵塞共同作用，对储层近井地带造成严重堵塞，由于长期注入，近井地带形成异常高压带。因此，在停注、洗井或作业起管过程中会造成地层的返吐。图1为胜利油田4口注聚转后续水驱井堵塞物的情况。

表1 胜利油田注聚井堵塞物成分分析

通过室内实验分析，聚驱及后续水驱注入井堵塞物的主要成分见表1。由表1可知，井内吐出物主要为聚合物与储层矿物的反应产物及注水结垢，堵塞物中聚合物平均质量分数为38.2%，碳酸盐、铁盐等可溶物平均质量分数为38.1%，是主要的堵塞成分。

3 ZSJJ-3聚合物解聚剂的研制及性能评价

3.1 聚合物解聚剂主体成分优选

对于聚合物堵塞物的解堵应用效果好的仍然以氧化物为主[5-8]。常用的解堵剂有二氧化氯、双氧水、过氧化钙、过硫酸盐等解堵剂。在应用过程中，是二氧化氯、双氧水等存在不稳定、容易失活问题，过氧化钙应用后产生大量Ca2+，容易结垢，会产生二次伤害；二是在注入的过程中容易腐蚀管柱；三是存在安全隐患。因此，优选解聚剂主体成分时仍以氧化解堵为主，但要求在常温下稳定，反应后不产生二次伤害物质，室内先期优选确定ZS-1#，ZS-2#，ZS-3#3种解聚剂。通过对现场聚合物胶块溶解、聚合物溶液降解的研究，确定解堵剂的主要成分。不同降解剂在48 h、室温下的降解结果见图2和表2。

表2 不同降解剂的降解情况统计

由以上实验结果可知，新型解聚剂ZS-1#和ZS-3#解聚剂均能完全溶解胶块聚合物，其中ZS-1#解聚剂在25 ℃就可以完全溶解聚合物胶块，ZS-3#解聚剂需要温度大于40 ℃才能完全溶解。虽然双氧水、ZS-1#、ZS-3#都能完全溶解胶块聚合物，但是，双氧水氧化性强，存在安全隐患，现场已经禁止使用。ZS-1#虽能完全溶解胶块聚合物，但是在水中溶解度小，不利于现场泵注。因此，确定ZS-3#为解聚剂的主体成分。

3.2 解聚剂的包覆工艺[9-11]

本研究中选择硬脂酸与石蜡作为包膜主剂，其特点是在50 ℃以下不溶解，在55 ℃溶解较快。

根据现场具体施工要求，解聚剂应在50 ℃以上缓慢溶解释放。优选适合的包衣材料。在60 ～65 ℃条件下，将包衣材料熔化，边加热边搅拌，使包衣材料包裹在解聚剂微粒的表面；颗粒冷却后，表面的包衣材料变成固体，隔断颗粒与颗粒、颗粒与外界的直接接触，达到提高解聚剂稳定性的目的。

主要工艺：将解聚剂粉碎成微小颗粒；包膜剂在一定温度下熔解、雾化；解聚剂颗粒经过包膜材料形成的雾化带，一定时间后进入出口管道冷却，形成均匀固体颗粒收集封装，即制得ZSJJ-3型解聚剂。

3.3 性能评价

3.3.1常温稳定性评价

测定了不同温度、不同时间下活性氧的释放量(表3)。从表3可以看出，在50 ℃以下时，解聚剂是较稳定的，基本不分解；55 ℃时，逐步开始释放活性氧，60 ℃释放活性氧速度明显加快。这表明，该解聚剂具有常温稳定性，储层温度下则会随着时间的变化，短时间内释放出大量活性氧。

表3 不同时间、不同温度下活性氧释放情况

3.3.2对聚合物的降黏性能的评价

结合胜利油田注聚现场情况，在室内用胜利油田常用聚合物配制成质量浓度为5 000 mg/L的溶液，用5%(w)的ZSJJ-3型解聚剂，在55 ℃、不同时间的降黏率见表4。

表4 不同时间下的黏度变化情况

用胜利油田常用聚合物，在室温下反应8 h,对其降黏特性进行考察，结果见图3。图3表明，随着解聚剂质量分数的增大，其降黏率在不断升高。在解聚剂质量分数为3%时，其降黏率达到85%以上，解聚剂质量分数为5%时，其降黏率达到98%以上，表现出良好的降黏效果。

3.3.3对现场聚合物胶块溶解性能评价

试验用聚合物胶块为现场施工井底吐出物质，其主要成分有：有机聚合物30%(w)～50%(w)，无机结垢30%(w)左右，酸溶物40%(w)左右。表5(解聚剂质量分数为5%，解聚剂溶液∶现场胶块=20∶1。55℃的溶解时间为6 h，50 ℃的溶解时间为12 h ，45 ℃的溶解时间为18 h)列举了6口井现场取回的聚合物胶块溶解性试验情况。从表5可以看出，ZSJJ-3型解聚剂对现场聚合物胶块具有良好的溶解能力，其能使聚合物胶块全部溶解，溶解后黏度在10 mPa·s以下，平均为5.3 mPa·s。

表5 ZSJJ-3型解聚剂对聚合物胶块的溶解性试验

3.3.4腐蚀性评价

测定了60 ℃温度下，ZSJJ-3型解聚剂对N80试片的腐蚀性能。实验表明，在储层温度下，其具有较低的腐蚀性，其腐蚀速度为0.45 g/(h·m2)，远小于井下施工对管柱腐蚀性标准要求。

4 现场试验情况

采用ZSJJ-3型解聚剂在孤岛油田注聚井GDB21-1C12进行了现场试验。

该井于2012年12月13日开始注聚，累计注聚3.7×104m3；初始注聚压力12.5 MPa、日注聚140 m3；施工前注聚压力14.0 MPa，日注聚80 m3。分析原因为注入聚合物及污水共同影响，已造成严重堵塞。对该井实施了以ZSJJ-3型解堵剂为主的复合解堵工艺技术。实施前先期酸化预处理近井地带污水污染，再实施聚合物解堵。该井于2013年11月5日顺利完成施工，共注入解堵剂92 m3，现场施工压力由13 MPa降至9 MPa，压力降低明显。该井注聚4个月以来，注聚压力稳中有降，注聚压力由14 MPa降低至10 MPa，日注由80 m3上升至100 m3(配注100 m3)，已累计增加注聚量2 000 m3。