一种新型注聚合物井解堵体系的研究与应用

黄利平，赵文森，崔盈贤，高建崇，周际永

(1.中海油能源发展股份有限公司，天津 300452;2.中海油研究总院，北京 100027;3.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引言

早在2003年，渤海油田就开展了单井聚合物驱实验，并取得了良好的开发效果。目前渤海有SZ36－1、LD10－1和 JZ9－3等聚合物驱油田，随着注聚规模的扩大，注聚井堵塞等造成单井注入压力过高，不能达到配注要求等问题日益明显，注聚合物井解堵增注已成为渤海聚合物驱油田高效开发的关键。国内外在聚合物解堵技术方面[1－6]已积累了一些成功的经验，比较成熟的是采用氧化剂氧化降解的方法。国内陆地注聚合物油田常见的解聚合物体系有醛类双氧水体系、二氧化氯体系、过氧化物体系、过硫酸盐体系和生物酶等体系[7－9]。渤海注聚合物油田2011年开始采用氧化解聚合物体系，取得了一定的降压增注效果，但目前的解聚合物体系仍存在一定的缺陷，如解聚合物体系主剂单一，综合性能有待加强，活性物质释放控制难度大，存储运输安全性有待进一步提高和施工工艺要求较高等。在总结现有海上注聚合物油田解堵成功经验的基础上，研发了ZJ－02复合氧化解聚合物体系，室内系统实验表明，该体系综合性能优良，使用安全方便，现场应用效果良好。

1 注聚合物井堵塞机理认识

渤海各注聚合物油田使用的聚合物类型不同，分子质量也不同，均是聚丙烯酰胺类的高分子聚合物。注聚合物井堵塞机理方面，主要包括注聚合物过程中聚合物的吸附捕集，鱼眼、交联聚合物及老化交联物等有机堵塞，结垢、机杂和腐蚀产物等无机堵塞，以及有机堵塞物与无机堵塞物相互包裹形成的复合堵塞等，具体原因[10－11]包括以下几方面。

(1)聚合物驱用水溶性高分子聚合物溶于水后与带相反电性的岩层粒子产生静电和氢键的吸附，是所有注聚合物开采油田中不可避免的问题，也是导致注聚合物井堵塞最根本的原因。储层矿物组成、油层厚度、渗透率分布、配聚合物用水质等都会造成聚合物在地层的吸附量明显增加，诱发注聚合物井堵塞。研究的3个油田都存在导致聚合物在地层吸附量增加的不利因素。

(2)现场聚合物溶液配制过程中，部分聚合物熟化不充分或稀释不均，管线内产生局部浓度很高的近似胶状物的聚合物溶液注入地层后，极易造成堵塞。

(3)聚合物干粉中含有少量的水不溶物，聚合物分子包裹水不溶物形成鱼眼或交联物，导致筛管或近井地层堵塞。

(4)聚合物分子与Fe3+等金属阳离子结合，形成黏度更大的交联聚合物，交联物在筛管或近井积聚，造成堵塞。

(5)聚合物分子包裹配液水中的无机盐或机杂等无机物颗粒，形成聚合物胶团，造成堵塞等。

2 注聚合物井解堵机理

结合注聚合物井堵塞机理，注聚合物井解堵主要包括有机物降解和无机物溶蚀2方面，主要解决方法是酸溶蚀法和氧化降解法。酸溶蚀主要通过常规酸液体系对无机堵塞物进行溶蚀，但常规酸液对聚合物等有机堵塞作用不大;氧化剂对聚合物等有机堵塞有很好的降解作用，其主要机理是通过氧化剂释放活性物质的强氧化性，氧化降解有机堵塞物高分子长链，达到降解有机堵塞物的目的。

3 ZJ－02复合氧化解堵体系室内评价

ZJ－02体系常态下为稳定的白色粉末状固体颗粒，其成分主要由过氧化钙主剂、亚氯酸盐和过硫酸盐辅剂、多元有机酸及添加剂组成，现场使用时按配方浓度直接溶解，溶解后直接挤注即可。

3.1 聚合物溶液配制

以SZ36－1注聚合物油田为例，SZ36－1油田使用的聚合物为疏水缔合型聚合物AP－P4，母液配制浓度为5000 mg/L，现场注聚浓度为1750 mg/L。配制母液:取一定量的AP－P4在转速为400±5 r/min的搅拌条件下加入到45℃的模拟地层水中，溶解2 h后备用。配制目标溶液:将放置24 h后的母液在45℃、转速为400±5 r/min的搅拌条件下，与模拟地层水混合稀释至目标浓度，1 h后备用。

3.2 模拟交联物的制备

模拟堵塞物为聚合物溶液的交联体。将5000 mg/L的聚合物溶液采用交联剂进行交联而成。交联体系为实验室有机铬交联体系，浓度为2%。要求交联后的聚合物体系具有良好的弹性和挑挂性能，能完全达到地层堵塞物的性状。

3.3 模拟交联物溶蚀实验

分别用蒸馏水和模拟地层水配制浓度1%的ZJ－02氧化体系解堵液，将配制好的解堵液分别与模拟交联物按质量比1∶5混合，模拟地层温度(65℃)条件下静置反应 1、2、4 h，实验结束后用200目筛网过滤反应残液，并称重，计算交联聚合物溶蚀率，结果见表1。由表1可知，ZJ－02氧化体系溶蚀交联聚合物性能优良，且对配液水质要求低。

表1 模拟交联物溶蚀实验

3.4 用量优选实验

1%氧化体系配液浓度条件下，将氧化体系与不同浓度聚合物溶液以质量比为0.10∶1.00、0.25∶1.00、0.50∶1.00、0.75∶1.00、1.00∶1.00进行混合，65℃条件下静置反应2 h，测定残液黏度，并计算降黏率，实验结果见图1。由图1可知，随着氧化体系用量的增加，反应残液的黏度降低，聚合物溶液降黏率增加，质量比为1.00∶1.00条件下聚合物溶液降黏最充分。

图1 氧化体系用量优选实验

3.5 浓度优选实验

将浓度为1750、3000、5000 mg/L的聚合物溶液分别与不同浓度的氧化体系溶液按照质量比1∶1混合，65℃下静置反应2 h，测定反应后液体的黏度，计算降黏率，结果见表2。由表2可知，在氧化体系配液与聚合物溶液质量比为1∶1条件下，随着氧化体系配液浓度的增加，聚合物溶液的降黏率增加，推荐氧化体系使用浓度为1.00%。

表2 氧化体系浓度优选

3.6 反应时间优选

1%氧化体系浓度情况下，将浓度为1750、3000、5000 mg/L的聚合物溶液与氧化体系配液按照质量比1∶1混合，65℃条件下静置反应0.5、1.0、1.5、2.0 h，分别测试不同反应时间条件下的残液黏度，并计算降黏率，结果见表3。由表3可知，随着反应时间的增加，聚合物溶液的降黏率逐渐增加，推荐反应时间应不低于2 h。

表3 氧化体系反应时间优化

3.7 残液对后期注聚合物影响实验

1%氧化体系浓度条件下，将氧化体系配液与不同浓度聚合物溶液按质量比1∶1混合，65℃下静置反应2 h，测试残液黏度;将残液再与聚合物母液按质量比1∶1混合，65℃下静置反应2 h，再次测试残液黏度;依次取二次反应残液与聚合物母液按质量比1∶1混合，65℃下静置反应2 h，测试反应物残液黏度。当最终测试残液黏度与用同比例蒸馏水一次稀释聚合物溶液黏度相近时，残液影响实验结束。表4为残液对后期注聚合物影响实验结果。由表4可知，残液与母液反应3次后，基本失去活性，对后期注聚合物基本无影响。

表4 残液对后期注聚合物影响实验

3.8 腐蚀实验

选用标准N－80钢片按1 cm2面积对应20 mL的1%浓度氧化体系溶液，在90℃条件下静止反应4 h，测得平均腐蚀速率为0.12 g/(m2·h－1)，氧化体系溶液对钢片基本不腐蚀。

3.9 产气量测试实验

使用排液采气法，分别测试500 mL1%ZJ－02氧化体系不同配液水温度条件下，不同时间产气量(见图2)。由图2可知，常温条件下，ZJ－02氧化体系水溶液活性基本不释放，当温度为50℃时，活性短时间内集中释放。

图2 1%ZJ－02溶液产气量测试实验

3.10 动态驱替模拟实验

模拟SZ36－1油田的现场注聚环境，利用实验室的酸化流动实验仪进行实验。实验中用到的填砂管柱规格为Φ25 mm×600 mm，采用40～60目的石英砂填充而成，驱替流量为1 mL/min。实验步骤:①用模拟地层水正向驱替填砂管柱，待压力稳定后，测定填砂管原始渗透率为K1;②用聚合物溶液反向驱替填砂管管柱，待压力稳定后，将填砂管管柱取下放置在65℃烘箱中老化48 h;③将老化堵塞的填砂管正向驱替地层水，待压力稳定后，测定填砂管伤害后的渗透率K2;④解堵工作液体系反向驱替解堵，注入2倍孔隙体积的解堵工作液后，放置2 h，再进行后续实验;⑤反应后用模拟地层水正向驱替解堵后的填砂管，待压力稳定后，测定填砂管解堵后的渗透率为K3。实验测得填砂管初始渗透率平均值为6013×10－3μm2，模拟堵塞后渗透率平均值为902×10－3μm2，解堵后渗透率平均值为4053×10－3μm2，解堵后填砂管渗透率恢复率为67.4%。可见，经氧化体系解堵后，填砂管渗透率恢复明显。

4 现场应用情况

ZJ－02复合氧化解堵体系室内综合性能优良，现场施工安全简便，活性成分释放可控，常温下固体颗粒溶于水后活性基本不释放，注入地层后，由于温度升高或酸性环境，活性才集中释放。2014年10月，渤海油田某注聚合物井使用ZJ－02复合氧化解堵体系配合常规酸化进行解堵，效果见表5。

表5 渤海油田某注聚合物井解堵效果

由表5可知，该井解堵前注入压力为9.85 MPa，日注入量为260 m3/d;解堵后注入压力为9.85 MPa，日注入量为445 m3/d，视吸水指数由26.40 m3/(d·MPa)增加到45.18 m3/(d·MPa)，是原来的1.71倍，基本达到配注要求，增注效果明显。

5 结论

(1)对于渤海注聚合物油田注聚合物井高压欠注问题:无机物堵塞，常规酸液能起到很好的解堵作用;有机堵塞，氧化体系能起到很好的降解作用。采用氧化体系+酸的复合解堵模式，能较好地解决渤海油田注聚合物井的堵塞问题。

(2)在渤海注聚合物油田现有氧化体系解堵成功经验的基础上，结合各现有体系的优缺点，研发复配出的ZJ－02复合氧化解堵体系，具有综合解堵性能优良、存储运输安全、施工工艺简单和活性释放可控等优点。

(3)现场应用表明，ZJ－02复合氧化解堵体系结合常规酸化，单井解堵效果良好。

[1]覃忠校，黎石松，等.二氧化氯复合解堵工艺的研究及应用[J].石油钻探技术，2002，30(3):63－65.

[2]刘新华.RES－2型聚合物解堵剂的研究[J].断块油气田，2005，12(2):78 －79.

[3]陈渊，谢建军，等.聚合物驱细分复合解堵技术的研究与应用[J].特种油气藏，2004，11(5):101－104.

[4]张建华.聚合物凝胶体系在孔隙介质中交联及运移封堵性能研究[J].油气地质与采收率，2012，19(2):54－56，63.

[5]曹瑞波，王晓玲，韩培慧，等.聚合物驱多段塞交替注入方式及现场应用[J].油气地质与采收率，2012，19(3):71－73.

[6]郑悦，王华，沙宗伦，等.喇嘛甸油田3－4#站聚合物驱交替注入试验[J].大庆石油地质与开发，2012，31(3):134－139.

[7]孙刚，李长庆，张新民，等.十二烷基苯磺酸钠对疏水缔合聚合物溶液流变性的影响[J].大庆石油地质与开发，2012，31(5):132 －136.

[8]张建忠，侯吉瑞，唐红娇，等.CMC与丙烯酸聚合物注入性能与运移性能[J].大庆石油地质与开发，2012，31(6):151－155.

[9]楚艳苹.聚合物表面活性剂在强碱复合驱体系中的应用[J].大庆石油地质与开发，2013，32(2):102－105.

[10]郑俊德，张英志.注聚合物井堵塞机理分析及解堵剂研究[J].石油勘探与开发，2004，31(6):108－111.

[11]张浩，龚舒哲.注聚合物井堵塞因素分析[J].大庆师范学院学报，2005，25(4):16 －18.