油田注聚合物驱井堵塞机理研究进展

兰夕堂，郭布民，邹 剑，符扬洋，张 璐，陈 磊，袁 征，杨红斌

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油田服务股份有限公司，天津 300459；3.中国石油大学(华东) 石油工程学院，山东 青岛 266580)

在现场聚合物驱油中注聚井发生堵塞影响聚合物驱油效果，但目前解堵技术存在有效效果差、作用时间短、普适性差等问题[1]。因此需从本质上研究注聚井堵塞机理，从而研制出高效普适的解堵剂及解堵工艺。为解决注聚井堵塞问题，须从根本上研究注聚井堵塞机理，通过大量实验室及现场调研发现堵塞的原因是多方面[2]。本文根据堵塞特点将堵塞机理分为内因和外因分别进行综述，以期为注聚井堵塞机理及解堵技术进一步研究提供借鉴和参考。

1 堵塞机理

专家对堵塞机理研究发现注聚井堵塞是多种因素共同作用。本文从堵塞机理出发，将注聚井堵塞机理分为内、外部因素进行介绍。

1.1 内部因素

1.1.1 黏土矿物组成

储层因矿物组成多样易使聚合物在储层中发生吸附滞留。唐洪明等人[3]基于大庆油田研究了聚合物在储层中发生吸附滞留的主要因素在静态条件下取决于粘土矿物组成；动态条件下取决于聚合物相对分子质量及分子结构。粘土矿物组成对聚合物吸附滞留的能力由强到弱依次为：绿泥石>蒙脱石>高岭石>伊利石>石英[4]。

1.1.2 原油物性特征

原油中含蜡、胶质和沥青质易随温度、压力等条件的变化析出造成注聚井堵塞。海相储层原油中蜡、胶质沥青质含量较高。绥中36-1油田原油中含蜡量约为22.71%，胶质沥青质含量约为32.3%[5]。这种堵塞因形成过程缓慢造成的影响并不明显，当存在其他堵塞时原油物性特征造成堵塞常常被忽略[6]。因此分析堵塞机理时要先考虑原油物性特征并在设计解堵工艺时要优先考虑原油物性特征造成的堵塞。

1.1.3 储层非均质性

随着石油开采逐渐深入储层非均质性越严重易导致储层间渗透率变化范围加大易造成堵塞。付美龙等人[7]对河南油田长岩心进行注入性实验发现岩心渗透率越小、注入聚合物浓度越大、注入速率越大造成堵塞越严重。因此，在进行堵塞原因分析时根据不同储层特点选择不同的注入聚合物种类并计算相应注入速率是研究的重点方向。

1.2 外在因素

1.2.1 细菌及其代谢产物

细菌主要为储层中存在的硫酸盐还原菌和铁细菌，随着液体注入带入储层中的利用烃细菌、甲烷形成菌和孢子形成菌等。细菌及其代谢产物堵塞储层主要原因为：细菌大量繁殖形成菌落堵塞储层；细菌代谢产物形成具有粘度的液体堵塞储层；细菌代谢产生二氧化碳、二氧化硫等物质与铁、钙等离子形成硫化铁、碳酸钙等沉淀堵塞储层[8]。在油田开采中常使用采出水回注的方式，因此细菌及其代谢产物是造成储层堵塞的原因之一。

1.2.2 阳离子含量较多

配制聚合物溶液使用的注入水含有大量的钙、镁等离子，当注入流体与地层水不匹配时会产生沉淀物堵塞储层。注聚井驱中聚合物多含有羧钠基，在配制聚合物溶液时电离出的钠离子与二价离子发生离子交换使得聚合物吸附量变大导致储层渗透率下降造成堵塞[9]。在海上油田聚合物驱油中配制聚合物溶液多用海水直接配制造成储层堵塞现象更为严重。因此，对配置聚合物的注入水及储层原始地层水进行离子检测以减少堵塞。

1.2.3 聚合物分子尺寸

聚合物驱一般使用高分子有机物作为驱油剂，其分子大小与相对分子质量呈现正相关。Mullin[10]通过对长期注聚井研究发现长期注物井井口会有聚合物聚集，造成注聚井近井位置发生堵塞。因此，在进行聚驱前应对聚合物在注入水中的水动力学半径进行测量以适应储层孔隙度，减少因聚合物尺寸与储层不匹配造成的堵塞。

1.2.4 聚合物浓度

聚合物粘度高于水的粘度，因此聚合物在驱油过程中易造成储层中微粒运移造成堵塞。周万富[11]等人通过分析岩心损害程度发现高浓度聚合物混合不均匀是导致聚井堵塞的主要原因。张贤松等人[5]通过聚驱数值模拟软件对注入聚合物浓度与提高采收率效果进行模拟总结了聚合物注入浓度与储层孔隙度、井网井距之间的关系。因此需对聚合物浓度进行考察以减小对储层损害。

1.2.5 聚合物混合不均匀

配置聚合物溶液时会出现溶解不均匀或溶解不好等现象出现不溶物质和软胶团，这些物质由于在储层中分布不均匀导致堵塞[12]。对大庆油田注聚井现场返排物进行测试结果显示四分之一的返排物为未溶聚合物[13]。在实际配置聚合物溶液时会出现局部浓度过高，这些高浓度聚合物被直接注入储层会造成近井地带堵塞。

1.2.6 无机物

随着聚合物注入储层会有黏土、机械杂质等无机物随着聚合物注入进入储层在储层形成沉淀[14]。郑俊德等人[13]对堵塞物进行分析表明造成注聚井堵塞主要为不溶于水的无机物和粘土。无机物造成储层堵塞主要分为两方面：一是无机物在储层中逐渐沉积造成储层堵塞。二是聚合物会包裹无机物形成沉淀造成储层堵塞。

2 堵塞机理的研究方法

目前，对注聚井堵塞机理研究的方法主要有：

(1)离心法分析堵塞物中固体含量和聚合物含量。该方法适用范围广、费用低。但存在操作过程严格、不易掌握、可能出现分离时间长等问题。

(2)X射线多晶衍射仪分析堵塞物中无机物含量。该方法能够精确进行物相、定性、定量分析，但在测量方法上要求严格，否则会造成峰强弱的变化甚至出现峰的消失。

(3)扫描电镜分析堵塞物中元素含量。该方法可以获取被测样品本身的物理、化学性质。但其对待测样品要求不能含有水分、必须是无磁性、无毒性且成分稳定。

(4)红外光谱仪分析堵塞物中特性基团。红外光谱对样品适用性广泛。但是随着仪器的进步、低温技术的应用波谱图需要进行不断修改；且通过红外光谱对波峰对比分析不能作为一个完整的结构判断手段。

(5)物模驱替实验，利用一维长填砂管、三维模型进行驱替实验，借助各个测压点测出压力、采出液组分、岩心渗透率变化分析注聚过程中不同深度堵塞情况。在实验结束后对各个测试点位的无机、有机组分进行分析，确定注聚过程中堵塞物分布规律。

(6)数值模拟分析，基于聚合物、原油特性及在孔隙性介质中流动特征建立并求解渗流模型；将模型结合现场注采动态监测资料结合获得注聚井前缘半径及极限前缘半径；通过与物模实验对比分析得到堵塞物吸附滞留最严重区域。

3 结论

注聚合物驱是国内外提高采收率的主要手段，影响注聚合物驱效果的主要因素为：黏土矿物组成、原油物性特征、储层非均质性；细菌及其代谢产物、阳离子含量、聚合物分子尺寸、聚合物浓度、聚合物混合不均匀、无机物含量等。通过大量实验室模拟实验及现场应用表明造成注聚井堵塞的原因是多方面的，一般多为几个因素共同作用。因此需要丰富注聚井堵塞机理分析体系，为丰富注聚合物井的解堵剂种类、解堵工艺奠定夯实的基础。