油田注聚合物驱井堵塞机理研究进展

邵春雨

摘要：现阶段，在原油开采过程中，聚合物驱油得以广泛推广应用，但是，注聚井堵塞现象严重。本文从多角度对注聚井堵塞机理进行分析，以期丰富堵塞机理研究体系，提高聚合物驱油效果。

关键词：油田注聚合物;驱井堵塞机理;研究进展

引言

聚合物驱油技术作为一种改善油水流度比，提高注水波及系数的有效方法已在许多油田大规模推广应用。但随着该技术的深入应用，出现的诸如堵塞、产出水处理等问题也引起了各个油田的关注，特别是聚合物堵塞会影响后续聚合物的有效深入，严重时会导致油井产液量大幅下降甚至不产液，从而造成产油量较低，聚驱增油效果不明显。同时，随着油井含水的下降，见聚浓度的增加，产出液的成分发生了变化，产出液中的聚合物易携带地层中的颗粒运移，在井筒中产生堵塞，对油井的管柱及泵的工作环境产生影响，造成了泵效率低、事故率高，使油井产液能力下降。

1油田注聚合物驱井堵塞机理

1.1内部因素

1.1.1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%。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。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。

1.1.2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。

1.2外部因素

1.2.1微生物

目前，普遍存在于储层中的本源细菌有：硫酸盐还原菌、利用烃细菌、甲烷形成菌、孢子形成菌和耐盐产气的梭状芽孢杆菌。它们在储层中生长繁殖后形成菌落，并产生大量的代谢物。这些菌落和代谢物，还有代谢产物中的黏胶与铁离子结合物，都会造成地层堵塞。进一步的研究表明，厌氧菌与好氧菌相比，虽然对聚合物溶液有一定的降解作用，但其对聚合物解堵的作用有限。以某油田为例，就出现了配聚污水堵塞地层的现象，其原因是SBR还原菌将污水中的SO42-及其他高价含硫化合物还原成H2S，H2S腐蚀油水井管柱产生FeS沉淀，堵塞地层。

1.2.2无机物沉淀

地层水中普遍存在着钙、镁、铁离子等，当注入的聚合物与离子不配伍时，这些离子就会产生沉淀物堵塞油层。此外，油层中的黏土、机械杂质也会加重这种堵塞。郑俊德等对注聚合物井返排液和注聚岩心薄片进行X漫散射成像技术测试，发现聚合物以黏土（或砂粒）和碳酸盐类不溶物为胶核，包围在胶核周围形成胶团状堵塞物。随着注入量增加，胶团聚集变大，使得已经吸附了聚合物的地层堵塞加剧。如果地层是疏松的砂岩，那这种原因造成的堵塞将更为严重。卢祥国等对大庆油田几口堵塞井注入液和返排液中溶解性金属离子进行检测发现，溶液中的铝离子、铁离子和铬离子等促使聚合物形成局部或区域性网状分子结构。这种网状分子结构增大了聚合物的分子回转半径，并导致流动阻力增大，进而带来堵塞。在所有金属离子中，铁离子影响最大。由于管线的腐蚀，铁离子会大量进入注入流体，其中的三价铁离子能与聚合物分子交联形成网状结构，二价铁离子会使聚合物分子形成凝胶速度加快，生成量增加，所以为防止聚合物堵塞地层需严格控制铁离子的注入。

1.2.3聚合物

聚合物静态时，在岩石表面的吸附一般是单分子层，但在运动过程中，分子链会相互缠绕、并包容黏土颗粒等进行运移，使得地层中聚合物吸附不再以均一的单分子层进行吸附，导致渗流孔道变窄，降低了地层的吸液能力，更严重地可能堵塞岩石孔道。在砂岩储层中，因内表面积大，成岩矿物多样组合，黏土矿物含量高，所以当聚合物溶液在砂岩孔隙中流动时，更易发生吸附滞留。唐洪明等研究发现，在45℃静态条件下，黏土矿物对聚合物的吸附起主导作用，聚合物在黏土矿物上的吸附量是岩石骨架上的4～10倍;在动态条件下，聚合物溶液的流动性受其相对分子质量和分子结构的影响较大。

2堵塞机理的研究方法

（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。

结语

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因素众多，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。

参考文献：

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