淺析渤海注聚油田地層堵塞物成分及機理

常 偉

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

淺析渤海注聚油田地層堵塞物成分及機理

常 偉

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

海上油田自2003年逐步開展聚合物驅技術的現場試驗測試和擴大工業試驗以來，注聚合物井堵塞問題日益加重，本研究淺析渤海某代表性油田的注聚井堵塞機理，其中包括聚合物堵塞、粘土礦物堵塞、含硫和鐵的沉淀物堵塞、碳酸鹽堵塞以及油污堵塞，以及聚合物與固體顆粒以及油污的共同作用所引起的堵塞，對于海上注聚井解堵具有重要借鑒作用。

堵塞；聚合物；現場試驗

1 堵塞物主要成因及機理

1.1 注聚地層堵塞物的成分

不同地層或層段的地層堵塞物有一些差異，但是從井筒返排物樣品分析結果來看，注聚井地層的堵塞物成分大多是由無機物和有機物組成的。例如大慶某注聚油田2-5-P38注聚井附近井堵塞物的成分主要分為：有機物18.9 %、無機物19%和水59%。

1.2 地層中聚合物的吸附滯留

當聚合物靜態吸附巖石表面時一般是單分子層，但是在流體流動的過程中，分子鏈大的會互相交聯，并與粘土顆粒混合在一起［1］，使得聚合物吸附層不再是均勻的單分子層吸附，導致滲流孔道不斷變窄，滲透率、吸液能力均下降，最終可能會導致巖石孔隙堵塞。

1.3 無機物沉淀物造成的堵塞

地層水中存在較多的鐵、鎂、鈣等離子，當地層離子與注聚物與不配伍時，就會產生反應生成沉淀物堵塞儲層。除此之外，油層中的機械雜質、粘土顆粒會使這種堵塞情況加劇。鄭俊德等對注聚巖心薄片和注聚合物井返排液進行X漫散射成像技術測試［2］，發現聚合物以碳酸鹽類不溶物和粘土（或砂粒）為膠核，形成堵塞物。

1.4 聚合物溶液混合不均勻

配制過程中，由于聚合物攪拌不均勻或者是溶解不徹底，溶液中會出現軟膠團和不溶物。這些軟膠團和不溶物會增加注入難度，同時也會造成儲層的堵塞。在現場施工過程中，由于混合攪拌不均勻，管柱和管線內出現許多的不溶物，當這些不溶物注入地層時，就會在近井地帶堆積，最終導致地層堵塞［3］。

2 S油田堵塞原因分析

選取具有代表性的渤海S，L，J油田的堵塞物作為分析堵塞機理的對象，從S油田堵塞物的成分可以看出，聚合物和粘土礦物占了絕大部分，而且以聚合物纏繞或包裹粘土礦物的形式存在；硫化物、碳酸鹽和油污也占有較大比重。

現場取回的垢樣具有聚合物交聯體的特性，交聯強度大，目測垢樣中聚合物的團狀物較多，分析現場垢樣的有機物（主要成分為HPAM）含量約為60%（聚合物交聯體含水測量）以上。

通過實驗分析，得出結論S油田堵塞物狀態及原理特點，如表1所示。

表1 堵塞原理及特點

由此可以把S油田注聚堵塞原因歸結為以下幾點：

1）聚合物和粘土等礦物顆粒相互纏繞，包裹而形成的膠團；

2）硫或鐵的反應產物形成的沉淀；

3）油污的堵塞和其與其他堵塞物纏結而形成的復合體；

4）聚合物配質過程中出現的溶解不均勻現象。

3 L油田堵塞原因分析

3.1 堵塞物成分分析

L油田堵塞物成分分析結果可以看出，油污、有機物（HPAM）、和鈣鹽占了堵塞物成分的絕大部分，其中鈣鹽分為硅酸鈣和碳酸鈣，硅酸鈣為粘土礦物，碳酸鈣為碳酸鹽巖。

垢樣呈黑色、致密、膠結狀，有一定的彈性。主要由油污、有機物、無機物等組成，其中油污占19.6%，有機物占40.3%，碳酸鈣、無機粘土礦物以及腐蝕產物占40.1%。和S油田的堵塞物成分相比，L油田的粘土礦物和硫化物所占比例較小，而其有機物含量較大，但總體來說兩個油田的堵塞物成分大體一致。

3.2 堵塞機理分析

根據油田中堵塞物成分的分析，其中鐵占5.3%，可以看出，注聚過程中向油層引入了大量亞鐵離子。通過及以上實驗分析，L油田注聚井堵塞主要原因：聚合物分子與三價鐵離子發生分子內或分子間交聯（交聯物）；聚合物包覆了粘土、機雜、無機垢、鐵腐蝕產物等形成軟膠團似膠狀物（復合垢）；聚合物溶液配制及稀釋過程不充分，易形成“魚眼”和軟膠團。

4 J油田堵塞物樣品分析

4.1 堵塞物成分分析

從J油田堵塞物形態，可以看出，堵塞物已經呈現粘稠膠狀，這是油污、聚合物和固體顆粒共同作用的結果。從J油田堵塞物成分分析可以看出，J油田堵塞物成分主要為油污、有機物（HPAM）、鐵礦物和硅鋁礦物。和S，L油田相比，J油田中堵塞物的氧化鐵明顯增多，而碳酸鹽巖基本沒有。但總體上其堵塞物組成和S，L油田相差不大。

對J油田堵塞物肉眼觀測，垢樣中可見大塊膠團物質，其余為油污混合的泥土礦物為主。在研究中發現，垢樣主要由油污、有機物、無機碳酸鹽、無機粘土礦物以及腐蝕產物等組成。垢樣中聚合物絮狀物的含量達到了62.8%。

4.2 堵塞機理分析

J油田平均泥質含量為15%，粘土礦物主要為蒙脫石，平均相對含量為60.6%，儲層存在水敏，臨界礦化度為3 250mg/L，水敏指數為0.61，儲層中等偏強水敏。

通過以上實驗數據分析，J油田注聚井堵塞主要原因：粘土礦物水化膨脹，以及膨脹后粘土微粒與聚合物形成的復合堵塞；注聚過程中產生復合垢，造成地層堵塞；Fe3+等高價金屬離子與聚合物分子形成交聯聚合物堵塞；聚合物溶液配制及稀釋過程不充分，易形成“魚眼”和軟膠團等。

5 結論

總體來說，渤海S油田、L油田和J油田的堵塞物成分大體上是一致的，三個油田的堵塞機理也相差不大即：

1）聚合物和粘土等礦物顆粒相互纏繞，包裹而形成的膠團；

2）硫或鐵的反應產物形成的沉淀；

3）油污造成的堵塞及油污與其他堵塞物纏結而形成的復合體；

4）聚合物配質過程中出現的溶解不均勻現象。

［1］ 李國，王鑫，王慶國，等.新型聚合物驅注入井解堵增注技術［C］.//三次采油技術研討會論文集，2003.

［2］ 姜學明，劉明立，張學昌，等.二氧化氯與酸液協同解堵工藝與應用效果［J］.石油勘探與開發，2002，（6）：103-104.

［3］ 覃忠校，黎石松，張興建，等.二氧化氯復合解堵工藝的研究及應用［J］.石油鉆探技術，2002，（3）：63-65.

熱泵的工藝流程如圖5所示。從工藝流程圖可以看出，實際應用流程非常簡單，只是把冷卻循環水引到熱泵機房，把排入空氣的溫水廢熱，通過熱泵機組提高品位，輸送給熱用戶即可。

圖5 熱泵工藝流程圖

溴化鋰吸收式冷水機組包括熱水二段型機組、熱水單效型機組和熱水兩級型機組，可提供65℃以上熱水和10℃左右的冷水 用于空調或工藝需求，各種熱水型機組的制冷量范圍，熱源條件，使用范圍等見表1。

熱泵技術用于高溫粉料半焦余熱利用，其特點有：系統流程簡單，運行可靠；降低冷卻水蒸發損失，節約冷卻水用量及水處理的費用；水為制冷劑，環保效果明顯，可減少對環境的熱污染，有利減緩大氣變暖趨勢；可提供7℃左右的冷水用于空調及工藝冷卻。一般適用于半焦規模10～50萬t/a，一次設備投資較大。

3 結論

余熱回收利用是節能環保的有效途徑，在粉煤低溫干餾工藝中應充分得以利用，上述幾種余熱回收方案總結見表2。

表2 高溫粉料半焦余熱回收方案比較

總之，在規模化高溫粉料半焦余熱回收選取余熱回收方案時，應根據項目地的資源條件，特別是水資源條件，余熱利用的目的，項目生產規模及投資，環保成本等選取最優方案。

參考文獻

［1］ 蔣志祥，陳輝，董明.高溫熱泵回收電廠冷凝廢熱用于集中供熱技術［C］.//中國制冷學會2007學術年會.

［2］ 張長江.溴化鋰吸收式技術在余熱利用領域中的應用［J］.上海電力，2009，（4）.

Composition and Mechanism of Formation Clogging in Bohai Oilfield

Chang Wei

Since the fi eld test of polymer fl ooding technology and the industrial test of polymer fl ooding in 2003，the plugging problem of polymer injection wells has been aggravated day by day.In this study，the plugging mechanism of polymer injection wells in a typical oilfi eld in Bohai is analyzed.Clogging of clay minerals，clogging of sulfur and iron sediments，clogging of carbonate and clogging of oil，and clogging caused by co-action of polymer with solid particles and oil，are important for the plugging of offshore injection wells Reference.

plugging；polymer；fi eld test

TE53

B

1003-6490（2016）07-0029-02

2016-07-07

常偉（1980—），男，四川中江人，工程師，碩士在讀，主要研究方向為石油工程。