油田注聚合物驅井堵塞機理研究進展

蘭夕堂，郭布民，鄒 劍，符揚洋，張 璐，陳 磊，袁 征，楊紅斌

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油田服務股份有限公司，天津 300459；3.中國石油大學(華東) 石油工程學院，山東 青島 266580)

在現場聚合物驅油中注聚井發生堵塞影響聚合物驅油效果，但目前解堵技術存在有效效果差、作用時間短、普適性差等問題[1]。因此需從本質上研究注聚井堵塞機理，從而研制出高效普適的解堵劑及解堵工藝。為解決注聚井堵塞問題，須從根本上研究注聚井堵塞機理，通過大量實驗室及現場調研發現堵塞的原因是多方面[2]。本文根據堵塞特點將堵塞機理分為內因和外因分別進行綜述，以期為注聚井堵塞機理及解堵技術進一步研究提供借鑒和參考。

1 堵塞機理

專家對堵塞機理研究發現注聚井堵塞是多種因素共同作用。本文從堵塞機理出發，將注聚井堵塞機理分為內、外部因素進行介紹。

1.1 內部因素

1.1.1 黏土礦物組成

儲層因礦物組成多樣易使聚合物在儲層中發生吸附滯留。唐洪明等人[3]基于大慶油田研究了聚合物在儲層中發生吸附滯留的主要因素在靜態條件下取決于粘土礦物組成；動態條件下取決于聚合物相對分子質量及分子結構。粘土礦物組成對聚合物吸附滯留的能力由強到弱依次為：綠泥石>蒙脫石>高嶺石>伊利石>石英[4]。

1.1.2 原油物性特征

原油中含蠟、膠質和瀝青質易隨溫度、壓力等條件的變化析出造成注聚井堵塞。海相儲層原油中蠟、膠質瀝青質含量較高。綏中36-1油田原油中含蠟量約為22.71%，膠質瀝青質含量約為32.3%[5]。這種堵塞因形成過程緩慢造成的影響并不明顯，當存在其他堵塞時原油物性特征造成堵塞常常被忽略[6]。因此分析堵塞機理時要先考慮原油物性特征并在設計解堵工藝時要優先考慮原油物性特征造成的堵塞。

1.1.3 儲層非均質性

隨著石油開采逐漸深入儲層非均質性越嚴重易導致儲層間滲透率變化范圍加大易造成堵塞。付美龍等人[7]對河南油田長巖心進行注入性實驗發現巖心滲透率越小、注入聚合物濃度越大、注入速率越大造成堵塞越嚴重。因此，在進行堵塞原因分析時根據不同儲層特點選擇不同的注入聚合物種類并計算相應注入速率是研究的重點方向。

1.2 外在因素

1.2.1 細菌及其代謝產物

細菌主要為儲層中存在的硫酸鹽還原菌和鐵細菌，隨著液體注入帶入儲層中的利用烴細菌、甲烷形成菌和孢子形成菌等。細菌及其代謝產物堵塞儲層主要原因為：細菌大量繁殖形成菌落堵塞儲層；細菌代謝產物形成具有粘度的液體堵塞儲層；細菌代謝產生二氧化碳、二氧化硫等物質與鐵、鈣等離子形成硫化鐵、碳酸鈣等沉淀堵塞儲層[8]。在油田開采中常使用采出水回注的方式，因此細菌及其代謝產物是造成儲層堵塞的原因之一。

1.2.2 陽離子含量較多

配制聚合物溶液使用的注入水含有大量的鈣、鎂等離子，當注入流體與地層水不匹配時會產生沉淀物堵塞儲層。注聚井驅中聚合物多含有羧鈉基，在配制聚合物溶液時電離出的鈉離子與二價離子發生離子交換使得聚合物吸附量變大導致儲層滲透率下降造成堵塞[9]。在海上油田聚合物驅油中配制聚合物溶液多用海水直接配制造成儲層堵塞現象更為嚴重。因此，對配置聚合物的注入水及儲層原始地層水進行離子檢測以減少堵塞。

1.2.3 聚合物分子尺寸

聚合物驅一般使用高分子有機物作為驅油劑，其分子大小與相對分子質量呈現正相關。Mullin[10]通過對長期注聚井研究發現長期注物井井口會有聚合物聚集，造成注聚井近井位置發生堵塞。因此，在進行聚驅前應對聚合物在注入水中的水動力學半徑進行測量以適應儲層孔隙度，減少因聚合物尺寸與儲層不匹配造成的堵塞。

1.2.4 聚合物濃度

聚合物粘度高于水的粘度，因此聚合物在驅油過程中易造成儲層中微粒運移造成堵塞。周萬富[11]等人通過分析巖心損害程度發現高濃度聚合物混合不均勻是導致聚井堵塞的主要原因。張賢松等人[5]通過聚驅數值模擬軟件對注入聚合物濃度與提高采收率效果進行模擬總結了聚合物注入濃度與儲層孔隙度、井網井距之間的關系。因此需對聚合物濃度進行考察以減小對儲層損害。

1.2.5 聚合物混合不均勻

配置聚合物溶液時會出現溶解不均勻或溶解不好等現象出現不溶物質和軟膠團，這些物質由于在儲層中分布不均勻導致堵塞[12]。對大慶油田注聚井現場返排物進行測試結果顯示四分之一的返排物為未溶聚合物[13]。在實際配置聚合物溶液時會出現局部濃度過高，這些高濃度聚合物被直接注入儲層會造成近井地帶堵塞。

1.2.6 無機物

隨著聚合物注入儲層會有黏土、機械雜質等無機物隨著聚合物注入進入儲層在儲層形成沉淀[14]。鄭俊德等人[13]對堵塞物進行分析表明造成注聚井堵塞主要為不溶于水的無機物和粘土。無機物造成儲層堵塞主要分為兩方面：一是無機物在儲層中逐漸沉積造成儲層堵塞。二是聚合物會包裹無機物形成沉淀造成儲層堵塞。

2 堵塞機理的研究方法

目前，對注聚井堵塞機理研究的方法主要有：

(1)離心法分析堵塞物中固體含量和聚合物含量。該方法適用范圍廣、費用低。但存在操作過程嚴格、不易掌握、可能出現分離時間長等問題。

(2)X射線多晶衍射儀分析堵塞物中無機物含量。該方法能夠精確進行物相、定性、定量分析，但在測量方法上要求嚴格，否則會造成峰強弱的變化甚至出現峰的消失。

(3)掃描電鏡分析堵塞物中元素含量。該方法可以獲取被測樣品本身的物理、化學性質。但其對待測樣品要求不能含有水分、必須是無磁性、無毒性且成分穩定。

(4)紅外光譜儀分析堵塞物中特性基團。紅外光譜對樣品適用性廣泛。但是隨著儀器的進步、低溫技術的應用波譜圖需要進行不斷修改；且通過紅外光譜對波峰對比分析不能作為一個完整的結構判斷手段。

(5)物模驅替實驗，利用一維長填砂管、三維模型進行驅替實驗，借助各個測壓點測出壓力、采出液組分、巖心滲透率變化分析注聚過程中不同深度堵塞情況。在實驗結束后對各個測試點位的無機、有機組分進行分析，確定注聚過程中堵塞物分布規律。

(6)數值模擬分析，基于聚合物、原油特性及在孔隙性介質中流動特征建立并求解滲流模型；將模型結合現場注采動態監測資料結合獲得注聚井前緣半徑及極限前緣半徑；通過與物模實驗對比分析得到堵塞物吸附滯留最嚴重區域。

3 結論

注聚合物驅是國內外提高采收率的主要手段，影響注聚合物驅效果的主要因素為：黏土礦物組成、原油物性特征、儲層非均質性；細菌及其代謝產物、陽離子含量、聚合物分子尺寸、聚合物濃度、聚合物混合不均勻、無機物含量等。通過大量實驗室模擬實驗及現場應用表明造成注聚井堵塞的原因是多方面的，一般多為幾個因素共同作用。因此需要豐富注聚井堵塞機理分析體系，為豐富注聚合物井的解堵劑種類、解堵工藝奠定夯實的基礎。