注聚井解堵技術(shù)及解堵機理研究進展

鄒 劍，郭布民，高 尚，張麗平，袁 征，陳 磊，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(wù)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)

聚合物是一種良好的三次采油用劑，在我國勝利、渤海油田等已開展工業(yè)化應(yīng)用。但隨著注聚量增加，注聚井堵塞問題日益嚴重，引起注入壓力升高、地層吸水能力下降等問題，嚴重影響油田正常生產(chǎn)和聚驅(qū)效果[1]。因此，注聚井堵塞問題亟待解決。

造成注聚井堵塞的原因主要有三個方面[2]。首先是由于聚合物自身性質(zhì)導(dǎo)致其溶解度較低，配制過程中易形成"魚眼"和不溶膠團，造成注入困難。其次，儲層為多孔介質(zhì)，聚合物溶液在流動通過時易發(fā)生吸附滯留。第三，聚合物溶液在注入過程中，會發(fā)生水敏與速敏，導(dǎo)致滲透率下降。針對這些原因，本文對各種解堵技術(shù)進行了介紹，并對解堵機理進行系統(tǒng)分析。

1 物理解堵技術(shù)

物理解堵技術(shù)主要通過傳播振動來解除地層堵塞。根據(jù)振動源類型，可分為聲波法、脈沖法、氣體爆炸法等[3-4]。

1.1 超聲波解堵技術(shù)

超聲波作用于油層使油層巖石應(yīng)力發(fā)生變化，當超過其疲勞強度時巖石發(fā)生破裂，產(chǎn)生裂縫。同時，超聲波的強烈振動可使附著在巖石表面和孔隙中的堵塞物脫落，疏通流動管道。

1.2 低頻脈沖解堵技術(shù)

低頻脈沖是利用地面大功率震源采油裝置發(fā)射具有較高能量的脈沖波，通過在近井地帶形成微裂縫網(wǎng)，擴大流動通道，并對地層巖石和孔隙內(nèi)流體產(chǎn)生沖擊振動，使表面膠結(jié)物發(fā)生脫落。

1.3 電脈沖解堵技術(shù)

電脈沖解堵技術(shù)的發(fā)射脈沖波的儀器設(shè)置在井下，在油層特定位置進行脈沖放電，電極周圍在放電瞬間形成膨脹腔，邊緣輻射出脈沖波穿過井壁套管進入地層，對巖石進行剪切造縫，有效解除近井地帶機械堵塞物，提高地層滲流能力。

1.4 水力振動解堵技術(shù)

水力振動技術(shù)的傳播介質(zhì)為液體，水力脈沖波在地層中傳播時攜帶能量，以振動和沖擊作用使沉積在地層孔隙中的附著物逐漸剝落，隨流體運移被帶走。它主要針對近井地帶中的機械雜質(zhì)、膠質(zhì)瀝青質(zhì)堵塞進行解堵，并通過形成微裂縫來達到降壓增注目的[5]。

1.5 人工地震解堵技術(shù)

人工地震處理油層是通過振動彈性波作用于油層后，改變儲層滲流特性，提高水驅(qū)效果，達到提高采收率的目的。該技術(shù)可改善地層中油水流動特性，操作簡單，不影響油水井正常生產(chǎn)，并可同時作用于多口井，工藝成熟。

1.6 高能氣體壓裂解堵技術(shù)

高能氣體壓裂技術(shù)是利用推進劑爆燃或化學燃燒，產(chǎn)生高速高壓氣體脈沖，壓開多條裂縫，提高地層滲透率，對近井地帶的機械雜質(zhì)、垢類等具有很好解除作用。火藥燃氣中含有大量CO、CO2氣體，遇水后形成酸液，有酸化解堵作用。并產(chǎn)生大量熱，溶解近井地帶的蠟質(zhì)和瀝青質(zhì)，解除油層孔道堵塞。

1.7 高壓水射流解堵技術(shù)

高壓水射流解堵技術(shù)是利用井下可控轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)自振空化射流解堵裝置產(chǎn)生高壓水射流直接沖洗管柱實現(xiàn)解堵。在低頻旋轉(zhuǎn)水力脈沖波、高頻空化沖擊波和空化噪聲超聲波的綜合作用下對堵塞物進行解堵。

2 化學解堵技術(shù)

化學解堵技術(shù)利用解堵體系中的降解劑、清垢劑和表面活性劑等物質(zhì)，將堵塞物溶解，達到解堵目的[6]。

2.1 氧化型解堵體系

聚合物為高分子物質(zhì)，通常使用氧化劑對其進行氧化降解。氧化劑可使其分子鏈斷裂，降低聚合物溶液粘度，并將由聚合物引起的堵塞物降解，從巖石表面脫離，被注入流體溶解或帶走，達到近井地帶解堵目的。常用氧化劑主要包括二氧化氯、過硫化物與過氧化物等[6]。

2.2 表面活性劑降壓增注體系

表面活性劑可減小界面張力，改變潤濕性，并增加流體流動性，從而達到降壓增注目的。而且陰離子型表活劑可釋放陰離子基團，與聚合物電子層相互排斥，將其分子結(jié)構(gòu)由自由伸展狀態(tài)轉(zhuǎn)化為擠壓成團聚態(tài)，降低聚合物粘度。

2.3 酸化解堵體系

酸化解堵的作用機理為使用多種酸液體系對地層堵塞物進行溶蝕。常用的酸包括鹽酸、氫氟酸和氟硼酸等。常規(guī)酸化工藝為多段塞注入：首先使用鹽酸進行地層預(yù)處理，將碳酸鹽等物質(zhì)進行溶蝕，防止后續(xù)氫氟酸產(chǎn)生二次沉淀。其次注入土酸溶液，溶蝕含硅礦物質(zhì)，提高地層滲透率。注入的酸液還可溶蝕聚合物膠團膠核，一定程度上解除聚合物堵塞[7]。

2.4 熱化學解堵體系

2.5 復(fù)合解堵體系

注聚井堵塞往往由多種原因產(chǎn)生，堵塞物成分復(fù)雜，從而導(dǎo)致單一類型解堵劑解堵效果欠佳，無法滿足油田注聚井解堵要求。近年來研發(fā)出大量復(fù)合解堵體系，下面對復(fù)合解堵體系的成分以及針對的堵塞類型進行了總結(jié)[9-13]，如表1所示。

表1 復(fù)合解堵體系總結(jié)表

3 物理-化學復(fù)合解堵技術(shù)

由于地層及堵塞物的復(fù)雜性，單一解堵技術(shù)解堵效果往往較差，于是近年來油田大多使用多種解堵技術(shù)相結(jié)合的方法。物理-化學復(fù)合解堵技術(shù)是物理解堵及化學解堵兩種技術(shù)的結(jié)合。目前，多脈沖高能氣體壓裂-二氧化氯復(fù)合解堵技術(shù)[14]、雙重振動-酸化解堵技術(shù)[15]等多種復(fù)合解堵技術(shù)已取得了實際應(yīng)用。

4 生物解堵技術(shù)

生物解堵技術(shù)是通過向堵塞井中注入特定微生物菌種和營養(yǎng)物質(zhì)，微生物代謝產(chǎn)生具有降解功能的降解酶，或直接以聚合物為營養(yǎng)源對聚合物進行降解，起到解堵作用[16]。同時，兼性厭氧微生物能夠吞噬油中的瀝青質(zhì)和石蠟，將原油中長鏈的烴類降解成為短鏈物質(zhì)，降低原油粘度。微生物的代謝產(chǎn)物中常含有有機酸、表面活性劑和有機溶劑，這些物質(zhì)都可以對解堵起到促進作用。

5 結(jié)論與認識

本文對注聚井各解堵技術(shù)方法及特點進行了總結(jié)。物理解堵技術(shù)主要利用電磁或聲波來傳遞能量，其適應(yīng)性強，具明顯增油控水效應(yīng)，且工藝簡單，不會對地層造成二次污染。但礦場應(yīng)用時需設(shè)置合理參數(shù)，對地層情況實時監(jiān)測，并對作用機理、壓力波傳播規(guī)律作進一步研究。化學解堵應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)成熟、施工工藝簡單。但化學劑選擇不當易產(chǎn)生安全問題，且存在腐蝕性強、解堵有效期短、解堵深度不夠等問題，對復(fù)雜堵塞處理效果不佳。在工藝改進中，可與物理、生物解堵技術(shù)相結(jié)合，取得更好解堵效果。大部分物理-化學解堵技術(shù)的過程為物理解堵技術(shù)疏通滲流通道，化學劑將堵塞物溶蝕，兩者結(jié)合能取得更好的解堵效果。生物解堵適用于高滲地層，這是由于微生物作用后易造成二次堵塞。可考慮與表面活性劑復(fù)配，從而取得更好的降粘、溶垢作用。目前單一物理或化學解堵技術(shù)具一定局限性，因此兩者結(jié)合越來越成為解堵技術(shù)發(fā)展的趨勢。而生物解堵技術(shù)作為一種新興產(chǎn)業(yè)，目前國內(nèi)外研究較少，技術(shù)不成熟，但其具有綠色清潔等優(yōu)點，有待進一步研究。