遼河油田錦50區塊污水回注井解堵方法研究

王博

摘 要：隨著遼河油田錦50區塊開發的不斷深入，各類油井采出水量也日益增多。這些采出水經過處理后通過污水回注井回注地層。但是由于回注污水水質比較復雜，引起污水冋注井堵塞、地層滲透性變差，造成注水壓力升高很快、注入量很少甚至注不進去的問題時有發生。為此，在大量現場調研的基礎上，找出造成區域內污水回注井堵塞的主要機理，并就目前已開發利用兩大類解堵技術（物理解堵法、化學解堵法）進行了詳細闡述。

關鍵詞：污水回注井;堵塞原因;解堵方法;遼河油田

1污水回注井堵塞機理

由于注水是長期行為，與常規鉆井、完井過程中產生的傷害相比，它有一定的特殊性。主要表現在：易于形成深部傷害，傷害易于累積，一旦形成則損害難以解除。因此注水過程中的儲層保護必須以預防為主。

注入水對儲層的傷害機理主要分四類：①注入水與儲層流體不配伍產生的垢沉淀堵塞地層（無機垢堵塞）;②注入水與儲層巖石不配伍引起的粘土礦物膨脹/分散/運移損害地層;③注入水中懸浮物（包括系統腐蝕產物、細菌、乳化油滴、固相顆粒等）堵塞地層;④速敏性地層內部微粒運移堵塞地層。

1.1結垢堵塞

注入水與地層水不配伍，產生沉淀和結柜;注入水造成地溫度下降，打破原有的熱力平衡，產生沉淀結塘。一般而言，離子濃度、pH值、總含鹽量、溶解度、溫度、壓力、接觸時間和掠動程度對結垢都有影響。結垢是油田水水質控制中遇到的最嚴重問題之一，其可以發生在地層和井筒的各個部位，從而堵塞地層，影響注水井的吸水能力。

當注入水不只是一種水源，而是幾種水混注時，則必須考慮其注入水之間的相容性。若不相容，則必須在混合前投加阻垢劑，阻垢劑的類型、加量應根據可能形成垢的類型、阻垢效果進行綜合評價來篩選，同時應考慮地面及地下不同溫度壓力對效果的影響。

1.2速敏傷害

一般來說，注入水與地層水礦化度相差普遍都很大，粘土礦物受到環境礦化度的突變沖擊易于引起粘土礦物的膨脹/分散/運移或礦土礦物的收縮/剝脫/運移傷害地層，其傷害程度決定于粘土礦物類型、含量、分布、產狀及巖石孔喉特征。由水敏產生的儲層傷害往往是十分嚴重的，難以恢復;速敏則主要由于注水強度過大或操作不穩定引起的某些粘土礦物（如高嶺石）以及孔道內本身微粒運移堵塞孔喉引起滲透率下降的現象，速敏較強的地層必須控制其注水強度，由實驗評價得出的臨界流速外推至注水井時，必須考慮完井方式，以井底附近的流速不超過臨界速度為限。

水敏及速敏傷害是注水過程中極易出現的，在設計水質方案時必須考慮在注入水中投粘土穩定劑，通過大量實驗研究表明：粘土穩定劑不但可以抑制水敏，還能有效提高臨界流速。特別需要指出的是，現行的常溫常壓下的流動實驗評價結果不能完全真實反應地下高溫、高壓的情況。

1.3懸浮物堵塞傷害

注入水中的懸浮物主要包括注水系統的腐蝕產物、細菌、乳化油滴、固相微粒等。這些懸浮物可分為油溶性和酸溶性兩種，其堵塞地層的形式宏觀表現為外部濾餅和內部濾餅，油滴與微粒并存比單一微粒對地層的傷害更為嚴重。國外對于地層中外部微粒入侵和內部微粒運移引起的地層傷害的研究十分重視，發展了很多物理研究方法和數學模型預測技術目的在于通過研究微粒在多孔介質中運移堵塞的微觀機理，建立能描述這一微觀行為的數學物理方程，以預測其傷害的深度及程度，預測注水井吸水能力隨時間的變化情況。然而，由于機理模型的復雜性，需要大量的輸入參數，離實際運用還需進一步的努力。

大量的實驗研究表明懸浮物對地層傷害的程度隨累積注入量（時間）的變化。懸浮物對地層的傷害程度及侵入深度與地層孔喉特征、流體速度、壓力、粘度等有關外，與懸浮固相的粒徑及其濃度密切相關。粒徑越大，越容易堵塞孔喉，也容易形成外部濾餅;反之，侵入深度越深，易形成內部濾餅，這與粒徑和孔喉直徑的匹配程度有關，而濃度越大，一旦形成傷害，傷害就比較嚴重。

乳化油滴的來源主要有兩種途徑：一種是注入水進入地層后與地層中殘余的原油接觸，由于原油中自帶天然表面活性劑，在剪切力作用下產生乳化而形成乳化油滴;另一種是由于注入水中或污水中表面活性劑存在和注水過程中水力攪拌作用，會使注入水中所含的原油發生乳化，乳化油滴對地層的損害主要形式是吸附和液鎖，這種乳化液在多孔介質中流動時產生的賈敏效應會堵塞地層，特別是賈敏效應具有的加合性，許多液珠向地層流動時會產生更大的堵塞所用。

2污水回注井解堵方法

2.1物理解堵法

（1）超聲波法

其原理是用電纜將超聲換能器下入產層，接通電源后產生的超聲波直接作用于井下固體和液體。由于高頻波的衰減特性，所用頻率一般不超過30kHz。超聲波的解堵機理主要有三方面：機械振動作用，空化作用和熱作用。

（2）水力振動法

該技術的實施需借助-種專門的井下工具——水力振動器形成的井下沖擊波來實現。目前，各油田推廣使用的該類工具主要有腔室振動結構、外筒旋轉結構和腔室+噴頭旋轉結構，可產生低頻沖擊波、超聲波及空化噪聲作用等。主要用于解除射孔段機械雜質、鉆井液和浙青膠質堵塞，破壞射孔內的鹽類結構，達到增大注水井的吸水能力、改善原油流動性、提高油水氣井產量的目的。

（3）井下脈沖放電法

電液壓沖擊法是通過電纜將電流送到地下，經過電容器的開關放電，在井下液體中脈沖放電，從而在地層中造成壓力脈沖（可達到1.5xl03MPa）。脈沖放電是一種爆炸，可以在容積很小的放電通路中釋放大量的能量，包括大密度的高壓等離子體、強大的沖擊波、脈動的氣腔（空化效應）和脈沖電磁場，其中沖擊波是主要作用因素。

2.2化學解堵法

（1）普通酸化

概述：鹽酸可溶解地層中鐵誘和柜類物質，土酸中氫氟酸可部分溶解砂而生成四氟化硅氣體。用土酸酸化泥質砂巖和鈣巖時，酸液中需添加絡合劑、互溶劑以防止氟化鈣和氟娃酸鹽在地層中二次沉淀，或用鹽酸預處理以減緩二次沉淀的產生。

特點：增注效果較好，動用設備少，酸液配制簡便，酸液生產工藝流程己定型化，施工成本適中，原料來源廣，緩蝕劑生產已系列化。

適應性：主要用于解除新注水井的泥漿污染和老井的鐵誘、鈣垢堵塞。

（2）緩速酸酸化

概述為減緩酸液的反應速度、處理地層深部，國內外油田開發了緩速酸、固體酸、乳化酸、膠束酸、稠化酸、濃縮酸等并進行了大規模礦場試驗和推廣應用。緩速酸是相對于鹽酸、土酸較弱的酸，包括無機酸如氟硼酸、氨基磺酸等和有機酸如醋酸、蒙酸、甲酸等。這類酸和鐵誘、鈣垢反應速度慢，具有絡合作用，能保持酸液PH值穩定，延長H+在地層中的作用距離。

特點：現場配制不便，有時需加熱循環攪拌，成本比普通酸液高。

適應性：緩速酸、乳化酸、膠束酸、固體酸適用于近井地帶和地層深部都有污染的注水井。水質不合格的污水回注井中經固體酸酸化后增注效果明顯。

（3）化學生熱解堵技術

概述：提高酸化后返排程度可減輕二次沉淀產生的污染。化學生熱解堵技術利用亞砲酸鈉和氯化氨在地層內反應生成熱和氮氣的助排。

作用：高溫高壓氮氣可破壞微粒在地層孔喉處的架橋。化學生熱解堵液中可添加薄膜擴展劑，以降低油水界面張力，消除水鎖效應。

特點：本工藝技術對地層無污染，施工費用比壓裂、酸化低38%-45%，增注效果顯著。但亞硝酸鈉為致癌物，過去曾用作油套管、酸化泵車酸化作業后的防腐鈍化處理劑，因有毒性，影響人身安全和環境保護而禁止使用。