渤海J油田生物酶-化學復配解堵技術*

王大威，梁守成，張世侖，靖 波，呂 鑫

（1.海洋石油高效開發國家重點實驗室，北京 100028；2.中海油研究總院有限責任公司，北京 100028）

渤海J 油田主要利用天然能量低速開采，油藏溫度57 ℃，原油的黏度高、密度大、含蠟量高且膠質瀝青質含量20%左右，其中膠質含量15%～17%。開發初期產液量較高，含水約2%，伴隨著油田開發，遇到產液量下降、流壓上升等問題，產量遞減較大，目前日產液下降25%左右，在近井地帶及油管流動通道存在不同程度的堵塞問題。采用常規解堵措施如鋼絲作業通井、連續油管洗井和有機解堵等措施初期具有一定效果，但隨著多輪次解堵作業的增多，效果不甚理想，有效期逐漸變短，甚至某些井產液供給嚴重不足，被迫關井停產，因此迫切需要解決重質組分沉積堵塞難題，從而恢復油井產能。

目前，針對油田堵塞的物理解堵技術主要以壓裂增注技術為主，電脈沖技術、水力振蕩增注技術近幾年得到了較大發展，現場應用規模逐漸增大［1-3］。然而，物理解堵技術需要起下生產管柱，施工較為煩瑣；同時，物理解堵對地層結構以及防砂篩管會有一定程度的破壞作用；此外，物理解堵技術不易清除有機質造成的堵塞，導致其有效作用半徑非常有限。與物理解堵技術相比，化學解堵技術不受儲層特征的限制，應用更為廣泛［4-6］。但化學解堵技術主要使用藥劑，在使用過程中可能會存在藥劑與地層水、黏土介質和原油的配伍性問題，造成藥劑性能下降、地層結垢、原油變性，不僅無法解堵甚至引起更加嚴重的堵塞問題，造成停泵停井。

生物酶解堵增注技術是近年來在生物技術發展迅速的背景下產生的一種新的油層解堵技術，目前尚處于研究階段。生物酶解堵劑（全稱生物解堵驅油催化劑，又稱生物環保酶）是一種生物環保酶制劑，能迅速剝離固體表面的碳氫化合物（原油），達到解堵驅油的目的，具有安全、經濟、高效、環保的特點［7-8］。生物酶解堵劑是一種以蛋白質為基質的非活性催化劑，它是由以酶為主導的多種生物化合物組成，主要包括蛋白質、復合酶、穩定劑等。生物酶解堵劑溶于水而不溶于油，與原油之間只發生生化反應，不改變原油的特性，不產生乳化作用，不產生新的衍生物，所以注入地層后不會因結垢而堵塞油層，也不會污染油層，可重復使用。目前已采用生物酶解堵劑在吐哈鄯善油田、百色油田、安塞油田、勝利油田孤島采油廠進行了現場解堵增產作業，均取得到較好的效果。單獨生物酶使用時受環境因素影響較大，限制了其在油田解堵工藝中的應用，因此，生物酶與化學藥劑混合使用成為拓展生物酶解堵劑使用的重要途徑。

本文在分析堵塞物成分的基礎上，利用生物酶的環保性、可再利用性，將生物酶與化學解堵劑進行復配，研究了生物酶-化學解堵劑復配體系的配伍性、乳化性能、原油剝離效率、原油降黏性能、垢樣溶蝕性能和儲層滲透性恢復性能，以期解決化學解堵劑成本高、環保性差等問題，達到在降低化學解堵劑用量的同時提高復配體系的整體性能的目的，獲得復合增效的作用。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

生物酶WZ7，東營市百揚石油科技有限責任公司；聚氧乙烯醚類化學解堵劑LV，實驗室合成。實驗用油來自J 油田B25 井，密度0.938 g/cm3，黏度198.7 mPa·s（57 ℃）；析蠟點30～40 ℃，含16.81%膠質、4.48%瀝青質、6.72%蠟。實驗垢樣取自J油田B25井，含蠟量24.41%、瀝青質4.49%、膠質16.45%。

KD-R2021 型瀝青質測定儀，長沙卡頓海克爾儀器有限公司；KD-R2018型蠟含量測定儀，長沙卡頓海克爾儀器有限公司；K100型高級擴展表面張力儀，德國克呂士科學儀器（上海）有限公司；DV2T數顯黏度計，美國Brookfield 公司；DSC3 型差示掃描量熱儀，梅特勒-托利多國際貿易（上海）有限公司；STA7000 型熱重-差熱分析儀，日本日立技術公司；ESCALAB 250XI 多功能光電子能譜儀，美國賽默飛世爾科技公司；TX500C旋轉滴界面張力儀，美國科諾工業有限公司；FJ300SH 數顯恒速高速分散均質器，上海希言科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 復配體系配伍性評價

根據之前實驗結果，將生物酶與化學解堵劑溶液按質量比7∶3 進行復配，生物酶溶液的質量分數分別為1%、2.5%以及5%，化學解堵劑質量分數分別為1%、3%、5%以及10%，復配體系見表1。采用吸光度法在波長λ=208.6 nm下測定加入化學解堵劑前后生物酶的吸光度，分析生物酶與化學解堵劑的配伍性。

表1 生物酶WZ7/化學解堵劑LV復配體系

1.2.2 復配體系乳化性能評價

參照中國石油天然氣行業標準SY/T 6424—2014《復合驅油體系性能測試方法》，將原油與生物酶/化學解堵劑復配體系按體積比1∶1 加入具塞比色管中，采用均質器混合勻化（轉速11000 r/min，勻化時間1 min），將裝有勻化后乳狀液的具塞比色管垂直靜置于恒溫烘箱中，讀出液相高度H1、乳化相高度H2，在不同溫度（50、57、60、70、80、90 ℃）下靜置4 h后，分別讀出液相高度H3、乳化相高度H4，按（H2/H1）-（H4/H3）×100%計算復配體系對原油的乳化率。

1.2.3 原油剝離效率測定

將5 g左右的老化油砂（原油、石英砂質量比為3∶7 混合，90 ℃烘箱放置老化48 h 備用）置于燒杯中，加入50 mL 生物酶/化學解堵劑復配體系，在油藏溫度（57 ℃）下超聲波洗滌油砂10 min，將油砂過濾后置于80 ℃的烘箱中烘干48 h 稱重m1，由（5-m1）/5×100%計算原油油砂剝離效率。

1.2.4 降黏性能測定

參照中國石油天然氣行業標準SY/T 0520—2008《原油黏度測定 旋轉黏度計平衡法》，將原油與生物酶/化學解堵劑復配體系按體積比1∶1混合，在油藏溫度（57 ℃）下采用旋轉黏度計測定油水混合體系的黏度η，并測定57 ℃下原油的黏度η0，由（η0-η）/η0×100%計算降黏率。選擇降黏效果最好的進行四組分分析。

1.2.5 界面張力測定

參照中國石油天然氣行業標準SY/T 5370—1999《表面及界面張力測定方法》，在油藏溫度（57 ℃）下，采用TX500C旋轉滴界面張力儀測定生物酶/化學解堵劑復配體系與原油作用穩定后的界面張力。

1.2.6 垢樣溶蝕性能測定

在不同溫度（50、57、60、70、80、90 ℃）下，取5 g的沉積垢樣放入錐形瓶中，加入20 mL的生物酶/化學解堵劑復配體系，放置24 h，將溶液過濾并將濾出物在105℃下烘干，測得未溶解物質的質量m1，由（5-m1）/5×100%計算復配體系對沉積垢樣的溶蝕率，以溶蝕率表示復配體系的溶蝕性能。

1.2.7 儲層滲透性恢復物模實驗

①將一定混配比的石英砂［20 目（50%）+40～80目（50%）］與B25井原油按照40∶1的質量比混合均勻，并取出一定量混合好的油砂與油泥混合均勻作為混合垢樣備用；②將混合好的油砂充填到實驗用填砂管中，并密封；③將填砂管和產出油泥置于恒溫箱，開啟溫控至57 ℃老化5 d；④將老化后的填砂管連接到驅替流程，試壓合格后備用；⑤開啟流程中相應閥門，開泵，用雙蒸水進行第一次驅替至壓力穩定，并記錄相應數據，計算初始滲透率K1；⑥停泵放空，將填砂管取出后在出口端取出10 cm 的油砂，然后用老化好的混合垢樣充填好后裝入流程；⑦重復第⑤步，并記錄相應數據，計算滲透率K2；⑧停泵，倒換流程至反向注入，開泵，向填砂管反向注入60 mL 的解堵劑，停泵，關閉流程恒溫反應72 h；⑨倒換流程，開泵，用二次水正向驅替至壓力穩定，并記錄相應數據，計算解堵后滲透率K3，并由K3/K1×100%計算滲透恢復率。驅替速率為1 mL/min。

2 結果與討論

2.1 生物酶與化學解堵劑的配伍性

將不同濃度的生物酶WZ7 與不同濃度的化學解堵劑LV按質量比7∶3混合均勻后測試其吸光度，結果見圖1。對于單獨的生物酶WZ7 溶液，濃度越高吸光度越強；隨著化學解堵劑LV濃度的增加，生物酶吸光度變化不大，這說明化學解堵劑的加入對生物酶的活性沒有明顯副作用，兩者具有較好的復配性，可用于現場復配使用。

圖1 生物酶WZ7與不同濃度化學解堵劑復配后的吸光度變化

2.2 復配體系的乳化性能

在油藏溫度（57 ℃）下，生物酶WZ7、化學解堵劑LV及復配體系對原油的乳化率見表2。從表2可知：不同濃度的化學解堵劑LV 對老化原油的乳化效果并不理想，質量分數為10%時的乳化率只有30%；不同濃度的生物酶WZ7對原油的乳化作用隨著濃度升高而升高，但高濃度下依然無法達到較好的乳化程度。將不同濃度生物酶WZ7 與不同濃度化學解堵劑LV按體積比1∶1復配后，乳化效果相比于單獨使用具有明顯提升，WZ7 濃度越高，乳化效果越好；WZ7濃度一定時，即使化學解堵劑LV在較低濃度下依然具有較好的乳化效果，說明生物酶WZ7 與化學解堵劑LV 間存在較為理想的協同作用，形成了有效的復合體系，可明顯降低化學解堵劑的用量，降低使用成本。

表2 生物酶、化學解堵劑及復配體系對老化油樣的乳化效果（4 h）

2.3 復配體系對原油的剝離效率

根據復配體系的乳化性能結果，將質量分數為5% 的WZ7 溶液分別與質量分數為1%、3%、5%的LV溶液按質量比7∶3復配，同時對比1%、3%、5%的LV溶液對原油的剝離效率。從圖2可以看出，1%、3%、5%的LV 溶液對原油的剝離效率分別為30.05%、36.12%、42.53%，5%WZ7/1%LV、5%WZ7/3% LV、5%WZ7/5% LV 復配體系對原油的剝離效率分別為97.33%、94.67%、85.33%。結果顯示，不同濃度的化學解堵劑對油砂上的原油具有一定的剝離能力，其剝離效果與濃度呈正比例關系，在與5%生物酶復配后，即使在化學解堵劑在較低濃度下，生物酶的加入可明顯提高復配體系對原油的剝離作用，說明生物酶在體系中起到主要作用，生物酶可與化學解堵劑形成穩定的復合體系，在明顯提升作用效果的同時，有效降低化學藥劑用量。

圖2 化學解堵劑及復配體系的剝離效率

2.4 復配體系的降黏性能

將5%WZ7/1% LV、5%WZ7/3% LV、5%WZ7/5%LV 復配體系分別與原油1∶1 等體積混合，在油藏溫度（57 ℃）下混合后原油黏度分別從空白的405.91 mPa·s 降為33.99、42.99、84.24 mPa·s，降黏率分別為91.63%、89.41%、84.24%。說明復配體系對原油的降黏效果明顯，其中5%WZ7/1%LV 復配體系的降黏效果最好。

對采用5% WZ7/1% LV 復配體系降黏后的原油進行組分分析，嘗試分析生物酶原油降黏機理。降黏前的原油含15.24%膠質、13.31%瀝青質、5.78%蠟，降黏后的原油含14.19%膠質、11.08%瀝青質、2.31%蠟。降黏后原油成分結構沒有發生明顯變化，說明生物酶本身對原油沒有降解作用，生物酶作用原油原理在于：生物酶具有一定的親油性，當生物酶與原油及沉積混合物作用時，可附著于混合物表面，并將原油與沉積物剝離，部分生物酶攜帶原油進入水相后分離，脫離的生物酶恢復構象，可繼續發生作用，剩余生物酶繼續附著在沉積物表面，并進一步軟化剝離溶蝕沉積物。

2.5 復配體系的界面性能

在稠油乳化降黏過程中，油水乳化需要較低的界面張力，界面張力是評價降黏劑性能的重要指標。在油藏溫度（57 ℃）下，5% WZ7/1% LV、5%WZ7/3%LV、5%WZ7/5%LV 復配體系與原油間的界面張力分別為1.671、2.192、4.758 mN/m。WZ7 5%/LV 1%復配體系與原油間的界面張力最低，顯現出良好的界面性能，這也與之前所測乳化穩定性及降黏實驗結果一致。

2.6 復配體系的溶蝕作用

在油藏溫度（57 ℃）和90 ℃下，選取復配體系（5% WZ7/1%LV，質量比7∶3）對垢樣進行溶蝕實驗，溶蝕率分別達42.8%、92%，這表明復配體系對沉積垢樣具有較強的溶蝕作用。

2.7 儲層滲透性恢復物模實驗

采用生物酶-化學解堵劑復配體系性能評價實驗篩選出的生物酶-化學解堵劑復配體系5%WZ7/1%LV 進行巖心驅替實驗，整個驅替實驗驅替流量恒定為1 mL/min，注入壓力為一個標準大氣壓。

由表3可知，垢樣對巖心的堵塞作用非常明顯，復配體系對巖心具有解堵作用，且隨溫度的升高解堵效果進一步提升。現場注入時可考慮將復配體系加熱或拌注熱水提高解堵降黏效果。

表3 不同溫度下5% WZ7/1% LV復配體系驅替實驗巖心滲透率情況

分析B25 井油樣及垢樣碳數分布（見圖3 和圖4）發現，垢樣主要由C10～C36+組成，其中以C36+為主，垢樣的平均相對分子質量為578.1，垢樣中碳數低于16 的組分（油質）質量分數約4.38%，碳數在26～30的組分（粗晶蠟）質量分數約6.24%，碳數在34～53的組分（微晶蠟）質量分數約79.35%，非晶蠟質量分數約為10.03%。油樣和垢樣的碳數主要分布在C36及以上碳數的微晶蠟區域，而垢樣平均分子質量大于油樣，碳數分布中高碳組分亦高于油樣，說明原油中微晶蠟含量較高，其對溫度及壓力較為敏感，在原油產出過程中，微晶蠟因近井地帶溫度及壓力梯度變化從而析出沉積，造成油井堵塞。

圖3 B25井油樣的碳數分布

圖4 B25井垢樣的碳數分布

前期通過B25垢樣傅里葉變換離子回旋共振質譜發現，B25垢樣微晶蠟中芳甾烷系列含量最高，并隨著時間的遷移不斷沉積，含量不斷增加（見圖5）。

圖5 B25井垢樣傅里葉變換離子回旋共振質譜（2012年、2015年、2017年垢樣）

原油中的芳甾烷系列一旦析出，芳甾烷之間電子容易離域，形成很強的聚集結構，沉積物便以芳甾烷為核發生沉積，由于其具有羥基、羰基，容易形成較強的氫鍵，分子間具有很強的作用力，導致其很難溶解。化學解堵劑加入后，氫鍵被破壞，致密聚集結構被拆散，芳甾烷以極微小顆粒的形式分散。但因沉積垢樣經長期沉積黏合后，外表面致密堅硬，化學解堵劑無法有效進入其內部產生作用，而生物酶具有親油性可附著于原油表面，同時在升溫的條件下生物酶可將沉積垢樣軟化分散，同時附著于巖石表面，改變油層儲層巖石的潤濕狀態，降低潤濕角，使儲層巖石從親油性改變為親水性，降低油層與巖層的界面張力，使原油從巖石表面剝落下來，從而降低了原油在地層孔隙中的流動阻力［11］。而后進入水相的沉積物顆粒與化學解堵劑發生溶蝕作用，進一步降低地層空隙的流動阻力。

3 結論

J油田油樣密度較大，低溫時黏度較大，流動性較差，析蠟點在42 ℃左右，其油樣和垢樣的碳數主要分布在C36 及以上碳數的微晶蠟區域，對溫度較為敏感，在較短溫度范圍內原油中的重質蠟組分會快速析出。原油在由中溫地層進入低溫井筒過程中，由于溫度和壓力的梯度變化，析出沉積于井底及井筒，從而造成堵塞。

5%WZ7（生物酶）/1%LV（化學解堵劑）復配體系在油藏溫度（57 ℃）和90 ℃下對沉積垢樣溶蝕率分別達到42.79%和92.03%；對垢樣的剝離效率達到80%以上；對原油降黏率可達83%～92%之間，且形成的油水乳液穩定性較高，表現出良好的乳化性能；油藏溫度下滲透恢復率為43.96%，90 ℃條件下滲透恢復率達到74.97%，該體系對渤海油田因沉積造成的原油堵塞具有較強的解堵能力，具有較為廣闊的應用空間。