渤海某油田弱氧化复合解堵技术研究及应用

2022-02-20 13:05代向辉张延旭

石油化工应用 2022年1期

李虎，代向辉，张延旭，周铮

（中海石油（中国）有限公司蓬勃作业公司，天津 300450）

酸化是注水井降压增注的常用手段[1]，随着油田开发进入中后期，单一的酸化解堵措施已难以解决所有的污染问题[2]。其主要原因是随着注聚、修井、提高采收率等多种措施的应用，外来流体中的化学剂与储层矿物以及流体相互作用，对储层产生严重污染，影响注水效果。这些污染来源主要有聚合物（HPAM 系列）、固相微粒、有机质、腐蚀产物等，通常这些污染物不是以单一形式存在，而是多种物质交联在一起形成复杂的堵塞物[3]，常规酸液体系难以有效溶解此类复杂堵塞物。对2020 年渤海某油田部分聚合物污染井酸化效果统计（见表1），在进行调剖和换管柱期间堵漏后，酸化效果较历次平均值相比均出现了不同程度的下降，这说明随着生产的进行单一酸化措施难以有效解除聚合物对注水井的伤害。分析认为：聚合物阻止了酸液与无机垢接触；酸液难以有效降解聚合物。针对该问题，本文开发出一种注水井弱氧化复合解堵技术，可有效解除注水井的聚合物污染堵塞。

表1 2020 年渤海某油田受聚合物污染注水井酸化效果统计

1 注水井储层聚合物污染机理

针对受聚合物污染的注水井堵塞原因及机理，行业已开展了大量的研究[4]，堵塞原因及堵塞机理主要有以下几个方面：（1）聚合物吸附滞留。“网状”大分子聚合物溶液极易在多孔介质吸附滞留，堵塞近井地带；（2）聚合物相对分子质量与储层孔喉尺寸不匹配；（3）地层微粒运移；（4）细菌及其代谢产物的黏胶与金属离子结合吸附堵塞地层；（5）无机物。地层的黏土、机械杂质及无机盐，同时与聚合物形成的胶团协同吸附堵塞；（6）聚合物溶解性不好形成鱼眼和软胶团。上述污染互相叠加，便会在注水井储层形成较难解除的复合堵塞物，严重降低注水能力（见图1）。

图1 复合堵塞物

2 实验材料及方法

2.1 实验材料

HPAM；弱氧化解堵剂PO-01；FeCl3；HCl；HBF4；HF；NH4F；酸液添加剂；40～80 目的石英砂；环氧树脂；复合堵塞物（图1，聚合物含量38%、油相32%、无机物30%）；N80 钢片；乌氏黏度计；玻璃具塞瓶；BROOKFIELD DV-Ⅱ型黏度计；岩心机；水浴锅。

2.2 实验方法

氧化解堵剂可导致聚合物骨架断裂[5]，但氧化解堵剂安全性难以控制，本文采用弱氧化解堵剂与酸液的协同作用，对上述复杂堵塞物进行处理。利用弱氧化体系使复合堵塞物中的聚合物氧化、降解分散，从而将复合堵塞物的无机成分暴露在酸液中，达到最佳溶解效果。

2.2.1 弱氧化解堵剂降解HPAM 性能评价配制0.8%HPAM 水溶液放置24 h；在室温条件下测试HPAM溶液初始黏度；然后称取100 g HPAM 水溶液于具塞瓶内，加入4 g PO-01，搅拌均匀；取3 个平行样置于65 ℃恒温水浴0.5 h、1 h、2 h；在室温下快速测试降解后样品黏度。降黏率η 按式（1）[6]计算：

式中：η－降黏率，%；μ0－HPAM 溶液原始黏度，mPa·s；μ－HPAM 溶液降黏后黏度，mPa·s。

2.2.2 弱氧化解堵剂溶复杂堵塞物性能评价 HPAM复杂堵塞物制备：首先配制0.8% HPAM 水溶液放置24 h，然后将0.8% HPAM 与0.5% FeCl3水溶液混合搅拌均匀，静置30 min，取出混合后的团状絮状物即为1份HPAM 复杂堵塞物。

PO-01 降解HPAM 复杂堵塞物能力测试：取1 份HPAM 复杂堵塞物置于具塞瓶内，然后加入50 mL 的4% PO-01，将具塞瓶置于65 ℃恒温水浴，记录模拟复杂堵塞物完全消失的时间。

PO-01 降解含聚复杂堵塞物能力测试：称取5 g含聚复杂堵塞物置于具塞瓶（3 个平行样进行实验），再分别量取1% PO-01、4% PO-01、8% PO-01 水溶液20 mL 加入瓶中。将样品瓶置于65 ℃恒温水浴，观察实验现象，记录含聚复杂堵塞物完全消失的时间。

2.2.3 弱氧化解堵剂综合性能评价缓蚀性能评价：采用挂片失重法在65 ℃水浴，测试N80 钢片在4%PO-01 水溶液中腐蚀速率。

PO-01 与酸液配伍性评价：将0.8% HPAM 与4%PO-01 水溶液按体积1：1 混合置于65 ℃恒温水浴12 h；再将降解后溶液与12%HCl、8%HBF4、3%HF、6%NH4F按1：1 混合置于65 ℃恒温水浴12 h；观察实验现象。

2.2.4 弱氧化解堵剂+酸液岩心驱替实验模拟伤害岩心制备：将40～80 目的石英砂与含聚复杂堵塞物按质量20:1 均匀混合；然后将混合后的石英砂加入环氧树脂胶结剂；快速用岩心机压制石英砂成型；将制备岩心自然风干。用制备好的岩心进行岩心驱替实验，实验内容（见表2）。

表2 岩心驱替实验

3 实验结果及分析

3.1 弱氧化解堵剂降解HPAM 能力评价

PO-01 对0.8%HPAM 降解数据（见表3），4% PO-01 可使0.8% HPAM 黏度降低99.95%，这表明PO-01能有效降解HPAM。

表3 4% PO-01 对0.8%HPAM 溶液降黏结果（65 ℃）

3.2 弱氧化解堵剂的溶垢能力评价

PO-01 对HPAM 复杂堵塞物降解过程（见图2），65 ℃下，4% PO-01 可将HPAM 复杂堵塞物在2 h 内降解完全。PO-01 对含聚复杂堵塞物降解过程（见图3），实验结果显示PO-01 浓度越高对复杂堵塞物溶解能力越强，溶解时间越长效果越好，4% PO-01、8%PO-01 最终在24 h 可将复杂堵塞物有效分散。HPAM堵塞物比含聚堵塞物更易降解，这说明储层堵塞物的成分复杂，处理困难，因此有必要从垢的复杂组分进行多方面解堵。

图2 HPAM 复杂堵塞物降解过程

图3 含聚复杂堵塞物降解过程

3.3 弱氧化解堵剂综合性能评价

3.3.1 缓蚀性能腐蚀速率实验结果（见表4），在腐蚀实验后N80 钢片表面光滑平整，无点蚀、坑蚀，N80钢片在4% PO-01 水溶液的腐蚀速率约为0 g/（m2·h）。这表明PO-01 施工时不会对管柱造成腐蚀。

表4 N80 钢片在4% PO-01 溶液的腐蚀速率（65 ℃）

3.3.2 与酸液配伍性 PO-01 降解HPAM 后溶液与酸液配伍结果（见图4），降解后的溶液与酸液混合后无分层和沉淀产生，PO-01 与常见酸液配伍性良好。

图4 PO-01 降解HPAM 后溶液与酸液配伍性实验

3.4 弱氧化解堵剂+酸液岩心驱替实验

岩心流动实验结果（见表5 和图5）。实验结果表明，5 组实验岩心最终渗透率都得到了一定改善，但改善倍比不同：（1）仅酸液解堵改善倍比为1.12，仅PO-01 溶液解堵改善倍比为1.16，两者同时使用改善倍比为1.25、1.39。这表明多重解堵协同作用能更有效解除注水井聚合物堵塞；（2）3#岩心解堵倍比（1.18）优于1#岩心（1.16），这表明静置反应有助于PO-01 分解堵塞物；（3）4#岩心解堵倍比（1.39）优于5#岩心（1.25），这表明解堵过程先破坏聚合物堵塞优于先考虑无机堵塞；（4）推荐注水井解堵注液顺序为“聚合物解堵→关井反应→酸液”。