（化学工程与技术专业论文）注聚油井防砂层堵塞机理及解堵措施研究.pdf

人，1 - s t u d yo np l u g g i n gm e c h a n i s m a n d p l u gr e m o v i n g o fo i l w e l l ss a n dc o n t r o la r e ai np o l y m e rf l o o d i n gr e g i o n at h e s i ss u b m i t t e df o r t h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：w a n gc o n g - c o n g s l i | ：p r o f l il n u p e r v l s o rr o ll il i 。： a s s o c i a t ep r o f l i ud o n g c o l l e g eo fc h e m i s t r y & c h e m i c a le n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) , - k 关于同意使用本人学位论文的授权书 中国科学技术信息研究所是国家科技部直属的综合性科技信息研究和服务 机构，是国家法定的学位论文收藏单位，肩负着为国家技术创新体系提供文献保 障的任务。从六十年代开始，中国科学技术信息研究所受国家教育部、国务院学 位办、国家科技部的委托，对全国博硕士学位论文、博士后研究工作报告进行 全面的收藏、加工及服务，迄今收藏的国内研究生博硕士论文已经达到1 0 0 多 万册。 学位论文是高等院校和科研院所科研水平的体现，是研究人员辛勤劳动成果 的结晶，也是社会和人类的共同知识财富。为更好的利用这一重要的信息资源， 为国家的教育和科研工作服务，在国家科技部的大力支持和越来越多的专家学者 提议下，中国科学技术信息研究所和北京万方数据股份有限公司承担并开发建设 了中国学位论文全文数据库的加工和服务任务，通过对学位论文全文进行数 字化加工处理，建成全国最大的学位论文全文数据库，并进行信息服务。 本人完全了解中国学位论文全文数据库开发建设目的和使用的相关情况， 本人学位论文为非保密论文，现授权中国科学技术信息研究所和北京万方数据股 份有限公司将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服 务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他 媒体发表论文的权利。 论文题目：注鐾迪羞随壁屋缝塞扭堡丞鲢缝撞旌婴塞 毕业院校：主国虿渔太堂l 垡丕2 毕业时间：2 0 1 0 生 论文类型：博士论文口 博士后研究报告口 硕士论文 同等学力论文 囤 口 授权人签字：王丛丛 日期：2 0 1 0 年6 月1 日 、| i l 1 一 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均己在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：至竺竺 日期：2 0 l o 年6 月6 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 k k 厂 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名： 指导教师签名： ；肛从十产厶 k 夺弗 日期：加扣年 日期：2 口j 9 年 占月 牛日 6 月4日 ， - 摘要 聚合物驱是油阳为提高原油收率而采用的重要技术措施。随着该技术应用范围的扩 大和时间增长，出现了注入压力升高、油井出砂，严重时甚至造成井壁坍塌、套管损坏 乃至油井报废等新的技术问题，显著影响了储层采油速度和油气采收率。 本研究采用x r d 、电子显微照片、等离子体发射技术、紫外吸收光谱等分析手段， 对近井地带防砂层堵塞物和采出水进行了形态表征和深入分析，发现堵塞物的主要组成 。为无机物和h p a m ，以难溶无机盐为胶核吸附部分h p a m 的结果是使地层微粒半径增 大、砂粒间空隙减小甚至发生交联，造成地层堵塞。通过对油井防砂层填充砂、返排砂 的形态和组成进行分析对比，发现油井注聚后流体粘度升高，h p a m 在砂粒表面的吸附 聚集趋于严重，对岩石表面微粒的拖拽、携带、桥堵作用增强。在地层流体运动过程中， 小粒径砂粒的聚集尤为显著，此外还有残余油组分以及粘土微粒等运移对地层造成的伤 害。 室内动态吸附模拟实验表明，h p a m 与砂粒表面有较强的吸附亲合力，其吸附量在 2 0 天以上逐渐趋于平衡并达到吸附饱和；h p a m 的分子量、浓度、驱替液的盐度等对 h p a m 在s i 0 2 表面的吸附过程有较大影响；相同条件下，分子量越大，剂砂比越大， 吸附层越厚，吸附量亦越大。在考查不同液固比和不同吸附时间对砂子吸附量影响的基 础上，得出h p a m 对砂子的吸附等温线，其在地层砂表面的吸附等温线符合扩展的 l a n g m u i r 吸附规则。 研制了新型f s a y 系列高效解堵剂，该剂可有效解除近井地带聚合物造成的堵塞， 疏通近井产液渗流通道。现场解堵工艺条件为：4 f s a y - 2 解堵剂+ 5 引发剂关井处理 4 8 h ，打段塞后再加入现场酸处理2 4 h 。处理过程中解堵剂：引发剂：现场酸的体积比为 t 一1 1 1 0 开发了f s a f 一1 型防砂充填层保护剂，能够有效防止聚合物再次堵塞防砂层并延长 解堵防砂的有效期。与解堵剂复合应用，可使解堵效果和解堵工艺进一步完善。 关键词：聚合物驱，防砂层，堵塞机理，解堵，保护 - 盖 t 0 s t u d yo np l u g g i n gm e c h a n i s ma n dp l u gr e m o v i n g o fo i lw e l l ss a n d c o n t r o la r e ai np o l y m e rf l o o d i n gr e g i o n w a n gc o n g - c o n g ( c h e m i c a le n g i n e e r i n ga n dt e c h n o l o g ) r ) d i r e c t e db yp r o f l il i a s s o c i a t ep r o f l i ud o n g a b s t r a c t p o l y m e ri n j e c t i o ni sa ni m p o r t a n tm e a s u r e t or a i s er e c o v e r yr a t i o w i t ht h ea p p l i c a t i o no f p o l y m e ri n j e c t i o nt e c h n o l o g y , t h e r ea r es o m en e w t e c h n i c a lp r o b l e m sc o m i n gf o r t h ，s u c ha s i n j e c t i o np r e s s u r el i f t i n g ，s a n dp r o d u c t i o n ，o re v e n b o r e h o l ew a l ls l o u g h i n g ，c a s i n gf a i l u r e ，o i l w e l la b a n d o n i n g ，w h i c ha f f e c to i lp r o d u c t i o nr a t ea n dh y d r o c a r b o nr e c o v e r y s o m ea n a l y s i sw a sd o n eb yu s eo fx r a yd i f f r a c t i o n ，m i c r o s c o p i ca n dp l a s m ae m i s s i o n t e c h n i q u ei nt h i sp a p e r t h r o u g ht h ea n a l y s i so fb u l k h e a da n dp r o d u c e d w a t e ri ni m m e d i a t e v i c i n i t y o fw e l l b o r e ，i th a sb e e nf o u n dt h a t t h e m a i nc o m p o s i t i o ni sm i n e r a la n d p o l y a c r y l a m i d e w i t ht h ea d s o r p t i o no fh p a mw i t hi n s o l u b l ei n o r g a n i c s a l ta sc o l l o i d a l n u c l e u s r a d i u so ff o r m a t i o nf i n e sw a si n c r e a s e da n dv o i db e t w e e nt h es a n dd e c r e a s e d ，t h e n t h ep l u gg e n e r a t e d t h r o u g hm o r p h o l o g i c a la n a l y s i sa n ds u r f a c ec o m p o s i t i o na n a l y s i so f f i l l i n gs a n da n df l o w b a c ks a n d ，i th a sb e e nf o u n dt h a tt h ep r i m a r yc a u s em a d ec o n t r o ls a n d l a y e rb a n k e d u pi st h er i s eo ff l u i dv i s c o s i t ya f t e ri n je c t i n gp o l y m e r s o l u t i o n t h i sm a yl e a dt o d r a ga n dc a r r yt h ef i n ep a r t i c l eo fr o c ks u r f a c es t r o n g l y , a n dm a k e t h a th p a ma d s o r b sa n d a s s e m b l e so nt h es a n ds u r f a c e i nt h ep r o c e s so ff o r m a t i o nf l u i df l o wb e h a v i o r , a g g r e g a t i o no f s m a l ls i z es a n di so b v i o u s i na d d i t i o n ，m i g r a t i o no fc r u d eo i l a n dm i n e r a ls u b s t a n c e p a r t i c u l a t ec o u l da l s oc a u s e f o r m a t i o nd a m a g e t h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n tw a sc a r r i e do u ti nl a ba n di tw a sf o u n dt h a tt h eh p a mw a s s t r o n g l va d s o r b e do nt h es u r f a c eo ft h es a n d t h ea d s o r b a n c eg o tt ob a l a n c eg r a d u a l l ya n d r e a c h e ds a t u r a t i o na d s o r p t i o no v e r2 0d a y s t h ea d s o r p t i o np r o c e s si sr e l a t e dt om o l e c u l a r w e i g h ta n dc o n c e n t r a t i o no fh p a m a n ds a l i n i t yo fd i s p l a c i n gf l u i d u n d e rt h es a m ec o n d i t i o n ， b i g g e rm o l e c u l a rw e i g h ta n dh i g h e rs a n d - t o a g e n t r a t i ow i l lr e s u l ti na d s o r b e dl a y e rt h i c k e r a n da d s o r b a n c e b i g g e r t h e i n f l u e n c eo f s o l i d - t o - - l i q u i d r a t i o a n da d s o r p t i o nt i m et o i i a d s o r b a n c ew a si n v e s t i g a t e d f u r t h e r m o r e ，t h ea d s o r p t i o ni s o t h e r mo fh p a mo nt h es a n dw a s g i v e n i ti sa c c o r d i n gt oe x t e n d e dl a n g m u i ra d s o r p t i o n p l u gr e m o v i n ga g e n tn a m e df s a y w a s s y n t h e s i z e da n ds t u d i e d i ts h o w e dt h a tt h ep o l y m e r b l o c kc o u l db er e m o v e di ni m m e d i a t ev i c i n i t yo fw e l l b o r ee f f e c t i v e l y t h e nt h ec o n d i t i o no f t h eo x i d a t i v ed e g r a d a t i o nw a ss i m u l a t e di nl a b o r a t o r y t h eb e s t p r o c e s sc o n d i t i o nw a s o b t a i n e d f i r s to fa l l ，t h eb u l k h e a dw a sd e g r a d e dw i t h4 w a t e rb l o c kr e m o v e ra n d5 h y d r o c h l o r i ca c i dw i t h i n4 8 h a f t e rt h a t ，a c i d i z i n gb u l k h e a dw i t hm i x e da c i dw i t h i n2 4 h ，a n d t h ep r o p e rr a t i oo fw a t e rb l o c kr e m o v e ra n d i n i t i a t i n ga g e n ta n dm i x e da c i di s1 ：1 ：1 i no r d e rt oe x t e n dt h ee f f e c ta n dp r e v e n tp o l y m e rb l o c k e da g a i n ，an e wt y p eo f p r o t e c t i v e a g e n tn a m e df s a fw a su s e d a f t e ri tw a su s e di nc o n t r o lp a c k e dl a y e r , t h ep l u gw a sr e m o v e d e f f i c i e n t l ya n dt h et e c h n o l o g yo fr e m o v i n gp l u gw a si m p r o v e dg r e a t l y k e yw o r d s ：p o l y m e rf l o o d i n g ，s a n dc o n t r o ll a y e r ，p l u g g i n gm e c h a n i s m ，p l u g g i n gr e m o v a l ， r e s e r v o i rp r o t e c t i o n ， i 一 目录 前言1日舌1 课题研究背景及意义1 国内外研究与进展2 1 2 1 油水井堵塞原因2 1 2 2 油水井堵塞机理4 1 2 3 油水井解堵技术6 本课题研究的主要内容一1 2 注聚油井防砂层堵塞物的组成和形貌特征1 3 实验仪器及方法1 3 2 1 1 仪器与试剂1 3 2 2 2 方法及流程13 堵塞物形态表征1 4 2 2 1 堵塞物外观描述1 4 2 2 2 堵塞物显微分析15 堵塞物组成剖析1 6 2 3 1 堵塞物组分的定量分析1 6 2 3 2x 射线衍射晶相分析1 6 注聚区采出水全分析1 7 2 4 1 紫外可见光谱分析1 7 2 4 2 采出水离子全分析1 8 砂粒表面吸附物的组成和结构1 9 本章小结。2 0 注聚油井防砂层堵塞机制一2 2 实验仪器及方法。2 2 3 1 1 仪器与试剂：2 2 3 1 2 方法及流程2 2 注聚井砂样显微分析2 4 注聚井砂样组成对比研究2 7 激光粒度分析2 8 i v 章 地 章u 勉 躬 弘 筋 拍章 让 粥 一 二 三 第 第 第 o 卜 托 一 一 3 4 1 填充砂激光粒度分析2 8 3 4 2 返排冲出砂激光粒度分析2 9 3 5 注聚井堵塞原因分析3 l 3 5 1 聚合物溶液在地层条件下的性质变化研究3 l 3 5 2 聚合物在砂粒表面的吸附模拟实验3 2 3 5 3 防砂层堵塞的动态模拟试验3 4 3 6 注聚井堵塞机理讨论一4 8 3 7 本章小结4 9 第四章聚合物在砂粒表面的吸附规律研究5 1 4 1实验仪器及方法5l 4 1 1 仪器与试剂5 1 4 1 2 实验原理5 1 4 1 3 方法与流程5 2 4 2 淀粉碘化镉光度法工作曲线的建立5 4 4 2 1 淀粉碘化镉法测三碘淀粉络合物的吸收曲线5 4 4 2 2 反应时间对实验的影响5 5 4 2 3 加剂量对h p a m 质量浓度测定的影响5 7 4 2 4 淀粉碘化镉法标准曲线的确定5 7 4 3 浊度法工作曲线的建立一5 8 4 3 1 浊度法测定h p a m 的吸收曲线5 8 4 3 2 反应时间对吸光度的影响5 9 4 3 3 试剂加量对工作曲线的影响5 9 4 4 h p a m 浓度检测实验方法的确定6 1 j 4 5h p a m 在砂粒表面的吸附规律研究6 1 4 5 1 剂砂比对h p a m 吸附量的影响6 2 4 5 2 吸附时间对h p a m 吸附量的影响6 3 4 5 3h p a m 浓度对吸附量的影响6 5 4 5 4 h p a m 吸附规律的数学拟合一6 5 4 6 本章小结6 9 第五章注聚油井防砂层解堵技术研究一6 l v 5 1 实验仪器及方法7 1 5 1 1 实验仪器与试剂7 l 5 1 2 实验原理7 2 5 1 3 实验方法及流程7 3 5 2 解堵剂的研制与效果评价7 4 5 2 1f s a y 系列解堵剂的研制7 4 5 2 2 解堵剂类型对降解效果的影响7 5 5 3 解堵剂工艺方案的探讨7 9 5 3 1 解堵剂使用条件的考察7 9 5 3 2 引发剂使用条件的考察8 0 5 3 3 酸化条件的考察8 2 5 3 4 现场解堵工艺条件的确定8 4 5 4 保护剂的研制与应用评价8 6 5 4 1 防砂层保护剂的研制8 6 5 4 2 防砂层保护稳定剂应用效果评价8 6 5 4 3 防砂层保护剂和解堵剂复合应用评价8 6 5 4 4 防砂层保护剂抗冲刷能力考察8 8 5 5 现场应用实验8 8 5 6 本章小结8 9 结论9 0 参考文献9 1 附勇乏9 4 辱 ， a ， 攻读硕士学位期间取得的学术成果一9 8 一 致 射9 9 , j j 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章前言 1 1 课题研究背景及意义 采油工艺中，注聚合物驱油是一种常用的提高开采率的技术，采用的聚合物多为部 分水解聚丙烯酰胺( h p a m ) ，其分子量通常约在2 0 0 0 万左右范围。与水驱开发相比较， 聚合物驱的实践时间比较短。h p a m 之所以可用于水驱油作业，是由于其加入后有利于 加大油层的波及控制面，当油层为高渗透层时，聚合物溶液率先进入高渗透薄层，后面 注入的水将围绕缓慢移动的聚合物段塞而改变流动方向，进入低渗透层，这样就可以使 波及系数得到大幅度提高。 目前，注聚合物已成为胜利油田增产的重要支柱性技术。国内对注聚技术研究比较 充分，但对注聚区油井的堵塞机理及其对防砂的影响、解堵方法等方面的研究相对薄弱。 随着聚合物驱油技术应用范围的不断扩大和时间的增长，一些新的技术问题也逐渐暴露 出来，例如在聚合物驱开发过程中，随着聚合物累计注入量的增加，总体注入状况变差， 一些注聚区油水井出现了不同程度的堵塞问题，影响聚合物驱的效果。其主要表现为注 入压力上升导致注入阻力增大，个别井甚至达到破裂压力；不能按配比完成配注，部分 井停注，严重影响了聚驱效果和综合经济效益。这种堵塞往往是多种因素共同作用的结 果，除结垢、泥浆滤失、机械杂质、粘土运移外，还有因压力及温度降低而导致的蜡质、 胶质、沥青质的析出以及外来流体进入地层后造成的水堵等。 普通的水力压裂和化学解堵措施，可以在一定程度上缓解聚合物注不进去和注入压 力上升的矛盾，但同时也存在注入量低、有效期短的问题，并且由于缺少聚驱堵塞类型 诊断方法，应用中存在一定程度的盲目性，致使聚驱解堵增注的总体效果并不理想。近 几年的统计数据表明，无论是压裂还是一般的酸化液解堵效果均不理想，都不能满足注 聚井改造措施的要求，影响了注聚开发的整体经济效益。而且，压裂解堵存在施工成本 较高，施工后会造成油井含水上升速度过快以及对固井质量差的井易造成窜槽等问题。 因此，通过对堵塞物的组成结构进行剖析，明确堵塞成因，研制有针对性的选择解堵技 术和解堵工艺事在必行。 本项目研究的意义在于： 通过对堵塞物结构组成的分析与表征，明确胜利油田注聚合物油水井防砂层的堵塞 机理，从而更加有针对性的深入开展解堵研究。 第一章前言 通过理论研究和室内模拟实验，研制高效率的解堵剂、引发剂及相关的解堵助剂； 优化注聚区油水井解堵条件，提高解堵效果，延长注聚有效期，提高采油效率。 依据化学吸附理论，对聚合物在填充砾石表面以及地层微粒表面的吸附规律进行研 究并做数学处理，以揭示聚合物在填充砾石和地层颗粒表面的吸附规律，探索聚合物对 注聚区域地层出砂的影响，尝试建立地层出砂影响规律的数学模型，为不同注聚区域的 防砂工艺设计提供参考。 项目的完成将有助于解决聚合物溶液堵塞地层等制约油田生产的技术“瓶颈”问题， 提高三采工艺水平，同时为注聚区油井防沙工艺技术研究项目奠定扎实的理论基础。 1 2 国内外研究与进展 1 2 1 油水井堵塞原因 注聚合物油水井，在高压下长期连续注入聚合物溶液，致使部分井出现堵塞现象， 原因是多方面的，概括起来主要有以下几点。 ( 1 ) 油层性质对油水井堵塞的影响 注聚合物井选择的区块非均质性强、油层相对较薄、孔隙小、渗透率低、地质条件 发育差，注聚合物井和采油井之间的连通性差等各方面因素，都是诱发注聚合物井出现 堵塞的地质方面的原因【1 1 。 流体在油层岩石孔隙中的流动、位置和分布等，均受岩石表面润湿性的影响，同时 岩石的润湿性也是影响注聚区域堵塞的重要原因。对亲水性岩石而言，原油中的水极易 吸附在孔隙表面，占据较少的孔隙体积；油湿岩石情况相反，当岩石孔隙表面具有油湿 特性时，水与岩石孔隙的接触面积大大减少，使得粘土或地层微粒随流体运移到水中的 量相应减少，减轻了对地层的伤害；然而亲油性岩石表面也有不利的一面，因为它会降 低地层原油的相对渗透率。此外有机物质在孔隙表面的吸附和沉积也会导致油层伤害。 ( 2 ) h p a m 在地层中交联聚合 在地层温度及压力条件下，h p a m 经粘土矿物、微生物的催化作用，线型大分子链 节上的羧基、酰胺基自身或与其它活性官能团反应，生成溶解度较低的交联聚合物。该 交联聚合物吸附在粘土矿物、砂粒和无机物的表面上，以无机物颗粒为胶核形成聚合物 胶团从溶液中沉积出来，滞留在井底、炮眼和近井地带，造成聚合物溶液注入压力升高 和注入量递减。 ( 3 ) 有机垢和微粒的相互作用 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 砂粒或岩石表面颗粒在地层流体携带及裹挟作用下，运移到近井地带和防砂层内， 为胶质沥青质的絮凝析出和吸附提供了大量的晶核，形成的有机垢以砂粒为中心凝聚， 成为地层堵塞的伤害源或助剂，同时也使得本来可以通过防砂层排出的部分小粒径砂粒 滞留在了近井地带和防砂层内，造成了油田开发过程中微粒运移和有机垢的双重堵塞。 ( 4 ) 微生物对油水井堵塞的影响 在油田开发过程中，微生物随流体进入地层，并在地层环境条件下开始繁衍，微生 物的代谢产物以及细菌等可聚合物一起引起地层堵塞。常见的细菌有氧化铁细菌、硫酸 盐还原菌、粘泥形成的腐生细菌，以及破坏压裂液和二次采油液体中聚合物的细菌等。 造成地层堵塞的微生物中最常见的是硫酸盐还原菌，它可将水中的硫酸盐或亚硫酸 盐还原为硫化物和h 2 s ，并释放能量，为其他细菌生长提供了必要的条件；同时生成的 h 2 s 增大了地层水的腐蚀性。此外氧化铁细菌还能将开采液中的二价铁( f e 2 + ) 转化为 三价铁( f e 3 + ) ，从而形成难溶于水的f e ( o h ) 3 凝胶从水中沉积出来，造成地层堵塞。粘 泥形成的细菌能产生密度较大的粘性物质团覆盖在地层岩石表面，对硫酸盐还原菌的菌 ：落起到了一定的保护作用，造成孔隙堵塞。 ： 妻( 5 ) 沥青质造成的堵塞 ；原油中的沥青质组分在岩石孔隙表面的吸附和沉淀是导致油藏润湿性发生改变的 ! j 一个重要原因。 i 沥青质通过非烃分子和矿物岩石表面的氢键、分子间作用力、分子中含有n 、s 、o 的极性官能团与金属离子之间的配位作用，分子与含有带正电的碱性官能团的粘土矿物 表面的离子交换作用，以及芳香环与粘土阳离子和晶格中表层阳离子之间的电子作用等 各方面作用力在岩石表面产生吸附。 当盐水浓度与束缚水饱和度相同时，地层表面沥青质的吸附量随盐水中阳离子价态 的升高而增大。其原因可能是高价无机阳离子与沥青质某些官能团之间存在相互作用， 使岩石表面的电荷重新分布，对沥青质在岩石表面的吸附起到了促进作用。 沥青质胶束在较强的相互作用力下，互相结合形成超胶束，并进一步结合形成簇状 物，最后形成絮状物沉淀下来。胶质的含量不足，沥青质表面的溶剂化层的厚度不够， 常常会影响分散体系的稳定性，导致沥青质聚沉吸附在岩石表面，使岩石表面的润湿性 由亲水性逐渐转变为了亲油性。 ( 6 ) 施工作业过程对地层构成的伤害 开采过程中油气层的伤害也是造成注聚合物井堵塞的一个重要原因，在施工作业的 3 成 微 或 成 底 简 造 溶 生 力 效应导致局部压力扰动，会使微粒流动，也会降低孔喉处微粒的“架桥 作用；毛细 管力的扰动作用，会使流体携带微粒流动的临界流速降低【3 】。 污水回注污水回注加剧了地层中部分无机盐类结晶的析出，导致无机垢沉积日趋 严重，加剧了地层的堵塞。 1 2 2 油水井堵塞机理 砂岩是多孔介质，形成地层岩石的矿物种类众多，孔隙结构复杂，内表面积很大。 聚合物溶液在砂岩孔隙中流动时，由于存在与地层岩石表面的色散力、氢键和其他作用 力而可能发生吸附滞留，产生浓度富集。研究结果显示：黏土矿物对聚合物的吸附作用 最强，吸附量大约是在岩石骨架上吸附量的4 1 0 倍。当聚合物溶液在地层孔隙中流动 时，聚合物在岩石表面的吸附是非均一性的多分子层吸附，在这种动态吸附条件下，孔 隙喉道变窄，对地层的渗透率影响较大。在相同条件下，注聚后的岩心渗透率越低，说 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 明地层聚合物堵塞的情况越严重。 随注入流体进入油层的粘土、钙、镁、铁无机盐类沉淀以及其他机械杂质也是造成 油层堵塞的主要原因。郑俊德等的研究结果表明，进入地层的无机物为聚合物或其他有 机物分子的吸附提供了大量的胶核，并以此为中心形成胶团；胶团聚集变大，在已经吸 附了聚合物的地层，尤其是疏松砂岩地层造成严重堵塞，其堵塞程度远大于低渗透地层。 注聚井注入聚合物溶液以后，地层流体的黏度较注聚前有明显提高，在相同流速下 聚合物溶液对地层孔隙内微粒的作用力要大于水；流体粘度升高，对砂粒的携带、悬浮 作用增强，对砂体的冲刷和剥蚀就更加严重。此外，在酸化过程中，由于酸液溶解掉胶 结物，使地层更易发生微粒运移和出砂现象，造成运移堵塞，伤害地层。 附着在油田注入管道内的细菌，生长繁殖过程中产生的大量菌落和代谢物均会堵塞 地层，特别是代谢产物中的黏胶与铁离子结合后，会形成一种刚性颗粒并吸附在岩石孔 道表面而堵塞地层。实验结果表明，好氧菌对聚合物溶液不产生降解作用；厌氧菌虽有 一定作用，但效果不明显。 璺、驱油用聚合物是高分子有机物，其分子尺寸与相对分子质量有关，其水溶液类似胶 ； 筻体溶液。地层是多孔介质，且孔隙喉道的尺寸很小而易造成堵塞，因此合理选择驱油用 蕞聚合物的相对分子质量十分重要。 聚合物溶液对不同渗透率岩心的堵塞实验结果表明，配液时聚合物溶解不好而形成 不溶物( 鱼眼) 或软胶团，将使注入过程变得更加困难。由现场返排物照片中的固相判 断，堵塞物可能来源于熟化或溶解不充分的聚合物；x 漫散射成像技术测试结果已表明 2 5 的胶核是不溶性聚合物【4 j 除以上所讨论的堵塞机理外，所有与聚合物溶液、地面混合状态以及油层岩相有关 的因素都会引起油井注入能力下降等问题【5 1 。此外，油层压力下降使沥青质沉积到岩石 表面改变其润湿性，或作为油包水乳状液的胶核造成流体的粘度增大，从而对颗粒的携 带能力增强，都会造成地层堵型6 7 。 国外在研究油水井堵塞机理方面更多的把注意力集中在微粒运移方面。认为p h 值、 盐度、离子交换、流体的润湿效应、流体的流速等因素都是造成堵塞的原因”】。研究 发现，p h 升高、盐度下降使微粒易从岩石表面或孔隙上脱落，直接导致岩石渗透率下 降：若盐浓度突然降低，使岩石表面的n a + 和溶液中的h + 进行离子交换，溶液的p h 值 增加，微粒表面的电势增大，从而使粘土微粒两层之间的斥力增大，使孔壁上的微粒易 脱落。聚合物的注入，使得微粒在聚合物溶液和产出水的作用会产生两相流动，并扰乱 5 第一章前言 了地层岩石表面的电荷平衡，破坏了粘土颗粒之间的结合，使粘土膨胀产生更多的迁移 微粒。 1 2 3 油水井解堵技术 国内外目前研究和应用的油井解堵技术主要包括四大类。第一类为化学法，主要为 采用常规酸液和各种缓速酸液进行处理。第二类为物理法，包括蒸汽吞吐、电磁加热、 多脉冲高能气体压裂、低频电脉冲、人工地震、高压水射流、水力振动、声波超声波及 其他技术( 层内燃烧和层内爆炸) 。第三大类为物理化学法，主要有热化学法，以及化 学及物理法相结合的解堵技术。第四大类为生物法，利用酶在油水井的井眼或地层中产 生化学剂，进行增产、增注、堵水或防砂等措施取得一定的解堵效果【1 0 1 。 1 2 3 1 化学法 ( 1 ) 常规酸化液解堵 常规酸化液解堵是目前油田应用普遍的一种解堵措施，用于单一无机物沉淀及岩石 碎屑造成的堵塞，该技术主要通过在近井地带地层注入酸液以溶蚀无机颗粒及造岩矿物 来实现堵塞物的降解，通常情况下在碳酸盐岩储层注入盐酸，而砂岩储层由于硅酸盐组 分的含量较高，通常注入盐酸与氢氟酸的混合溶液。常规酸液解堵法存在较多不足，例 如酸液反应速度较快，有效作用距离短，对低渗透油层的解堵效果不佳；由于解堵液酸 性强，在完成解堵工作后，残留的酸液也会对生产套管造成腐蚀；同时，酸还可能与地 层组分发生反应形成酸溶蚀孔隙。基于以上的缺点，科研人员正在努力研究其他的替代 酸以取代长期沿用的常用酸液用于油水井解堵。 ( 2 ) 缓速酸液解堵 缓速酸液解堵是在常规酸液解堵的基础上发展形成的一类解堵技术，该方法采用具 有缓速酸和自生酸特性的酸进行酸化解堵，此酸液属缓冲酸体系，通过控制生成酸种类、 速度等达到长时间酸化解堵的目的。根据开采井地层岩石类型的不同，酸化液的成分可 以选择盐酸、氢氟酸、磺酸、有机酸等其中的一种或几种。现行的缓速酸液解堵工艺较 为常用的为潜伏酸酸化解堵法。该技术主要应用于砂岩地层的解堵，也适用于解除碳酸 盐岩地层中的无机物沉淀及岩石碎屑所引起的堵塞。缓速酸液解堵技术具有酸岩反应速 率小，有效作用距离长，不会造成二次污染等优点，从根本上克服了常规酸液解堵法的 不足。目前中石化胜利油田的冯虎等人已研制出了f b 6 酸化解堵剂，并在牛庄油田王 5 3 断块取得了明显的解堵效果【1 。 6 中国石油人学( 华东) 硕= 匕学位论文 ( 3 ) 解除近井地带堵塞所用的解堵剂 第一类是由有机溶剂、表面活性剂、防膨剂等组成的乳液体系，其中有机溶剂可以 对胶质、沥青质、蜡质等重质成分形成的有机沉积进行溶解降粘，表面活性剂可降低油 水界面张力，防膨剂可固定岩石骨架，维护矿物胶结能力。该混合乳液体系适用于解除 单项的有机沉积引起的近井地带堵塞。关德等人研制的y s 0 1 【1 2 】，在解除埕北油田和绥 中油田油井近井地带的堵塞是效果明显。 第二类解堵剂由强氧化剂、催化剂及相关助剂组成，其中强氧化剂主要选用过氧化 钠、高锰酸钾、次氯酸钠或二氧化氯等。该体系可氧化降解有机沉积物，使粘稠大分子 变为流动性强的小分子，主要适用于解除近井地带单一的有机沉积所引起的堵塞。 第三类解堵剂通常由混合酸、有机溶剂、表面活性剂、络合剂、分散剂、缓蚀剂及 其他助剂组成，其中混合酸溶蚀岩石碎屑及无机沉淀物，表面活性剂及某些助剂从岩石 表面剥离有机沉淀物，吸附于岩石表面的成分阻止有机沉淀粘附在岩石表面。该技术适 用于解除近井地带单项的岩石碎屑及无机沉淀所引起的堵塞。 第四类为近年来发展起来的纳米型解堵剂。在油田应用前需要先对近井地带进行反 洗、热处理或复合药剂处理，消除岩石裂隙表面的有机物沉积，再注入含有纳米粉体的 配制液。解堵剂中的纳米粉末在助剂的作用下吸附在地层岩石表面，使近井地带岩石裂 隙表面具有一定的耐粘污，i , 工# 4 - 白厅匕b ，达到阻止有机物沉积，改善渗流的目的。 ： 1 2 3 2 物理法 ( 1 ) 压裂 压裂是指用压力将地层压开，使油层近井地带形成裂缝，再填入压裂砂等支撑剂将 它支撑起来，以减小流体流动阻力的增产、增注措施【1 3 】。油层压裂工艺过程是用压裂车， 把高压大排量具有一定粘度的液体挤入油层，当把油层压出许多裂缝后，加入支撑剂( 如 石英砂等) 充填进裂缝，提高油层的渗透能力，以增加注水量或产油量。 压裂开始阶段效果较为明显，注入压力下降，注入量大幅度增加。但由于潜伏在井 底炮眼和近井地带的聚合物凝胶团块颗粒大小不一、富有弹性，容易随注入的聚合物溶 液流入压开的裂缝造成二次堵塞。此外压裂法还存在较多的不足之处，例如成本比较高、 有效持续时间较短，对井身结构有一定的破坏作用，同时压裂砂大量沉积在井底使聚合 物注入的阻力增大，施工后会造成油井含水上升速度过快，以及对固井质量差的井易造 成窜槽。 ( 2 ) 蒸汽吞吐解堵法 7 第一章 前言 蒸汽吞吐又叫做周期性注蒸汽、蒸汽浸泡、蒸汽激产等。所谓蒸汽吞吐是指先向油 井注入一定量的蒸汽，关井一段时间，待蒸汽的热能向油层扩散后，再开井生产的一种 开采重油的增产方法，通常分为注汽、焖井及回采三个阶段。 入井液及沥青质胶质在整个稠油油藏开采过程中很容易堵塞油层，造成严重的油层 损害。稠油的突出特征是对温度非常敏感，因此可采用蒸汽吞吐解堵法来改善油层的堵 塞状况。蒸汽吞吐解堵法利用地面加热装置将水加热成水蒸汽，再注入施工层段，使近 井地带附近的油层和原油被加热，热量使稠油结蜡升温，粘度降低，流动性增强，并能 够在开井回采时改变液流方向，使油、蒸汽及凝结水在放大生产压差条件下高速流入井 筒，将近井眼地带的堵塞物排出，大大改善了油井渗流条件。 改进的蒸汽吞吐法添加了降粘剂、防膨剂等辅助化学剂，以进一步增强解堵效果。 该技术适用于解除近井地带单一的有机沉积引起的堵塞，解堵效果明显，但是热能利用 率低，有效期短。 ( 3 ) 声波超声波解