肖立曉，侯吉瑞，劉常清，梁 拓，趙 偉

（1.中國石油大學（北京）非常規(guī)油氣科學技術(shù)研究院，北京 102249；2.中國石油大學（北京）石油工程教育部重點實驗室，北京 102249；3.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

0 前言

在油田勘探與開發(fā)過程中，鉆井、試油、修井及采油過程中注入的鉆井液、壓井液、洗井液、注入水及聚合物等入井液體均會對地層造成傷害，使油氣采出通道堵塞，導致油井減產(chǎn)或停產(chǎn)，水井欠注［1］。采用的增產(chǎn)、增注措施等都會使油層溫度下降，使原油中更多的高凝石蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等有機物以結(jié)晶或膠粒形式在近井地帶沉積下來，造成油層堵塞，導致原油產(chǎn)量下降［2-3］。因此以疏通油層為主要目的的清洗、解堵作業(yè)日益重要。

解堵方法分為物理解堵法和化學解堵法。物理解堵法是靠產(chǎn)生較大的振動沖擊波在近井地帶產(chǎn)生微裂縫或使堵塞物松動脫落而解堵。這種強大的沖擊波對防砂篩管及地層結(jié)構(gòu)都有一定的破壞作用［4］?；瘜W解堵法是根據(jù)油井的堵塞原因配制解堵液。解堵液中的有效成份與堵塞物充分接觸并發(fā)生化學反應，從而達到破壞、攜帶并銷蝕堵塞物的目的，隨后反應產(chǎn)物由井筒排出地面實現(xiàn)化學解堵，提高或改善近井地帶的滲透率［5-6］。近年來，通過深入研究解堵技術(shù)并進行多次現(xiàn)場試驗，形成了以酸化解堵技術(shù)、強氧化劑解堵技術(shù)及熱力解堵技術(shù)為主的化學解堵技術(shù)［7］。酸化解堵技術(shù)是目前油井最常用的解堵技術(shù)，通過在近井地帶注入鹽酸、土酸等酸性物質(zhì)，不同程度地溶蝕地層礦物和常規(guī)無機物，解除絕大部分無機物堵塞［8］，但對聚合物和生物等有機物堵塞的解堵效果很差，同時酸液的有效作用距離短，對低滲透儲層的解堵效果不佳［9-11］。針對油層堵塞問題，國內(nèi)外又提出了新的酸化解堵工藝和技術(shù)，如二氧化氯復合酸酸化技術(shù)、暫堵酸化技術(shù)、泡沫酸化技術(shù)等［12-14］。這類技術(shù)可以解決層間矛盾，但是酸性解堵液對油井設備腐蝕和儲層框架傷害嚴重，并且相應的酸液對下游油水分離造成負面影響，降低脫水效果［15］。用氧化劑替代酸液的解堵工藝實現(xiàn)了降黏、殺菌和清除硫化物堵塞的作用，從而解除有機物堵塞，達到改善地層滲透率并提高產(chǎn)量的目的，但應用中有一定的局限性，如：高錳酸鉀、次氯酸納的氧化能力較差；雙氧水氧化能力較強，一旦注入井下會有爆炸的危險［16-17］。熱力解堵技術(shù)是利用化學方法在預處理油層井段產(chǎn)生大量的氣體和熱量，產(chǎn)生的熱量不僅可以起到熱力降黏作用，也可以提高預處理油層的溫度，把沉積在井筒和油層的石蠟、瀝青等有機物沉淀溶化，起到熱力解堵作用［18］。

在選擇解堵技術(shù)時，需要根據(jù)儲層堵塞機理，結(jié)合不同化學解堵技術(shù)的特點及其適用范圍，選擇合適的解堵技術(shù)，避免造成儲層二次傷害［19］。強氧化劑解堵技術(shù)可以用于鉆完井液和壓裂液等外來流體引起的堵塞；針對巖屑等無機垢沉淀引起的無機堵塞，可采用酸化解堵技術(shù)；針對原油中瀝青、石蠟等有機垢沉積造成的有機堵塞，可以采取注入有機溶劑進行解堵［20］。渤海油田沙河街組油藏屬于中低孔、低滲油藏，瀝青和石蠟含量中等偏上。當溫度和壓力降低時，這些有機物極易沉積在近井地帶形成油污造成堵塞，因此可采用注入有機溶劑方法進行解堵。有機解堵方法不僅能解除地層有機堵塞，而且使用的化學藥劑不需反排，對井身結(jié)構(gòu)和防篩砂管也不會造成任何損害［21］。伍增貴等［22］針對渤海埕北油田油井的有機堵塞問題，研發(fā)出以芳香烴類有機溶劑和表面活性劑為主要成分的有機解堵劑。本文對常規(guī)有機解堵劑進行優(yōu)化，不再使用單一類別的有機溶劑，而是通過室內(nèi)接枝實驗得到具有極強滲透清潔性能和溶解能力的復合型油溶性有機溶劑；同時使用實驗室自制的清潔安全、化學性質(zhì)更加穩(wěn)定的醇醚型表面活性劑，配制得到醇醚型高效有機解堵劑體系。醇醚型高效解堵劑體系各成分之間可以發(fā)揮協(xié)同效應，在潤濕、滲透、分散等方面具有更加優(yōu)異的性能。本文通過正交實驗篩選出醇醚型高效解堵劑的最佳配方，開展解堵劑對石蠟和瀝青的溶蝕效果實驗研究，并在渤海油田沙河街組58-5油井進行現(xiàn)場應用。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

石油醚，沸程30數(shù)60℃、60數(shù)90℃，分析純，濟寧佰一化工有限公司；渤海油田脫水原油，含瀝青質(zhì)19.4%、蠟質(zhì)40.1%；瀝青，由渤海原油加工得到；石蠟，60＃精蠟，工業(yè)級，大慶新瑞通科技工程有限公司；醫(yī)用脫脂棉；醇醚型表面活性劑；有機溶劑1（復合型油溶性有機溶劑）、有機溶劑2（單一芳香族油溶性有機溶劑），自制；2-甲基-2，4-戊二醇，分析純，江蘇嘉仁化工有限公司；乙二醇單丁醚，分析純，濟南璽林化工有限公司；白油，工業(yè)級，辛集市隆億石油助劑廠；配制解堵劑的地層水為模擬地層水，礦化度為7809.7 mg/L，離子組成（mg/L）為：Na++K+2620.74、Ca2+230.28、Mg2+78.91、CO32-101.63、HCO3-61.63、SO42-287.95、Cl-4428.59；石英砂，粒徑0.35數(shù)0.50 mm。

MG-9 紫外分光光度計，南京非勒儀器有限公司；玻璃鋼恒溫水浴，室溫數(shù)95℃，常州市金壇大地自動化儀器廠。

1.2 實驗方法

（1）洗油率的測定

①制備高效解堵劑：將醇醚型表面活性劑、有機溶劑1、乙二醇單丁醚、有機溶劑2、2-甲基-2，4-戊二醇攪拌均勻，制得高效解堵劑XL-1。②人造油污的配制：將原油、瀝青、石蠟按質(zhì)量比83∶12∶5 置于燒杯中，加熱攪拌使固體瀝青和石蠟溶解后混合均勻，制得含油率為83%的人造油污。③油砂配制：稱取4.0 g 人造油污，用10 mL 沸程為30數(shù)60℃的石油醚溶解后加入170 g 石英砂并攪拌均勻，在80數(shù)90℃水浴中加熱并攪拌0.5 h 以上，蒸去石油醚制成油砂，油砂含油的質(zhì)量分數(shù)為K。④繪制標準曲線：稱取0.5 g（精確至0.0001 g）人造油污移入100 mL容量瓶中，用沸程60數(shù)90℃的石油醚溶解，稀釋至刻度，得到標準油溶液；用移液管分別移取0數(shù)1.4 mL 標準油溶液于8 個50 mL 容量瓶中，用沸程60數(shù)90℃的石油醚稀釋至刻度，以沸程60數(shù)90℃的石油醚為空白，用分光光度計測定吸光度，根據(jù)測得的吸光度值與對應的含油量值繪制標準曲線。⑤洗油率的測定：稱取W0=4.0 g 油砂于50 mL 比色管中，加入10 mL 解堵劑，將比色管置于60℃恒溫水浴中1 h后取出，搖動后置于比色架上，用鑷子夾住棉花，蘸去液面及管壁上的油污，小心傾去洗液，用蒸餾水沖洗比色管內(nèi)殘余的解堵劑，直到洗出液呈透明狀態(tài)為止，將沖洗后的帶油砂的比色管放入（105±1）℃的烘箱內(nèi)烘干4 h，取出放入干燥器中放至室溫；在比色管內(nèi)加入適量沸程為60數(shù)90℃的石油醚充分搖動并稀釋至刻度。吸取石油醚溶液，用分光光度計測定吸光度，在標準曲線上查出比色管內(nèi)對應的殘余含油量W1。按［1-W1/（KW0）］×100%計算洗油率X，其中K=4×83%/（170+4）×100%。

（2）高效解堵劑配方優(yōu)化

將醇醚型表面活性劑、有機溶劑1、有機溶劑2、2-甲基-2，4-戊二醇和乙二醇單丁醚進行正交對照實驗，通過極差分析法確定高效解堵劑的最佳配比。

（3）對石蠟和瀝青的溶蝕效果

在2 個量筒中分別加入10 mL 解堵劑XL-1，置于地層溫度50℃水浴中預熱15 min，分別加入相同質(zhì)量（1 g）的石蠟和瀝青，置于油層溫度50℃水浴中，每隔1 min將石蠟和瀝青取出，用蒸餾水清洗干凈后，稱量石蠟和瀝青的剩余質(zhì)量，計算溶蝕率，繪制時間—溶蝕率關(guān)系曲線。

2 結(jié)果與討論

王天慧［23］、王海軍［24］等用洗油率作為評價有機解堵劑的性能指標。本文采用的醇醚型表面活性劑具有毒性小、易生物降解、表面張力低、與其他類型有機物或表面活性劑配伍性好等特點，是一類多功能綠色表面活性劑。室內(nèi)實驗證明其具有很好的洗油能力，但是僅僅利用醇醚型表面活性劑提高洗油率從而實現(xiàn)解除有機堵塞的效果并不理想［25］。因此，將其與能夠溶解石蠟和瀝青的油溶性有機溶劑和其他醇醚類型的有機物進行復配，三者發(fā)揮協(xié)同效應，在實現(xiàn)最高洗油效率的基礎(chǔ)上將油污溶解，從而解除有機堵塞。本文用人造油污配制的油砂模擬近井地帶堵塞的石蠟、瀝青等有機物，通過測定對有機解堵劑的洗油率來確定其解除有機堵塞的實際效果。

2.1 高效解堵劑配方優(yōu)選

正交實驗的變量為醇醚型表面活性劑、有機溶劑1、有機溶劑2、2-甲基-2，4-戊二醇和乙二醇單丁醚，保持醇醚型表面活性劑的質(zhì)量水平分別為1、2、3 g，改變有機溶劑1 和2-甲基-2，4-戊二醇的質(zhì)量，計算每次實驗的洗油率，結(jié)果見表1。在實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上計算每個影響因素在不同質(zhì)量水平下的均值，均值越大，表示該影響因素在該質(zhì)量水平下的洗油率越大，由均值計算每個影響因素的極差，極差越大，表明該因素對洗油率的影響能力越大。

表1 醇醚型表面活性劑、有機溶劑1和2-甲基-2，4-戊二醇正交實驗結(jié)果

由表1結(jié)果可見，3種因素對洗油率的影響大小依次為2-甲基-2，4-戊二醇＞醇醚型表面活性劑＞有機溶劑1。對均值進行分析可以看出，醇醚型表面活性劑加量為3 g、有機溶劑1 加量為7 g、2-甲基-2，4-戊二醇加量為0.5 g 時可以達到最好洗油效果。因此可以選取2-甲基-2，4-戊二醇和醇醚型表面活性劑作為主要影響因素，改變有機溶劑種類，選用醇醚型表面活性劑、有機溶劑2 和2-甲基-2，4-戊二醇進行正交實驗，結(jié)果見表2。

同理，表2 中3 種因素對洗油率的影響大小依次為2-甲基-2，4-戊二醇＞醇醚型表面活性劑＞有機溶劑2，而且有機溶劑2的極差遠遠小于其他兩個因素極差，說明有機溶劑2對洗油率基本沒有影響，因此該體系不宜作為醇醚型有機解堵體系。

比較表1 和表2 可見，在實驗條件相同的情況下，含有有機溶劑1 體系的洗油率均高于含有有機溶劑2的體系。這是由體系中有機溶劑種類不同造成的。一方面，由于有機溶劑1是復合型有機溶劑，溶解性更強，能增大與其他表面活性劑或有機物的接觸面積，從而更大程度上溶解瀝青和石蠟；另一方面，有機溶劑1 與醇醚型表面活性劑的復配效果較好，使整個解堵劑體系的表面張力更低，進入油藏需要克服的油藏阻力較小，更易溶解吸附在多孔介質(zhì)中的瀝青和石蠟等有機堵塞物上，從而實現(xiàn)更高的洗油效率，達到解除近井地帶有機堵塞的目的［26］。

由表1 和表2 已經(jīng)確定將有機溶劑1 作為解堵體系的組成成分，因此對醇醚型表面活性劑、有機溶劑1 和乙二醇單丁醚組成的體系進行正交實驗。同樣保持醇醚型表面活性劑質(zhì)量水平分別為1、2、3 g，改變有機溶劑1 和乙二醇單丁醚的質(zhì)量，計算每次實驗的洗油率，結(jié)果見表3。由表3 可見，3 種因素對洗油率的影響大小依次為醇醚型表面活性劑＞有機溶劑1＞乙二醇單丁醚。

比較表1 和表3 可見，在實驗條件相同的情況下，含有2-甲基-2，4-戊二醇的體系洗油率均高于含有乙二醇單丁醚的體系。這是由于體系中加入不同的醇或醚類有機物造成的。通過3 組正交實驗，得到各因素對洗油效率的影響能力從大到小依次為2-甲基-2，4-戊二醇＞醇醚型表面活性劑＞有機溶劑1＞乙二醇單丁醚＞有機溶劑2，因此選用2-甲基-2，4 戊二醇、醇醚型表面活性劑和有機溶劑1 按一定比例配制XL-1 高效解堵體系。2-甲基-2，4-戊二醇對洗油效果的影響最大，這可能是由于在有機溶劑1中加入2-甲基-2，4-戊二醇后能很快破壞包裹在石蠟和瀝青表面的水膜，促使有機溶劑與有機垢充分接觸［27］。同時，2-甲基-2，4-戊二醇與醇醚型表面活性劑配伍后進一步加強潤濕反轉(zhuǎn)作用，使結(jié)蠟管壁表面由親油性反轉(zhuǎn)為親水性，表面活性劑被吸附在油管表面上，有利于石蠟、瀝青等親油性有機垢沉淀從油管表面脫落，不利于有機垢在表面的沉積，從而起到解除有機物堵塞的作用，在一定程度上延長了洗井周期［28-29］。其次，2-甲基-2，4-戊二醇溶解性超強，可以完全溶于有機溶劑1。由于其良好的滲透性能和分散增溶性能，可作為滲透劑和分散劑滲入近井地帶有機垢和多孔介質(zhì)或油管之間的縫隙中，增加和有機垢的接觸面積，使有機垢能更大程度增溶于解堵體系中，提高洗油效率，達到解除有機堵塞的目的。

表3 醇醚型表面活性劑、有機溶劑1和乙二醇單丁醚正交實驗結(jié)果

3組正交實驗結(jié)果表明，當解堵體系XL-1中醇醚型表面活性劑、有機溶劑1、2-甲基-2，4-戊二醇的質(zhì)量比為3∶7∶0.5 時，有機解堵體系對油污的洗油效果最好，洗油率達到98%。

2.2 對有機垢的溶蝕效果

由于造成近井地帶有機堵塞的堵塞物主要為石蠟和瀝青，因此考察XL-1高效解堵劑對瀝青和石蠟的溶蝕能力，結(jié)果見圖1。從整體趨勢看，石蠟和瀝青的溶蝕率在起初較短時間里迅速增加，之后緩慢上升至趨于平緩，石蠟溶蝕率保持在90%，而瀝青溶蝕率保持在40%。在溶蝕初期，由于高效解堵劑與瀝青或石蠟之間存在較高濃度差，解堵劑中的有機溶劑和表面活性劑等能在高濃度差下滲入瀝青或石蠟中，從而使瀝青或石蠟快速溶解。隨著溶解時間的延長，濃度差變小，解堵劑體系對瀝青或石蠟的滲透能力減弱，因此溶蝕速率減慢甚至穩(wěn)定。對比兩條曲線可見，石蠟質(zhì)量在較短時間內(nèi)快速下降，7 min后質(zhì)量基本保持不變，而瀝青質(zhì)量下降比較平緩，在10 min時仍有下降趨勢。瀝青是一種由多種高分子碳氫化合物及非金屬衍生物組成的復雜混合物，而石蠟是一種碳原子數(shù)約為18數(shù)30的烴類混合物，相比而言密度和黏度均遠小于瀝青。在溶蝕實驗中，密度小的石蠟首先被快速溶蝕，而瀝青由于結(jié)構(gòu)復雜、分子量大等特點阻礙了解堵劑體系的滲入，導致溶蝕速率緩慢。

圖1 解堵劑對瀝青和蠟質(zhì)的溶蝕率

2.3 現(xiàn)場應用

渤海油田沙河街組儲層埋藏深，成巖程度高，孔隙度低，滲透能力較差，為中低孔、低滲油藏。原油為輕質(zhì)原油，具有三高、三低，一中等的特點，即：高含蠟、高凝固點、高飽和烴，低密度、低黏度、低含硫量，瀝青含量中等。58-5 油井投產(chǎn)初期日產(chǎn)油131.6 m3，油藏原始壓力為46 MPa。由于地層壓力降低，日產(chǎn)油量降至4 m3。通過分析58-5油井以往生產(chǎn)歷史和作業(yè)情況可知，儲層存在有機堵塞，近井地帶存在有機垢［22］。初期進行試壓作業(yè)，儲層壓力先急劇增大到43 MPa后迅速下降到0，表明該井存在堵塞現(xiàn)象，可以進行解堵生產(chǎn)。試壓結(jié)束后進行擠注作業(yè)，首先蒸注16 t 柴油頂替液清除管內(nèi)蠟質(zhì)堵塞，80 min時注入38 t XL-1高效解堵劑解除近井地帶有機堵塞，儲層壓力穩(wěn)定在33 MPa，壓降幅度達到23%，最后270 min 時注入9 t 后置柴油段塞清洗管內(nèi)堵塞物（見圖2）。XL-1高效解堵劑可解除近井地帶堵塞，解堵效果明顯。目前油礦正在進行低滲油田的開發(fā)研究，沙河街組礦場試驗的順利進行可為低滲油田后期開發(fā)項目提供借鑒。

圖2 58-5油井擠注作業(yè)曲線

3 結(jié)論

在正交實驗中通過極差分析法得到XL-1 醇醚型高效解堵劑的最佳配方為：醇醚型表面活性劑、有機溶劑1、2-甲基-2，4-戊二醇質(zhì)量比為3∶7∶0.5。該配比下解堵劑對油污的洗油效果最好，洗油率為98%，且對石蠟和瀝青的溶蝕效果較好，溶蝕率分別為90%和40%。在渤海油田現(xiàn)場使用XL-1 解堵劑后，儲層壓降幅度達到23%，解堵效果明顯。