鮑彥鋒，鄭凱亓，高建崇，唐曉旭，薛寶慶

（1.中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津 300450；2.提高油氣采收率教育部重點實驗室（東北石油大學(xué)），黑龍江 大慶 163318）

聚合物驅(qū)是提高原油采收率的重要技術(shù)之一，通過宏觀封堵大孔道、增大波及體積來提高原油的采收率，在陸相和海上油田均起到了良好的穩(wěn)油控水作用[1-5]。但聚合物驅(qū)過程中，雖然提高了采收率，但實施過程中由于聚合物與油藏配伍性不佳、聚合物熟化差等問題，也導(dǎo)致地層堵塞，注入困難等問題[7-12]。渤海油田在聚驅(qū)開發(fā)的穩(wěn)步實施，也出現(xiàn)了注聚井堵塞嚴(yán)重、注入壓力不斷升高、注聚困難、產(chǎn)液下降及動液面降低等問題，嚴(yán)重影響了油田的正常生產(chǎn)[13-17]。

JZ9-3油田是渤海油田中的一個中型油田，于1988年在渤海遼東灣北部海域發(fā)現(xiàn)，該油田是一西北側(cè)以大斷層為邊界的狹長狀、北東向展布的半背斜構(gòu)造，整個構(gòu)造長1.7×104m，寬2.5×103m，最大圈閉面積36×107m2，構(gòu)造幅度210m。油氣藏類型屬構(gòu)造-巖性油藏。巖性以含礫砂巖、中-細(xì)砂巖為主；儲集空間以粒間孔為主，孔隙度較高，主要分布在22%～36%之間，滲透率中等偏高，主要分布在0.01～5μm2，總體上具有中高孔滲的特征；非均質(zhì)性為滲透率變異系數(shù)0.75，非均質(zhì)性較強(qiáng)。主力油層段原油地下黏度10.0～26.0mPa·s，具有兩高、三低、一中等的特點：密度高、膠質(zhì)含量高，凝固點、含硫量、含蠟量低，黏度中等。自2007年開始，錦州9-3油田W平臺開始注聚先導(dǎo)性礦場試驗。2015年5月后，形成8注32采注采規(guī)模。目前，部分注入井注入量顯著降低，常規(guī)的酸化解堵措施效果不佳，且有效周期較短，因此，急需針對JZ9-3油田的注入井堵塞物開展分析。本文利用化學(xué)分析、儀器檢測等手段對JZ9-3油田的堵塞物的進(jìn)行分析，并結(jié)合JZ9-3油田實際生產(chǎn)情況對堵塞物的形成機(jī)理進(jìn)行了研究，為油田下一步開展解堵劑的研究部分奠定了基礎(chǔ)。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

JZ9-3油田注入井垢樣外觀見圖1。

圖1 注入井返出垢樣Fig.1 Scale sample returned from injection well

實驗用水為JZ9-3油田模擬注入水，水質(zhì)分析見表1。

表1 溶劑水離子組成Tab.1 Ionic composition of solvent water

1.2 儀器設(shè)備

利用布氏黏度計、坩堝、蒸餾裝置、恒溫箱、超聲波分散儀和X射線衍射（XRD）對無機(jī)物進(jìn)行分析，確定各種無機(jī)物含量。

1.3 實驗方法

1.3.1 復(fù)合堵塞物組分分離 復(fù)合堵塞物分離主要包括：油、水、無機(jī)垢和聚合物的分離。

（1）原油含量測定 首先，選擇JZ9-3油田西區(qū)W4-2注水井井口返出物作為實驗用垢樣，取出100g置于廣口瓶內(nèi)。加入100mL有機(jī)溶劑（甲苯）后，60℃條件下加熱24h，將垢樣中有機(jī)原油組分溶解分離，若難以分離可以加入一定量的聚合物降解劑，若分離效果仍然不佳，可以同時采用超聲波處理。

（2）水含量測定 復(fù)合堵塞物中原油分離后，進(jìn)行稱重G1，然后置于105℃恒溫箱中，恒溫一段時間后直至質(zhì)量不變?yōu)橹梗Q量質(zhì)量為G2，水組分的質(zhì)量為G1-G2。

（3）無機(jī)垢含量測定 坩堝的質(zhì)量為G3，稱取一定量的復(fù)合堵塞物置于坩堝中，然后置于150℃恒溫箱中烘干，恒溫一段時間后直至質(zhì)量不變?yōu)橹?，然后，將烘干物置?50℃馬弗爐中，恒溫一段時間后直至質(zhì)量不再變化，稱量質(zhì)量為G4，無機(jī)垢質(zhì)量為G4-G3。

（4）聚合物含量測定

1.3.2 無機(jī)物組分分析 利用X射線衍射（XRD）對無機(jī)物進(jìn)行分析，確定各種無機(jī)物含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合堵塞物組分分離

（1）復(fù)合堵塞物原油質(zhì)量分?jǐn)?shù) 采用先萃取后蒸餾的方法計算復(fù)合堵塞物中油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。為減少實驗誤差對實驗結(jié)果的影響，實驗分別稱取3份50g垢樣，分別加入100mL甲苯，密封，置于60℃恒溫箱內(nèi)，油水分離困難時加入100mL解聚劑，并利用超聲波處理30min，油水徹底分層后，取出上層溶液，160℃蒸餾，得到復(fù)合堵塞物中油組分的含量分別為3.88%、4.12%和3.49%。最后取平均值3.83%，為油組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

（2）復(fù)合堵塞物水組分質(zhì)量分?jǐn)?shù) 采用烘干法計算復(fù)合堵塞物中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。為減少實驗誤差對實驗結(jié)果的影響，將3份除油后的垢樣置于110℃恒溫箱內(nèi)烘干24h后，得到水組分含量分別為85.62%、87.76%和89.92%。最后取平均值87.77%作為水組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

稱取一定量的玉米秸稈淀粉、聚乙烯醇，量取適量蒸餾水于燒杯中混合，加入一定量甘油攪拌均勻并將其放入60℃水浴鍋中，用電動攪拌器高速攪拌15min，升溫至75℃攪拌15min，將水浴鍋設(shè)置為90℃繼續(xù)攪拌60min后停止，使用蒸餾水定容200mL并用玻璃棒進(jìn)行快速攪拌，靜置脫氣10min，稱取150g的膜液倒至20×20cm的玻璃平板中，于50℃電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干12h后取出，待薄膜冷卻后揭下并儲存于室溫下。試驗重復(fù)3次得到試驗結(jié)果。

（3）無機(jī)垢質(zhì)量分?jǐn)?shù) 采用高溫灼燒法計算復(fù)合堵塞物中無機(jī)垢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。將3份除油除水的垢樣置于550℃馬弗爐中灼燒4h以上，直至質(zhì)量不再變化為止，得到無機(jī)垢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7.75%、5.63%和3.54%。取平均值為5.64%。

（4）聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù) 根據(jù)上述實驗過程分別測出復(fù)合垢樣中油、水和無機(jī)垢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，采用排除法，用總的50g復(fù)合垢樣質(zhì)量分別減去油、水和無機(jī)垢的質(zhì)量，最終計算得到聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.75%、2.49%和3.05%，取平均值為2.76%。

堵塞物分離后各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見圖2。

圖2 堵塞物各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.2 Mass fraction of each component of blockage

2.2 復(fù)合堵塞物組分分離效果

分別稱取100g垢樣加入4個廣口瓶內(nèi)，記為A、B、C和D，A加入20mL解聚劑溶液，B加入100mL有機(jī)溶劑溶液，C加入20mL解聚劑溶液和100mL有機(jī)溶劑溶液，D加入20mL解聚劑溶液和100mL有機(jī)溶劑溶液并用超聲波分散儀分散30min。分離效果見表2。

表2 分離效果Tab.2 Separation effect

由表2可以看出，4種加藥方式垢樣分離效果排序為D＞C＞B＞A。相比于單獨加入有機(jī)溶劑或超分子解聚劑，同時加入有機(jī)溶劑和超分子解聚劑的垢樣分離效果更好，并且物理超聲波震動能夠加快垢樣的分離。

2.3 無機(jī)垢組分分析及形成機(jī)理研究

2.3.1 無機(jī)垢組分分析 稱取3份50g垢樣，烘干后，分別將其置于馬弗爐內(nèi)，550℃焙燒4h以上至質(zhì)量不變，將剩余無機(jī)組分取出，采用X射線衍射儀（XRD）對3個樣品分別進(jìn)行測試，XRD測試曲線見圖3。無機(jī)垢樣中各無機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)見圖4。

圖3 XRD測試曲線Fig.3 XRD test curve

圖4 各無機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.4 Mass fraction of inorganic substances

2.3.2 無機(jī)垢形成機(jī)理研究2020年7月JZ9-3個井水中分析結(jié)果見表3。

由表3可以看出，水中Ca2+、Mg2+含量較高，并含有C和HC，溶液呈弱堿性。當(dāng)油層溫度和壓力等條件改變，導(dǎo)致水中離子平衡發(fā)生改變，溶液中成垢組分達(dá)到過飽和狀態(tài)析出，產(chǎn)生沉淀即形成CaCO3和MgCO3等沉淀。另外，注入水與地層水化學(xué)組分不相容也會產(chǎn)生沉淀。還有注入水壓力波動時，也容易導(dǎo)致地層出砂（SiO2），管柱腐蝕產(chǎn)生Fe2O3。

表3 溶劑水離子組成（mg·L-1）Tab.3 Ionic composition of solvent water（mg·L-1）

2.4 有機(jī)堵塞物組分分析及形成機(jī)理研究

2.4.1 有機(jī)堵塞物組分分析 返排物由原油、聚合物、水和無機(jī)垢組成，其中聚合物含量2.67%，原油含量3.83%。原油中烷烴、芳香烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等4組分含量見表4。

表4 原油組分分析結(jié)果Tab.4 Analysis results of crude oil components

由表4可以看出，原油組分以烷烴為主，含量達(dá)到70.25%，其次是芳香性11.90%，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量為8.45%和9.40%。原油黏度不高，說明JZ9-3油田原油屬于中黏原油，原油對地層堵塞作用較弱，堵塞物以聚合物溶液為主，聚合物滯留是引起堵塞的主要原因。

2.4.2 有機(jī)堵塞物形成機(jī)理分析 有機(jī)堵塞物中的原油主要是注入水壓力波動從地層中回流到井底的部分原油。通過分析發(fā)現(xiàn)，采出原油中的膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量平均為20.1%。有機(jī)堵塞物中的原油中的膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量略低于此值，說明地層中可能存在膠質(zhì)瀝青質(zhì)滯留的風(fēng)險。

有機(jī)堵塞物中的聚合物，主要是在注聚過程中形成的。垢樣中90%以上為聚合物溶液通過布氏黏度計測試垢樣的黏度，達(dá)到4.0×104mPa·s以上，5000mg·L-1的聚合物溶液的黏度為531.2mPa·s，說明聚合物濃度非常高。分析原因是平臺空間小，聚合物尚未熟化好就注入到井中，導(dǎo)致聚合物溶液難以通過篩管，隨著時間的推移，聚合物逐漸熟化，然后通過篩管后，此時的聚合物濃度會很高。高濃度聚合物分子聚集體尺寸較大，與地層的配伍性較差，難以進(jìn)入到油藏內(nèi)部，只能在巖心端面滯留，因此，形成了高濃度有機(jī)堵塞物。

3 結(jié)論與建議

（1）采出井堵塞物組成包括87.77%的水，3.83%的原油，2.76%的聚合物和5.64%的無機(jī)垢。無機(jī)垢中主要包括：SiO259.1%、CaCO325.9%和MgCO311.4%，并含有少量的BaCO3、SrCO3、BaSO4、SrSO4和部分鐵銹Fe2O3。

（2）無機(jī)垢的形成主要是水中含有Ca2+、Mg2+、C和HC等成垢離子，當(dāng)溫度和壓力變化時，則容易形成CaCO3和MgCO3沉淀。注入過程中會導(dǎo)致地層出砂（SiO2）。

（3）有機(jī)堵塞物形成的主要原因是平臺空間小，聚合物尚未熟化好，導(dǎo)致聚合物溶液難以通過篩管，即使聚合物逐漸熟化通過篩管后，與地層配伍性也較差，便會造成地層傷害。

（4）結(jié)合堵塞物分析，針對JZ9-3油田W4-2注水井解堵，首先，要解除高濃度聚合物溶液產(chǎn)生的堵塞；然后，再輔以土酸解除地層出砂等問題，同時也可以考慮注入一定量的有機(jī)溶劑來解除膠質(zhì)瀝青質(zhì)沉積造成的地層堵塞。