大庆油田聚合物驱技术,从1996年开始工业化推广应用。已经投入聚合物驱的工业化区块25个,截止到2002年底,已经有6个区块结束了聚合物驱,与其相同条件下的水驱比较,采收率值提高了10.99个百分点。预计25个区块可增加开采储量4500万吨。聚合物驱的理论,配套的工艺技术和成功的实践,是大庆油田几代石油工作者为油田高产,长期稳产,开拓创新从事超前开发研究的结果,已成为大庆油田原油总产量的重要组成部分,特别是在油田高含水后期发挥着越来越重要的作用,并成为油田三次采油的重要方法,正向着油田采收率的新高冲击。
聚合物驱采用的聚合物多为水溶性的丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物,统称部分水解聚丙烯酰胺(HPAM),其分子量范围800-1500万。当注入井长时间、大量注入HPAM溶液时,少部分注入井注入压力升高,接近破裂压力时,注入量仍然难以达到配注要求,逐渐下降,呈现出堵塞现象,影响聚合物驱的效果。为消除或缓解注聚合物井压力升高,注入量减少所出现的负面现象,本文对出现的这种负面现象产生的原因及消除或缓解的方法做以简要分析。
一注聚合物井出现堵塞现象的原因。注聚合物溶液井,在高压下长期连续注入聚合物溶液,少数井出现堵塞现象,原因是多方面的,概括起来主要有以下几点。
■油层性质方面的原因。注聚合物井所选择的区块地质条件发育差,非均质性强,油层厚度相对薄,孔隙度和渗透率低,注聚合物井和采油井之间的连通性差等,这些是诱发注聚合物井出现堵塞的地质方面的原因。
■注聚合物井在注聚合物之前各种因素对地层构成的伤害。从钻井开始,各种施工作业环节,如钻井、固井、完井、试井、修井和酸化压裂等工序,由于外来固体颗粒的侵入、运移、粘土膨胀;油垢;有机垢和无机垢;微生物繁衍等导致近井地层渗透率下降,这种情况总称油气层伤害。油气层伤害是造成注聚合物井堵塞的一个重要原因。当出现堵塞现象的注聚合物井进行反吐时,可以明显地观察到反排液中含有泥浆滤饼、压裂砂、管线锈蚀落物,还有不明来源物等可以证明近井地层受到的伤害。
■聚合物的物理化学性质及与地层相互作用方面的原因。HPAM是含有活性羧基和酰胺基的大分子化合物,很容易吸附、滞留、捕集在岩石表面,降低油层的孔隙度和渗透率;能与地层水中的钙镁离子反应,产生絮状沉淀从溶液中析离出来,堵塞油层孔道;与原油不同程度的乳化增加注入流体的阻力等。
■聚合物工业溶解过程方面的原因。HPAM原料为白色固体粉末状。要经过分散、搅拌、溶解熟化、过滤等多道工序配成高浓度母液,再稀释成要求的浓度注入井底。少量聚合物在规定的程序和时间内,难以完全溶解,形成聚合物凝胶团,混入高浓度母液中,稀释后凝胶团也被注入到井底成为井底堵塞的一种原因。
■微生物的作用。微生物如硫酸还原菌、腐生菌和铁细菌等随着注入流体进入地层,在地层温度、压力等环境下繁衍,微生物的菌落,代谢产物等与聚合物一起堵塞地层。有的注聚合物井反排液呈灰黑色有臭味,这是微生物作用的结果。
■HPAM在地层中交联聚合。HPAM在地层温度、压力条件下,经粘土矿物、微生物的催化作用,线型HPAM大分子链节上的活性官能团羧基、酰胺基自身或与其它活性官能团反应,转化为不溶的体型交联聚合物,从溶液中沉积出来。如大庆油田注聚合物2——P23井,从井下反排出来的HPAM溶液为灰黑色,有刺激性臭味,粘稠,含有大量相当于黄豆粒大小的凝胶团块。凝胶团块用手指捻磨观察,里面含有粘土矿物和沙粒。在显微镜下观察,为交联聚合物包裹着不同数量的粘土矿物、砂粒和无机物等凝胶团块。这是HPAM在地层条件下产生的交联聚合物吸附在粘土矿物,砂粒和无机物的表面上所形成的聚合物凝胶团块。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,注入量递减的重要而直接的原因,这些聚合物凝胶团块是解堵要消除的主要对象。
■还有其它方面的原因。
总之,不难看出,部分注聚合物井压力升高,注入量递减,出现堵塞现象是由多方面的原因造成的。在采用解堵措施之前应详细分析注入井的动态和静态资料,及现场实际观察到的现象,努力做到解堵措施有针对性,提高措施成功率,延长施工效果的有效时间,降低施工成本,使之成为注聚合物系统工程的一项补充和完善措施。
二 解堵方法及效果分析。
注聚合物井出现堵塞现象是由多种原因造成的,针对这些原因,目前国内外油田所采用的解堵方法大体上有4种。下面对这4种方法作以扼要的分析。
■射孔。堵塞井的堵塞层段重新射孔。美国Warren Mckee 油田的几口注入井注入压力升高,注入量下降到难以注入时,采用重新射孔的方法。每英尺再追加两孔,然后再用15%盐酸处理,注入量比处理前提高了17%。堵塞层段重新追加射孔有一定效果。但射孔对井身结构有一定的影响,持续时间不是很长,成本相对高,这种方法在油田很少采用。
■压裂。将近井地带压开裂缝,再用压裂砂支撑,可增加近井地层的孔隙渗透能力。开始有明显的效果,注入压力下降,注入量大幅度增加。但潜伏在井底炮眼和近井地带的聚合物凝胶团块是富有弹性的流动体,颗粒大小不一,很容易随注入的聚合物溶液进入压开的裂缝再次出现堵塞。压裂有效持续时间不是很长,对井身结构有一定的破坏作用,同时大量的压裂砂沉积在井底会增加注入聚合物的阻力。而且压裂成本比较高。
■重新注水。当注聚合物井注入压力接近破裂压力,仍难以注入时,采用重新注水的方法。用水冲刷井底、炮眼和近井地带的堵塞物,可以降低注水压力,注一段时间水之后再注聚合物溶液,则聚合物驱变成聚合物段塞驱,这种方法也有时应用。
■化学解堵。这是一种常用解堵方法。采用多组分的复合化学解堵剂,以强氧化剂为主,还有促进剂、复合酸、缓蚀剂和油层保护剂等。主要作用原理是,氧化剂降解交联聚合物凝交团块,杀灭分解微生物及代谢产物,溶解硫化铁和粘土矿物等,使大颗粒的凝胶团块降解为小碎片和溶液,随注入的流体进入地层深处,疏通了炮眼和近井地带的地层孔道,达到了解堵的目的。
化学解堵方法,针对性强,施工简单灵活方便,作业成本相对比较低,对井身结构的破坏性小,成功率比较高,有效时间几个月到一两年。
化学解堵成功率的关键,是解堵剂的配制要有针对性,因井而异;其次是施工程序要安全、合理,连续的进行;第三是注入解堵剂的用量,一般不能小于油气层被伤害的半径。这样会提高化学解堵的成功率,延长有效解堵的时间,提高防止近井地带再受伤害的能力。不断改进提高解堵剂的配制,降低施工成本,是化学解堵方法不断努力的方向。