渤海注聚井区高效解聚剂的研究和应用

申金伟，赵 健，陈 磊，袁 征

（中海油田服务股份有限公司，天津300459）

随着聚合物驱在渤海油田的应用，聚驱井及聚驱受效井堵塞问题日益严重。受聚合物影响，聚合物引起的堵塞复杂多样，常见的形式主要有聚合物溶解不好而形成的不溶物和软胶团、聚合物与高价金属交联形成的交联聚合物、硫化物导致的井底聚合物絮凝、滞留聚合物分子、聚合物分子以无机盐分子为核、吸附形成的复合堵塞物等[1⁃2]。针对聚合物堵塞，国内外进行了大量的研究，形成了多种方法，主要有热降解、机械降解和化学降解3种。目前，强氧化剂体系仍是应用最广泛且有效的解堵方法。常见的解聚剂体系多以过氧化氢[2⁃4]、含过氧基团 的 碱性过氧化物[5⁃6]、二氧 化 氯[7⁃9]等 为 主 ，此类解聚剂体系主要机理是通过化合物本身或者复合体系的反应生成具有强氧化能力的物质降解聚合物。

但由于聚合物堵塞的成分复杂，样式多样，多包含油性组分、金属离子等，且多以胶团、絮凝物等存在，往往造成单纯的氧化性解堵体系效果有限。根据过硫酸盐体系、过氧化物体系、二氧化氯复合体系在渤海油田的应用表明[10]，措施前后油压基本不变，注水量变化小，视吸水指数变化较小，有效期较短。而曹广胜等[11⁃12]针对聚合物及机械杂质组合的复杂堵塞，开发的多元解堵剂体系具有良好的解堵效果，可使储层解堵率达到102.41%～124.77%。故针对复杂堵塞原因，研究具有多功能解堵性能的复合体系很有必要。

本文筛选出一种高效复合解聚剂，对其解堵效果和机理进行了评价和研究。室内实验和现场应用表明，其具有良好的效果。同时，实验结果对优选聚合物解堵体系具有一定的指导意义。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

主要材料：FeCl3，化学纯试剂，国药集团生产；AS解聚剂，主要由过氧化物组成；BJ解聚剂，主要为惰性氧化剂；复合解聚剂，主要由主剂氧化剂和辅剂螯合剂、缓蚀剂等组成；返出聚合物垢样、聚合物（分子质量2 000万），来自渤海某注聚采油井；N80钢片，EDTA指示剂。

主要仪器：DVⅢ布氏黏度计,美国博勒飞公司；恒温水浴（室温～100℃）；万分之一天平；照相机；drager X⁃am 2500四合一气体检测仪,德国德尔格公司；Texas⁃500型旋转滴法界面张力仪，美国科诺工业有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 解聚剂体系评价

（1）聚合物溶液降黏率测定。使用布氏黏度计测试聚合物溶液和解聚剂体系混合后不同时间的黏度，计算解聚剂体系对聚合物溶液的降黏率。实验温度选取地层温度60℃，转速6 r/min，对应剪切速率7.34 s-1。

（2）对模拟聚合物垢样的降解评价。模拟聚合物垢样制备：取50 mL的3 000 mg/L聚合物溶液加入到50 mL含质量分数为0.4%FeCl3的溶液中搅拌均匀，放置在60℃水浴中2 h，过滤得到模拟聚合物垢样。将模拟聚合物垢样放入解聚剂体系中，然后将解聚剂体系溶液放置在60℃水浴中，观察垢样的降解状态。

（3）对现场垢样的降解评价。将现场垢样样品放入解聚剂体系中，然后将解聚剂体系溶液放置在60℃水浴中，观察垢样的降解状态。

1.2.2 螯合能力测定 主要参考标准《GBT 7477-1987水质钙和镁总量的测定EDTA滴定法》测定溶液的螯合值。

1.2.3 界面张力和洗油效果测定 界面张力的测试方法：采用Texas⁃500型旋转滴法界面张力仪测定油水界面张力。

洗油效果测试：

（1）将石英砂颗粒用地层水浸泡8 h，纱布滤后，室温下放置至干燥；

（2）取地层原油油样，按m（油）/m（颗粒）=1∶5将油和颗粒充分拌匀制成油砂，再装入瓶中，将瓶放入60℃恒温水浴中，老化1 d后取出备用；

（3）取干净烧杯，首先向烧杯内加入15 g老化后的油砂，然后加入待评价的溶液，保鲜膜密封后放入60℃恒温水浴中，开始静态洗油实验；

（4）观察放置不同时间后油砂的状态。

1.2.4 解聚剂安全性能测定 参考《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》中的常压静态挂片失量法评价腐蚀性能。利用气体检测仪对反应过程检测。

2 结果与讨论

2.1 聚合物溶液的降解效果

主要评价了3种解聚剂对5 000 mg/L聚合物溶液的降解效果，实验结果见表1。

表1 3种解聚剂对5 000 mg/L聚合物溶液的降解Table 1 Results of degr adation of 5 000 mg/L polymer solution by three depolymer ization agents

由表1可以看出，3种解聚剂体系在1 h内降黏率都能达90%以上，2 h内即可将5 000 mg/L聚合物溶液黏度降至5 mPa·s以下，表明3种解聚剂对聚合物溶液都有较好的降解效果。

2.2 模拟聚合物的降解结果

制备3份模拟聚合物垢样，结果见图1。将上述3份模拟聚合物垢样分别放入100 mLAS解聚剂、BJ解聚剂、复合解聚剂中，结果见表2和图2。

图1 模拟聚合物垢样制备（过滤后）Fig.1 The preparation of simulated polymer scale(Be filtered)

表2 3种解聚剂对模拟聚合物垢样的降解Table 2 The degradation results of simulated polymer scale by three kinds of depolymerization agents

图2 模拟聚合物垢样在3种解聚剂中降解24 hFig.2 The results of simulated polymer scale degraded for 24 h in three kinds of depolymerizers

由表2和图2可知，24 h内AS解聚剂和BJ解聚剂只能降解部分模拟聚合物垢样，而复合解聚剂3 h内即可将模拟聚合物垢样完全破胶。因此，无论从降解速度和降解效果来看，复合解聚剂对模拟聚合物都有良好的降解效果。

2.3 对现场聚合物垢样的降解结果

现场垢样为含油弹性胶状物，成分组成见表3。用剪刀剪取重约2 g样品3份。将上述样品分别置于100 mLAS解聚剂、BJ解聚剂、复合解聚剂中，实验结果见图3。由图3可知，AS解聚剂、BJ解聚剂72 h内对现场聚合物垢样无明显降解效果，而复合解聚剂48 h内出现降解现象，72 h即可完全将现场垢样所含的聚合物完全降解，残余物为少量无机垢，说明复合解聚剂对现场聚合物垢样具有良好的降解效果。

表3 现场垢样组成Table 3 The analysis results of field scale composition%

图3 现场聚合物垢样在3种解聚剂中降解结果Fig.3 The degradation results of field polymer scale in three depolymerizers

2.4 复合解聚剂解堵机理研究

由表1、2和图3可知，3种解聚剂体系都能高效降解单纯聚合物溶液，但相比复合解聚剂，AS解聚剂、BJ解聚剂对含Fe3+的交联聚合物和含油性组分的聚合物垢样解除效果有限。因此对复合解聚剂的解堵机理进行研究。

2.4.1 螯合能力测定 交联聚合物堵塞和常规高黏聚合物溶液的主要区别是交联聚合物中含有可引起聚合物链交联的金属离子，对此，本文通过测定解聚剂体系对金属离子的螯合能力来研究引起降解效果差别的原因，实验结果见图4。由图4可知，3种解聚剂的螯合能力为：复合解聚剂＞BJ解聚剂和AS解聚剂，说明复合解聚剂具有良好的螯合钙镁等金属离子的能力。

图4 3种解聚剂的螯合能力Fig.4 The results of chelating ability of three kinds of depolymerization

在表2研究结果中，复合解聚剂对模拟交联聚合物的降解结果大于AS解聚剂和BJ解聚剂，说明对金属离子的螯合能力与对交联聚合物的降解结果之间存在正相关规律。为证明此结论,开展了BJ解聚剂、AS解聚剂分别和常用的螯合剂EDTA（质量分数1%）配合使用对模拟交联聚合物的降解实验，结果见图5。

图5 AS/BJ解聚剂和1%EDTA复配后对交联聚合物的降解Fig.5 The degradation results of simulated polymer scale by AS/BJ depolymer izer s with 1%EDTA

由图5可知，加入质量分数为1%EDTA后，模拟交联聚合物垢样在两种解聚剂中3 h内即可分散降解。与图2比较，证明在解聚剂中引入螯合剂有利于对交联聚合物垢样的降解效果。在注聚井区堵塞类型中，存在聚合物与高价金属交联形成的交联聚合物堵塞，针对此类堵塞物，虽然大部分的氧化型解聚剂能降解聚合物分子链，但因为交联金属离子的存在，往往造成堵塞结构紧密，断裂后的分子链仍然部分以交联形式存在，因而造成降解不完全，降解效果较差。而因为复合解聚剂体系具有较高的螯合能力，能将交联聚合物中的金属离子掩蔽，从而破坏了聚合物分子的交联结构，使聚合物在解聚剂体系中更容易分散、降解。因此，复合解聚剂体系对模拟聚合物具有良好的降解效果。

2.4.2 界面张力测定 3种解聚剂和原油的界面张力实验结果见图6。

图6 3种解聚剂体系和渤海某油井地层原油的界面张力Fig.6 The results of interfacial tension between three kinds of depolymerization and crude oil

由图6可知，复合解聚剂和地层原油具有较低的界面张力。地层复合垢主要为原油、聚合物胶团等的复合物，一般以大量原油覆盖在聚合物胶团表面的形式存在，常规解聚剂体系主要为水溶液体系，很难穿透油膜接触聚合物，因而难以有效降解聚合物。而复合解聚剂体系因和原油具有降低界面张力的作用，有利于复合解聚剂和地层复合垢更广泛的接触，从而方便解聚剂的有效组分和聚合物胶团接触，降解聚合物。同时，复合解聚剂体系为碱性体系，pH为10，在和地层原油接触时，会和原油中的石油酸反应生成部分表面活性组分，也有利于界面张力的降低。

2.4.3 洗油效果测定 分别将油砂混合样浸泡于3种解聚剂体系中，观察不同时间洗油效果，实验结果见表4和图7。

表4 油砂混合样浸泡在解聚剂体系中不同时间的状态Table 4 Results of oil and sands miture in the degr ada⁃tion with different time

图7 解聚剂体系浸泡后油砂分离状态Fig.7 The state description of oil and sands miture in three kinds of depolymerization

由表4和图7可知，油砂浸泡在复合解聚剂体系中，原油逐渐从砂子表面剥离，而其他两种解聚剂体系并不能剥离原油，说明复合解聚剂体系具有良好的洗油效果。另外，实验对比了经柴油浸泡（2 g垢样浸泡于50 mL柴油中2 h）前后，复合解聚剂的效果变化，结果见表5。由表5可知，现场垢样表面所含油污影响解聚剂的效果，较好的洗油效果能提高解聚剂的降解效率。

常规氧化型解聚剂体系对单纯聚合物都具有较好的降解效果，但对含油现场垢样难以降解，主要是因为油膜的存在阻止了氧化降解组分和内部聚合物的接触。而复合解聚剂体系因兼具低界面张力、良好的洗油效果等性能，有利于复合解聚剂体系穿透垢样表面油膜进入垢样内部，从而能高效降解现场垢样。

表5 复合解聚剂对经柴油浸泡前后现场垢样的降解效果Table 5 Comparison of degradation result of composite depolymerization additive on the field scale before and after immer sed in diesel

综上研究结果，相比单一的氧化型解聚剂体系，复合解聚剂体系因具有较低的界面张力、良好的洗油效果和较高的螯合能力等多种性能，能有效解除复杂聚合物垢引起的堵塞。

2.5 复合解聚剂安全性能评价

复合解聚剂对N80钢片的腐蚀结果见表6。由表6可知，复合解聚剂对N80钢片的腐蚀速率为0.587 8 g/（m2·h）。同时，实验在复合解聚剂反应过程中进行了气体检测，未发现O2及可燃气体。结果表明，复合解聚剂安全性能满足现场施工要求。

表6 复合解聚剂体系对N80钢片腐蚀结果Table 6 Corrosion results of composite depolymerization system to N80 steel sheet

3 现场应用

渤海某油田注聚井区一口井初期转抽生产，日产油100 m3，后油井开始见水，产液量下降。经历5次酸化作业，其中三次作业无效果，一次初期效果好，一次效果有限。后期换管柱、检泵作业时发现分离器及带孔管均有聚合物质堵塞流动口道。随着生产的进行，该井的液量持续保持下降，至解堵施工前日产液54 m3/d，日产油2.83 m3/d。

该井应用复合解聚剂进行解堵施工，共泵注清洗液 15.8 m3，解堵液 299 m3，降阻液 162 m3，活性水510 m3，施工后关井8 d。返排以来，产液能力逐步提高，开井生产两个月后日产液137.5 m3，日产油12.9 m3，油压0.98 MPa。与关井前月平均值对比，产液量提高至2.0倍，日产油提高至3.1倍，含水率由94.77%降至89.71%，油压由0.89 MPa上升至1.35 MPa，趋于稳定。综合认为，本次施工解堵效果明显，起到了提液增油能力。

4 结 论

（1）室内实验表明，复合解聚剂体系因具有较低的界面张力和良好的洗油效果，对现场含油聚合物垢样具有良好的降解效果，同时，体系较高的螯合能力有助于降解含金属离子的交联聚合物堵塞。

（2）复合解聚剂在渤海某油田注聚采油井应用结果表明，该解聚剂提液增油能力明显，解堵效果显著。

（3）对注聚井区复杂堵塞情况，单一的氧化型解聚剂体系效果有限，对解聚剂体系的优选应考虑多种添加剂的协同作用。