1、聚合物注入井增注技術研究王研 李德勝 張淑敏 趙 嵩 任剛 李慶龍（大慶油田有限責任公司第一采油廠 黑龍江大慶 163001）摘要：大慶油田聚合物驅區塊的注入壓力普遍較高，有三分之一的注聚井在破裂壓力附近注入，造成聚驅套損井、欠注井數增多。但注聚井壓裂有效期平均只有3個月，酸化措施也由于酸液與聚合物發生反應無法采用。本文通過對注聚井采用表活劑增注、樹脂砂壓裂增注機理、室內試驗結果、現場試驗結果進行分析，闡述了表活劑增注、樹脂砂壓裂增注技術用于注聚井增注的可行性，具有巨大的經濟效益，分析了兩項增注技術的廣闊應用前景。關鍵詞：注水井 表活劑 界面張力 樹脂砂 壓裂1、 前言大慶油田聚合物驅區塊的注

2、入壓力普遍較高，有接近三分之一的注聚井在破裂壓力附近注入，造成聚驅套損井數增多。同時，也有大量的聚驅欠注井，甚至停注井，導致聚合物溶液推進不均勻，從而嚴重影響了整個區塊的開發效果。薩中油田僅2001年就有86口注聚井無法完成配注，其中有近30口井采取間歇注入方式。注水井的啟動壓力以及注入壓力過高對油田的開發效果有很大的影響，主要表現在：1、啟動壓力過高，使油水井之間不能建立有效壓差，開發效果差；2、注入井壓力過高，造成新增的套損井數較多；3、注入壓力較高使注入溶液推進不均勻；4、為了保持注入速度，中、低滲透層聚驅時需要縮小井距，增加投資。原有普通的水力壓裂和化學增注措施，都不能很好解決注聚井注

3、入困難的問題，增注效果差，有效期短，都不超過3個月。在分析措施失效的原因的此基礎上，提出了樹脂砂壓裂和表面活性劑增注兩種聚合物增注工藝，提高了聚驅增注措施效果，獲得了較好的經濟效益。2、 樹脂砂壓裂增注技術21聚合物注入井壓裂失效原因分析壓裂措施對于解除注水井近井地帶的污染, 改善儲層的滲流條件, 增加注入量是有效果的，但在聚合物注入井中應用常規壓裂技術卻存在有效期短的問題。雖然采取了增加支撐劑用量、提高支撐劑濃度以及酸壓結合等措施，聚合物注入井中的壓裂有效期仍不超過3個月。分析造成聚驅注入井壓裂失效原因有兩個：一是聚合物溶液的粘度高、攜砂能力強；二是聚合物注入井的注入壓力較高，支撐劑在裂縫中

4、承受較小的閉合壓力，使得高攜砂能力的聚合物將把支撐劑帶入地層深部，造成井筒附近裂縫閉合，壓裂失效如圖1所示。圖1 注聚井壓裂失效原理示意圖（1井筒、2石英砂、3地層）為驗證以上壓裂失效原因，室內利用聚合物溶液分別對模擬楔型裂縫內的支撐劑運移情況進行了實驗。實驗裝置包括聚合物容器、平流泵、人工模擬裂縫和收集器等。實驗流程如圖2所示。圖2 實驗流程圖基質巖心采用兩塊長度為30cm 、寬度為4cm 、厚度為2cm 的均質巖心，其滲透率為1200×10m 。巖心沿長寬方向形成一條長度為30cm 的人工裂縫。裂縫為一條楔形縫，一端的寬度為3mm ，另一端的寬度為5mm 。在裂縫中填充不同的支撐

5、劑后用環氧樹脂進行整體密封處理。基質巖心側視和正視圖如圖3、圖4所示。圖3楔形裂縫側視圖 圖4 楔形裂縫正視圖用4種不同的支撐劑，分別用清水和聚合物溶液（1000ppm ）以208、416、625、833 ml/min的排量各驅替30分鐘，模型出口流出的砂量如圖5所示。-32 圖5 出砂量與流量關系曲線 由曲線可以看出，石英砂水驅、聚合物驅，石英砂+碳纖維聚合物驅在楔形裂縫中都有砂粒運移，石英砂聚合物驅累積運移量最多，石英砂水驅次之。樹脂砂聚驅、核桃殼聚驅無砂粒運移。由于核桃殼為松散膠結，而樹脂砂膠結強度較高，能夠在井筒周圍形成一個整體的砂餅，有效防止砂粒的運移，因此現場壓裂過程中選擇樹脂砂作

6、為支撐劑。2.3樹脂砂加砂半徑及加砂量的確定由于支撐劑的運移只發生在井筒附近，因此現場采用尾追樹脂砂的方法。但由于井筒附近裂縫為樹脂砂而裂縫深部仍為石英砂，為防止裂縫深部石英砂運移而造成樹脂砂與石英砂連接處的裂縫閉合，需要找出石英砂開始運移時注入流體的臨界流量，確定防砂半徑，從而保證整個裂縫內的支撐劑均處于穩定狀態（如圖6所示）。根據室內實驗結果，在模擬裂縫內當聚合物溶液的流速為0.1388mm/s時石英砂開始運移。因此現場聚合物注入井裂縫內的流速高于此值范圍內都應采用樹脂砂。經計算壓裂過程中樹脂砂的加砂半徑應為11m ，需要尾追1m 的樹脂砂。現場壓裂過程中尾追樹脂砂量為1.3m ，可以防止

7、裂縫內所有支撐劑在聚合物溶液作用下的運移。 33圖6 樹脂砂防注入井裂縫口閉合圖（1井筒、2石英砂、3地層、4樹脂砂）2.4樹脂砂固化時間的確定樹脂砂固化時間測試表明，在 40 環境溫度下，樹脂砂初始固化時間為 30min，最終固化時間為96hr 。壓裂施工結束后地層溫度恢復時間約為30min 。因此現場制訂現場施工工序為：單層壓裂結束后先不動管柱等候120min ，待壓力擴散且樹脂砂初凝后再起壓裂管柱。壓裂井投注前關井96hr ，使樹脂砂充分固結。2.5現場應用效果截止2004年10月底，在注聚井中進行樹脂砂壓裂234口井，初期單井日增注44.6m ，壓力下降3.0 MPa，平均有效期已達1

8、8個月，效果遠遠好于石英砂壓裂，且持續有效，最長已達36個月。33、表面活性劑增注技術常規酸化措施用于聚合物注入井，由于酸液與聚合物會發生反應，會在井筒中生成絮凝物和硬質團塊，形成堵塞，無法獲得增注降壓效果。增注就是要增加注入水的有效滲透率, 由公式可知Kw=K×Krw ，提高絕對滲透率（K ）和提高水相相對滲透率（Krw ）都可以提高注入水的有效滲透率（Kw ），從而達到降低注入壓力、增注的目的。注聚井表面活性劑增注技術就是利用超低界面表活劑改變油層砂巖孔隙表面性質及其與注入流體的界面張力，提高油層的水相滲透率，實現注聚井增注降壓。3.1表活劑體系優選通過室內實驗，研究出以烷醇酰胺

9、和聚氧乙烯聚氧丙烯鑲段共聚物為主要成分的非離子表活劑FLZB 及助劑復合體系，該體系能夠形成10mN/m數量級的超低界面張力，從而降低聚合物的后續吸附和撲集作用，從而提高水的相對滲透率。在模擬油藏溫度（45）和礦化度（4456mg/L）條件下，通過室內實驗確定了現場應用的最佳配比為：表面活性劑FLZB 0.5 %，助劑A 1.0%。通過實驗對該表活劑體系的抗稀釋能力、穩定性、抗鹽能力進行了評價（見圖7、8、9），結果表明，該表活劑復合體系，具有抗稀釋能力強、穩定性高、抗鹽能力強的特點，在溫度為45，礦化度為4456mg/L條件下放置28天內，連續測定界面張力均保持在10mN/m之內。 -3-3

10、圖7 FLZB/助劑A 復合體系的抗稀釋性能 圖8 FLZB/助劑A 復合體系的穩定性能曲線圖9 FLZB /助劑A 復合體系的抗鹽性能 3.2表活劑增注巖心驅替實驗為尋找表活劑體系最佳驅替程序，檢驗表活劑體系在聚驅巖心上的降壓效果，開展了巖心降壓試驗。將非離子表面活性劑FLZB 、各種助劑分別用模擬地層水配成濃度為5%的溶液，實驗所用的模型為直徑25mm 人造巖心。用排量為0.1ml/min的平流泵按實驗方案注入溶液段塞，記錄注入壓力。當注入聚合物溶液壓力達到穩定以后，分別對聚合物+活性劑二元驅、聚合物-表活劑-聚合物段塞驅、氧化劑-聚合物+活性劑二元驅、氧化劑-表活劑-聚合物段塞驅進行了驅

11、替實驗（結果見圖10、11、12、13）。實驗結果表明采用氧化劑-活性劑體系-后續聚驅的驅替程序，增注降壓效果最好。 圖10 54-2巖心聚驅-二元驅壓力變化 圖11 80-26巖心聚驅-活性劑-后續聚驅壓力變化 3.3表面活性劑增注技術施工及效果圖12 70-11巖心聚驅-氧化劑-二元驅壓力變化 圖13 聚驅-氧化劑-活性劑-后續聚驅壓力變化現場采用注120m 清水段塞+處理半徑3m 的氧化劑+處理半徑3m 的表活劑體系的施工工藝。施工過程中需注意氧化劑和表活劑必須連續注入，防止由于聚合物反吐造成巖石孔壁重新粘附上聚合物。表面活性劑降壓增注技術與樹脂砂壓裂相比，具有對油層及隔層厚度、水泥環膠

12、結狀況沒有限制，適用范圍更寬的優點。該工藝現場應用128口井，單井平均日增注31m 3，壓力下降1.51MPa ，平均有效期已達15個月，且持續有效，最長有效期達23個月。34、增注技術的效果評價及經濟效益對比 采用無因次吸水指數方法，對比樹脂砂壓裂、表活劑增注、石英砂壓裂三種種聚合物 注入井壓裂的增注效果（如圖 14 所示） 。 樹 脂 砂、 石 英 砂、 表 活 劑K/K0對 比曲 線 3.6 3.4 3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

13、14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 比值 樹脂砂 石英砂 表活劑 月 圖 14 石英砂、樹脂砂和表面活性劑聚合物增注 K/K0 曲線 曲線中縱坐標為 K/K0, 其中 K0 為注入井措施前當月視吸水指數（日注入量與井口壓力 的比值） 為注入井措施后分月視吸水指數。 ；K 三種措施單井平均增注量可由下式算出： Q 增= Qn Q0 × Q0 平均×措施后有效天數 Qn (4 式中：Q 增增注量； Qn措施后某月注入量； Q0 平均注入井措施前日注入量的平均值； Q0 = Q1 + Q2 + . + Qn n (

14、5 利用（4）（5）式計算可得截止目前樹脂砂壓裂的平均單井增注量為 1.65 萬 m3；表面 、 活性劑的平均單井增注量為 0.68 萬 m3、石英砂壓裂（常規化學解堵）的平均單井增注量為 0.25 萬 m3，常規化學解堵的平均單井增注量為 0.19 萬 m3。由于樹脂砂壓裂和表面活性劑 增注兩種措施目前仍然有效，因此以上兩種措施的增注量計算偏于保守。 樹脂砂壓裂平均單井施工費用為 19.5 萬元、 表面活性劑平均單井施工費用為 8.5 萬元、 石英砂壓裂單井施工費用為 17 萬元。 則： 樹脂砂壓裂措施的單位增注量所需費用為 11.8 元/ m3； 表面活性劑措施的單位增注量所需費用為 12

15、.5 元/ m3； 石英砂壓裂措施的單位增注量所需費用為 68 元/ m3。 6 5 結論 1、高攜砂能力的聚合物將支撐劑帶入地層深部，造成井筒附近裂縫閉合，是注聚井壓 裂失效的主要原因。 2、現場試驗證明，采用尾追樹脂砂的方法可較好的解決注聚井壓裂有效期短的問題， 增注有效期可達 20 個月以上。 3、 現場試驗表明，表面活性劑降壓增注技術是一種經濟有效的注聚井增注工藝，與樹 脂砂壓裂相比，具有對油層完好程度、油層及隔層厚度、水泥環膠結狀況及完井質量沒有 限制，適用范圍更寬的優點。 4、 聚合物增注措施的經濟評價表明， 樹脂砂壓裂和表面活性劑聚合物增注措施的經濟 效益明顯好于石英砂壓裂措施。 參考文獻 1.、王德民，發展三次采油新理論新技術確保大慶油田持續穩定發展，2001 年 3 月，大慶石油地質與開發 2、申衛兵譯，二氧化氯在增產增注中的實際應