非腐蚀性聚合物塞子清除剂：用于在聚合物注水条件下提高砂岩水库的石油采收率

《Geoenergy Science and Engineering》：Non-Corrosive Polymer Plug Remover for Enhancing Oil Productivity in Sandstone Reservoirs Under Polymer Flooding Conditions

　　

傅浩然|何杰|罗志峰|周守伟|陈可佑|周全

中国四川省成都市西南石油大学油气水库地质与开发国家重点实验室，610500

摘要：

聚合物驱油技术在提高采收率的同时，也在油井和水井中引起了不同程度的聚合物堵塞问题。油井产量的减少和注水井注水压力的增加严重影响了聚合物驱油水库的开发效果。因此，需要高效的聚合物解堵剂来清除聚合物堵塞并恢复地层渗透性。在这项工作中，合成了一种在室温下稳定存在，并且随着温度升高逐渐释放的改性磺胺酸（SPL）。然后，使用SPL、亚氯酸钠、[乙烯二[氰基双（亚甲基）]四膦酸]钠盐（EDTMPS）和水制备了一种新型聚合物解堵剂（TCPR）。TCPR在60°C和90°C下的腐蚀速率分别为1.5625 g/(m2·h)和1.8934 g/(m2·h)。聚合物溶液的粘度在60°C下4小时内降低了96.2%，在90°C下3小时内降低了97.3%。真实的三轴物理模拟实验表明，TCPR可以有效地从岩心裂缝中去除残留的聚合物，使裂缝渗透性提高了95.2%。降解机制的研究结果表明，TCPR首先将长链聚合物大分子氧化分解成小分子聚合物，然后进一步将其氧化成CO?和H?O。现场测试结果显示，TCPR可以有效去除油井和水井中的聚合物堵塞，降低注水井的注水压力，并增加油井的产量。测试井投入生产6个月后，累计产油量增加了1128吨。

引言

由于古代油田中水分含量的增加以及单井产量的下降，油田的产量不可避免地会减少（Chen等人，2021；Wang等人，2021；Zhang等人，2024）。聚合物驱油技术已在中国胜利油田、大庆油田和渤海油田得到广泛应用，以确保老油田能够提高和稳定产量（Guo等人，2021；Lu等人，2021；Seright和Wang，2023）。随着注入聚合物量的不断增加，一些聚合物驱油水库中的油井和水井出现了聚合物堵塞问题（Wang等人，2020b；Xu等人，2024）。主要表现为注水井的注水压力异常升高，甚至达到地层的破裂压力，导致注水井无法达到计划的注入量（Zhao等人，2015；Yu等人，2019；He等人，2023）。油井的产量不同程度地减少，这严重影响了聚合物驱油的效果和综合经济效益（Liu等人，2017；Wang等人，2020b）。物理、化学和生物方法经常被用来解决这些堵塞问题（Shi等人，2017；Wang等人，2017；Wang等人，2020a；Li等人，2023）。物理解堵技术利用声波、高压水射流或脉冲等物理方法来清除堵塞或创建新的裂缝，以恢复地层的渗透性（Karami等人，2020；Huang等人，2023）。这种技术对地层的影响最小，因为它不会向地下引入外来液体，从而防止对水库的二次损害。然而，在聚合物驱油水库中去除堵塞非常具有挑战性。此外，物理解堵技术中使用的高冲击能量有可能迅速损坏井下生产管或水库（Sousa等人，2019）。生物解堵技术涉及将特定的微生物菌株和营养物质注入地层（Feng等人，2022；Ke等人，2024）。井需要关闭几天，以便微生物产生能够降解聚合物的酶，从而实现堵塞的去除。这种技术的环境影响较小，实施过程简单。然而，酶和微生物对环境有严格的要求，导致培养周期长且成本相对较高（Xiao等人，2023）。化学解堵技术包括常规酸处理、强氧化剂和有机溶剂的使用（Aminnaji等人，2017；Hassan等人，2019；Khormali等人，2023）。Wang等人提出使用碱激活的过硫酸盐作为创新的解堵系统（Wang等人，2020c）。HPAM凝胶可以使用PDS/NaOH系统完全降解，但降解效率较低。Zhu等人基于渤海海上油田获得的堵塞物制备了一种乳液型堵塞物去除剂（Zhu等人，2020）。该剂可以有效地去除模拟地层中的堵塞物，从而显著提高渗透性。然而，对于含有无机物质、聚合物和原油的复合堵塞物，其效果较差。二氧化氯是一种强氧化剂，可以有效去除油井中的聚合物堵塞。目前，油田解堵过程中使用的二氧化氯大多是在吸收碳酸钠溶液后形成的稳定产物（Li等人，2017；Zhang等人，2021）。在整个过程中需要循环注入酸溶液、隔离液和二氧化氯溶液（Wang等人，2023）。该过程相对复杂。由于酸溶液与稳定二氧化氯溶液之间的接触不足，稳定的二氧化氯溶液在过程中被大量浪费，导致解堵效率低，有效期短，无法深入清除远端微裂缝的堵塞。

节选

材料

磺胺酸、聚乙二醇（PEG200）、癸酰氯、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、[乙烯二[氰基双（亚甲基）]四膦酸]钠盐（EDTMPS）、亚氯酸钠、丙烯酰胺（AM）和丙烯酸（AA）从成都科隆化工有限公司购买。二氧化氯标准溶液从北京InnoChem科技有限公司购买。部分水解的聚丙烯酰胺（HPAM，分子量2000万）和聚合物堵塞物（含有57.3 wt%）

SPL的结构表征和温度响应

SPL的最终产率约为92.3%，在室温下可稳定存在长达45天。SPL的红外光谱如图5所示。2916 cm?1处的吸收峰对应于烷基链中C-H键的伸缩振动。1684 cm?1处的吸收峰归因于C=O键的伸缩振动。1291 cm?1处的吸收峰对应于?OH基团的伸缩振动。1094 cm?1和585 cm?1处的吸收峰

通过解堵注水井来提高注水率

这是一个单井测试。测试井位于胜利油田，是一口聚合物注入井，水库温度为89°C，深度为2185米。在聚合物注入的早期阶段，许多聚合物胶质、油砂和其他污染物凝结形成了堵塞。结果，注水压力上升，注水量低于典型水平。现在需要去除堵塞以达到标准注水量。

结论

本研究开发了一种新型聚合物解堵剂（TCPR），用于解决油井和水井中的聚合物堵塞问题。其典型配方为5 wt%亚氯酸钠、0.3 wt% EDTMPS、5 wt% SPL和89.5 wt%水。TCPR在60°C和90°C下的腐蚀速率分别为1.5625 g/(m2·h)和1.8934 g/(m2·h)，可以有效防止油管的腐蚀。聚合物溶液的粘度在60°C下4小时内降低了96.2%

CRediT作者贡献声明

何杰：撰写——初稿，正式分析。 罗志峰：撰写——审阅与编辑。 傅浩然：调查，撰写——初稿。 周守伟：资源提供。 陈可佑：数据整理。 周全：调查

Chen等人，2021；Guo和Song，2021；He和Li，2023；Huang和Liu，2023；Li和Hu，2023；Lu和Cao，2021；Wang和Liu，2020a；Wang和Yang，2020b；Xu和Zhao，2024；Yu和Yang，2019；Zhang和Gan，2024；Zhu和Yang，2020。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（51974264）的支持