單家寺油田纖維復(fù)合防砂技術(shù)的礦場應(yīng)用

呂玉群,肖玉英,顧兆軍,劉先勇,齊 寧,孫洪衛(wèi)

(1.中國石化勝利油田分公司濱南采油廠,山東濱州256600;2.中國石油大學(xué)(華東))

單家寺油田纖維復(fù)合防砂技術(shù)的礦場應(yīng)用

呂玉群1,肖玉英1,顧兆軍1,劉先勇1,齊 寧2,孫洪衛(wèi)1

(1.中國石化勝利油田分公司濱南采油廠,山東濱州256600;2.中國石油大學(xué)(華東))

目前單家寺油田防砂技術(shù)主要以復(fù)合防砂為主,針對井內(nèi)下入機(jī)械管柱對后期延續(xù)措施帶來一定的施工困難、機(jī)械管柱難以實現(xiàn)分層注汽及調(diào)剖等工藝等問題,創(chuàng)新應(yīng)用了纖維復(fù)合體防砂技術(shù)。該技術(shù)是在地層內(nèi)實現(xiàn)特制纖維與充填砂的復(fù)配混合形成復(fù)合體,實現(xiàn)對地層砂的束縛,形成較為牢固的防砂過濾體,達(dá)到了井內(nèi)無機(jī)械管柱利于后期作業(yè)的目的。就纖維復(fù)合體的選擇、纖維表面處理、纖維性能、纖維復(fù)合體性能評價等做了部分室內(nèi)研究,并對單家寺油田蒸汽吞吐井進(jìn)行了纖維復(fù)合防砂技術(shù)的礦場應(yīng)用。應(yīng)用效果表明,該纖維復(fù)合體能夠達(dá)機(jī)械防砂管柱防砂的效果,并為后期措施作業(yè)提供了良好的井筒條件。

纖維復(fù)合體;防砂;單家寺油田;應(yīng)用效果

1 問題的提出

目前單家寺油田地層虧空大,地層骨架遭到破壞,傳統(tǒng)的防砂技術(shù)以及單一的管內(nèi)礫石充填防砂技術(shù)[1-2]不能有效地抑制和阻擋地層砂運移,流體攜砂沖刷充填層和繞絲管,使其破壞而導(dǎo)致防砂失效。繞絲管防砂對于油井初期防砂效果好,有效期長,但機(jī)械防砂由于井筒留有防砂管,給其它措施(分層注汽、調(diào)剖等工藝)的實施帶來一定的難度,并且防砂失效后大修工作量大。高溫涂料砂防砂雖然成功率較高,但有效期短(有效期最長的僅兩個周期)。目前常用的礫石充填防砂、壓裂充填防砂[3]等工藝,必須與礫石充填篩管配合使用才能達(dá)到較好的防砂效果[4]。纖維-樹脂砂混合物充填防砂技術(shù)的研究與應(yīng)用能夠?qū)⒕蹆?nèi)所有射開的孔眼屏蔽住,形成類似篩管的擋砂屏障,起到與防砂篩管防砂的同樣作用,并能有效地防細(xì)粉砂。

2 纖維復(fù)合防砂技術(shù)

2.1 防砂機(jī)理

(1)硬纖維擋砂機(jī)理:特制的硬纖維一般為彎曲、卷曲、螺旋型,互相勾結(jié)形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),將砂粒束縛于其中,形成較為牢固的過濾體,達(dá)到類似充填篩管同樣的效果。

(2)軟纖維穩(wěn)砂機(jī)理:帶有支鏈、具有正電性的軟纖維,帶正電支鏈吸附細(xì)粉砂,使之成為細(xì)粉砂的結(jié)合體,使細(xì)粉砂的臨界流速增大。

2.2 纖維選擇

防砂用纖維應(yīng)選擇抗溫、抗鹽、抗酸堿液腐蝕能力較強,且密度與地層密度相近的材料制成。在防砂時由于密度相近,纖維易與儲層砂粒相混合,從而充當(dāng)可靠的充填材料。根據(jù)地層砂粒的密度來考慮纖維材質(zhì)的選擇,再根據(jù)成本擇優(yōu)選擇。我們對現(xiàn)有不同材質(zhì)的纖維密度進(jìn)行實驗測定并對其作出了篩選(見表1)。

表1 各種纖維的密度

在防砂時應(yīng)選用與儲層砂粒相一致的充填材料,從而根據(jù)地層砂粒的密度來考慮纖維材質(zhì)的選擇。從密度因素來考慮纖維的材質(zhì),我們選用 G纖維。因此研制防砂用的特殊纖維為 G纖維范疇,將形成纖維的網(wǎng)絡(luò)形成體、以及助溶劑粉體均化,并與增強劑按一定比例混合均勻,將混合料熔化后,進(jìn)行酸處理、均化處理,通過不同技術(shù)(如拉絲、吹絲、離心等)制成直徑為5～40μm的細(xì)絲,再用處理劑對纖維進(jìn)行表面處理,最后纖維進(jìn)行切短,制成成品。經(jīng)過上述步驟,得到濱南防砂用的特質(zhì)纖維——SC纖維。我們共合成防砂纖維小樣三個,分別為:SC-10、SC-20、SC-30。

2.3 纖維表面處理技術(shù)[5]

G纖維的外表呈光滑的圓柱狀,由于 G纖維外表的光滑影響了與一些粘接劑的復(fù)合效果,因此,必須對纖維的表面進(jìn)行處理,增加其與樹脂的親合能力,保證纖維復(fù)合體的強度。

選擇 GR-100作為纖維表面處理劑,由于它的同一分子中的不同部分分別與樹脂和纖維表面形成化學(xué)鍵橋接,從而改善了樹脂和纖維之間的粘結(jié)。纖維表面處理劑與樹脂之間形成界面橋接,改善了基質(zhì)樹脂向纖維的應(yīng)力傳遞。

當(dāng)GR-100纖維表面處理劑附著量較少時,GR-100附著量的增加可明顯提高濕態(tài)的彎曲強度,當(dāng)超過一定量后,附著量的增加對提高濕態(tài)的彎曲強度的效果不明顯。最終確定 GR-100表面處理劑含量在0.15%(見圖1)。

圖1 彎曲強度與 GR-100附著量曲線

2.4 纖維性能評價

防砂用特制纖維[6-8]由于其特殊的用途,要求其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。SC纖維的化學(xué)穩(wěn)定性是指抵抗酸、堿、溫度及地層水等介質(zhì)的侵蝕能力。室內(nèi)試驗研究方法是以纖維在受介質(zhì)侵蝕前后的質(zhì)量損失來評價其化學(xué)穩(wěn)定性的。由表2中的實驗數(shù)據(jù)可以看出,樣品被酸堿高礦化度水侵蝕前后幾乎沒有質(zhì)量損失,所研制的纖維抗酸、堿、高礦化水腐蝕能力較強。

經(jīng)過纖維抗酸、抗堿、抗鹽性能的重復(fù)試驗,研究表明纖維在5%的酸液、p H值為9的堿液和礦化度為0.2%的鹽水中,性能基本保持穩(wěn)定;在小于250℃的環(huán)境下,纖維的斷裂強度隨溫度的升高而升高。由此可以證明,該特種纖維具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,并可以適用于較為惡劣的油藏條件,基本滿足了防砂用纖維的要求。

表2 纖維抗酸、堿及地層水腐蝕能力實驗結(jié)果

2.5 纖維復(fù)合體的性能分析

在濱南涂層砂中加入1%的纖維,攪拌使其分散均勻,在60℃水浴中固化,測其抗壓強度及其氣測滲透率。表3給出了涂層砂添加纖維前后的抗壓強度對比情況,表4給出了纖維對支撐劑滲透率的影響情況。由表3的實驗結(jié)果可以看出,纖維可以使涂層砂的抗壓強度提高49.65%。

表3 纖維對涂層砂的強度影響

表4 纖維對支撐劑滲透率的影響

由表4可以看出,在14MPa的地層條件下,纖維復(fù)合砂體滲透率仍比涂層砂滲透率高11.13%,說明纖維的加入可以在較大程度上改善復(fù)合砂體的滲透性,能夠滿足油田防砂增產(chǎn)的需求。

3 礦場應(yīng)用

2007年對單家寺油田的SJ56-8-18井進(jìn)行了纖維復(fù)合防砂試驗。防砂施工排量為1.0m3/min,平均攜砂比為32%,實際擠入纖維復(fù)合砂體16 t,施工泵壓由 11MPa上升至 18MPa。該井于2007年12月28日開井,最高日產(chǎn)液量92.8m3,日產(chǎn)油量52.1t,目前日產(chǎn)液量43.1m3,日產(chǎn)油量15t,含水率65.2%,至今仍未有出砂現(xiàn)象發(fā)生。

同年在該區(qū)塊的單56-6-16井進(jìn)行了纖維復(fù)合防砂措施。該井共加入纖維復(fù)合砂體12t,于2007年12月28日開井,最高日產(chǎn)液量96.4m3,日產(chǎn)油量24t,目前日產(chǎn)液量72.3m3,日產(chǎn)油量12.4 t,含水率82.8%,該井至今未有出砂現(xiàn)象發(fā)生。

通過對單家寺油田的稠油油井的現(xiàn)場施工,證明該纖維復(fù)合體能夠適應(yīng)稠油油藏開發(fā)的要求,在實施注蒸汽過程中沒有對已經(jīng)形成的防砂墻進(jìn)行破壞,纖維防砂充填層較好地起到了鞏固地層砂骨架,防止出砂的目的,達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用的要求。

4 結(jié)論

(1)稠油熱采井防砂技術(shù)是依靠“硬纖維”與“軟纖維”的擋砂、穩(wěn)砂雙重屏障來達(dá)到防砂目的的。研制的纖維復(fù)合體的強度、耐溫等性能能夠適應(yīng)稠油井苛刻的井下條件要求。

(2)纖維復(fù)合砂體早期固結(jié)強度高、固化時間短的特點,能夠滿足稠油油田注汽吞吐開采的要求。

(3)熱采井纖維復(fù)合砂體耐介質(zhì)性較好,油田常用的各種入井液及地層流體對纖維復(fù)合砂體的強度、滲透率等性能影響不大。

(4)纖維復(fù)合防砂能夠有效地防細(xì)粉砂,其自身具備的自清潔作用,彌補了防砂管柱易堵塞的缺點,可適用于多層完井。

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編輯:李金華

TE358

A

1673-8217(2010)02-0112-03

2009-09-24

呂玉群,工程師,1971年生,2005年畢業(yè)中國石油大學(xué)石油工程專業(yè),現(xiàn)從事采油工藝研究與推廣工作。