分枝井眼連接處固砂液體系室內(nèi)研究

李玉光，林科雄，舒福昌，向興金，王 珊，陳 歡

（1．中海油研究總院，北京100027；2．海洋石油高效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100027；3．荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北 荊州434000）

采用分枝井技術(shù)能更加有效地開采油氣藏，已引起石油工業(yè)界的高度關(guān)注。但該技術(shù)也存在著一些問(wèn)題，如在井下作業(yè)及生產(chǎn)過(guò)程中，由于分枝井眼連接處疏松砂巖膠結(jié)強(qiáng)度差，使得該處井壁坍塌，導(dǎo)致分枝井眼連接處井段失效，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致井眼報(bào)廢。為了保證分枝井鉆井和完井作業(yè)的順利進(jìn)行，必須提高分枝井眼的穩(wěn)定性。

鑒于此，作者室內(nèi)初步研制了低粘度有機(jī)固砂劑HFN－HY并以其配制固砂液體系5%HFN－HY＋1．5%HGH－8，利用化學(xué)防砂固砂方法，對(duì)分枝井眼連接處井壁進(jìn)行固化處理，提高其膠結(jié)強(qiáng)度，以防止井壁坍塌引起分枝井眼連接處井段失效［1］。

1 有機(jī)固砂劑HFN－HY的研制

目前市售的各種樹脂，如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、脲醛樹脂及呋喃樹脂，因?yàn)槠湎鄬?duì)分子質(zhì)量大、粘度高，在固結(jié)地層砂時(shí)流動(dòng)性差，堵塞嚴(yán)重，膠結(jié)強(qiáng)度低，很難滿足分枝井夾壁墻固化要求。為此室內(nèi)研制了一種新型有機(jī)固砂劑HFN－HY，它是一種低聚物，粘度低、流動(dòng)性好，對(duì)砂粒膠結(jié)能力強(qiáng)［2－5］。其理化性能見(jiàn)表1。

2 固砂液體系的確定

取200g 40～80目（0．18～0．38mm）石英砂，先加入不同種類固化劑，混合均勻；再加入有機(jī)固砂劑HFN－HY，混合均勻，裝模候凝。測(cè)定其固化性能，結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 有機(jī)固砂劑HFN－HY的理化性能Tab．1 Physicochemical properties of organic sandconsolidation HFN－HY

表2 不同固化劑作用下，有機(jī)固砂劑HFN－HY的固化性能Tab．2 Consolidation properties of HFN－HY with different consolidation agents

從表2可以看出，HGH－8作為固化劑時(shí)，有機(jī)固砂劑HFN－HY的固化性能最好。以1．5%HFN－HY＋0．75%HGH－8作為固砂液體系時(shí)，固結(jié)體抗壓強(qiáng)度達(dá)到4．01MPa。因此，選擇HGH－8作為固化劑。

在固化溫度為60℃、固化時(shí)間為24h的條件下，改變HGH－8、HFN－HY的加量，室內(nèi)考察不同固砂液體系對(duì)固結(jié)體抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同固砂液體系對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響Fig．1 Effect of different sand－consolidation fluid systems on compressive strength

從圖1可以看出，當(dāng)固化劑HGH－8加量一定時(shí)，隨著有機(jī)固砂劑HFN－HY加量的增加，固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度相應(yīng)升高，當(dāng)有機(jī)固砂劑HFN－HY的加量為4%、固化劑 HGH－8加量為1．5%或2．0%時(shí)，固結(jié)體抗壓強(qiáng)度均達(dá)到10MPa以上；當(dāng)有機(jī)固砂劑HFNHY加量一定時(shí)，隨著固化劑HGH－8加量的增加，固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度略微升高，當(dāng)HFN－HY加量由4%增至5%時(shí)，添加1．5%HGH－8的固化效果反而較添加2．0%HGH－8的更好。因此，確定5%HFN－HY＋1．5%HGH－8為分枝井眼夾壁墻固砂液體系。

3 固砂液體系性能評(píng)價(jià)

3．1 評(píng)價(jià)方法

室內(nèi)研究中利用“拌砂法”制作實(shí)驗(yàn)用固結(jié)體。具體方法是：將一定量不同目數(shù)的石英砂和固砂液體系混合均勻裝入固結(jié)體制作模具中，置于一定溫度恒溫烘箱或水浴中固化一定時(shí)間，脫模測(cè)試性能。

3．2 砂粒含土量對(duì)固結(jié)體抗壓強(qiáng)度的影響

選擇不同粒徑砂粒，以固砂液體系5%HFN－HY＋1．5%HGH－8在60℃下固化不同含土量砂粒24h，室內(nèi)考察砂粒含土量對(duì)固結(jié)體抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，隨著砂粒粒徑的減小，固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度總體有所升高，但并不明顯；隨著砂粒含土量的增加，固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度逐漸降低。

圖2 砂粒含土量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響Fig．2 Effect of soil content in sand on compressive strength

3．3 砂粒含水量對(duì)固結(jié)體抗壓強(qiáng)度的影響

有機(jī)固砂劑作用的地層都飽和一定地層流體，以固砂液體系5%HFN－HY＋1．5%HGH－8在60℃下固化不同含水量（以砂粒質(zhì)量計(jì)）砂粒24h，室內(nèi)考察砂粒含水量對(duì)固結(jié)體抗壓強(qiáng)度的影響，并以普通防砂固砂劑代替HFN－HY進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 砂粒含水量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響Fig．3 Effect of water content in sand on compressive strength

從圖3可以看出，在砂粒含水情況下，固結(jié)體抗壓強(qiáng)度均隨著含水量的增加而降低，相比較而言，添加有機(jī)固砂劑HFN－HY時(shí)的下降幅度較小，當(dāng)砂粒含水量為9%時(shí)，固結(jié)體抗壓強(qiáng)度能保持在10MPa以上；而添加普通防砂固砂劑時(shí)固結(jié)體在含水量超過(guò)2%后就幾乎完全失去抗壓強(qiáng)度。說(shuō)明固砂液體系5%HFN－HY＋1．5%HGH－8在固砂過(guò)程中具有良好的抗水污染性能。

3．4 固化條件對(duì)固結(jié)體性能的影響

室內(nèi)考察了不同固化條件下5%HFN－HY＋1．5%HGH－8的固結(jié)體性能，結(jié)果見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，固砂液體系5%HFN－HY＋1．5%HGH－8具有較好的低溫固化特性，隨著固化時(shí)間的延長(zhǎng)，固結(jié)體抗壓強(qiáng)度升高。

4 固結(jié)體的抗腐蝕性能

圖4 不同固化條件下的固結(jié)體性能Fig．4 The properties of cumulates under different consolidation conditions

將60℃下以固砂液體系5%HFN－HY＋1．5%HGH－8固化24h得到的固結(jié)體置于不同流體介質(zhì)中室溫浸泡30d后測(cè)抗壓強(qiáng)度，考察其抗腐蝕性能，結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可以看出，固結(jié)體具有良好的抗腐蝕性能，在不同流體介質(zhì)中浸泡30d后的抗壓強(qiáng)度變化不大。

5 結(jié)論

（1）室內(nèi)初步研制了有機(jī)固砂劑HFN－HY，其具有粘度低、流動(dòng)性好等特點(diǎn)，并優(yōu)選了配套固化劑，確定適用于分枝井眼連接處井壁固化的固砂液體系為5%HFN－HY＋1．5%HGH－8。

表3 不同流體中浸泡后的固結(jié)體性能Tab．3 The properties of cumulates soaked in different fluids

（2）室內(nèi)研制的固砂液體系5%HFN－HY＋1．5%HGH－8對(duì)不同粒徑砂粒具有良好的膠結(jié)固化性能，抗壓強(qiáng)度高，具有良好的低溫固結(jié)性能和抗腐蝕性能，在地層砂含土和地層潤(rùn)濕情況下固結(jié)體抗壓強(qiáng)度降幅較小，能夠滿足分枝井眼連接處井段固化技術(shù)要求。

［1］楊林，劉向君，梁利喜，等．多分支井完井技術(shù)發(fā)展綜述［J］．內(nèi)蒙古石油化工，2010，36（11）：86－88．

［2］趙福麟．采油化學(xué)［M］．東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，1989：132－138．

［3］焦亞軍，金千歡，李永太．新型高強(qiáng)度固砂劑FA－1的研制與應(yīng)用［J］．西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，23（5）：62－64．

［4］戴彩麗，張貴才，周洪濤．中低溫油水井固砂劑實(shí)驗(yàn)研究［J］．石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，25（4）：58－60．

［5］延玉臻，段友智，高斌．糠醇低聚物復(fù)合固砂劑的研究與應(yīng)用［J］．油田化學(xué)，2004，21（1）：8－9．