油氣開(kāi)發(fā)用防膨抑砂劑技術(shù)

劉 音，曹骕骕，賈培娟，徐杏娟，賈紅戰(zhàn)

（1.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程技術(shù)研究院油田化學(xué)研究所，天津 300457；2.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程技術(shù)研究院酸化技術(shù)中心，天津 300280）

在油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，砂巖層中的砂粒會(huì)隨油氣的運(yùn)移進(jìn)入井筒中，從而阻塞井筒，造成油層砂埋、砂堵，儲(chǔ)層也會(huì)受到嚴(yán)重的損害，使油井產(chǎn)量大幅度降低甚至停產(chǎn)[1]，油井出砂還可以引起管線(xiàn)和設(shè)備的堵塞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起井壁坍塌，使套管受擠壓而變形損壞；水井出砂會(huì)引起注水層位的堵塞，影響正常注水。另外，許多油氣儲(chǔ)層都含有高嶺石、蒙脫石、伊利石等黏土礦物，這些礦物具有高度的水敏性，遇水膨脹后容易堵塞井筒，造成卡鉆，也會(huì)降低油氣井產(chǎn)量[2-3]。因此，需要尋找一種防膨抑砂劑，既能增強(qiáng)與砂粒間的固結(jié)作用，防止由于油氣的流速不足而使砂粒伴隨流體的運(yùn)移被帶出，又能加強(qiáng)與粘土間的膠結(jié)能力，從而防止粘土水化膨脹。

防膨抑砂劑應(yīng)該具有較長(zhǎng)時(shí)間固結(jié)松散砂粒的特性，同時(shí)也應(yīng)具備抑制黏土膨脹的能力?，F(xiàn)階段油氣開(kāi)采用防膨抑砂劑多為有機(jī)陽(yáng)離子聚合物，該高分子具有較高的陽(yáng)離子度和較長(zhǎng)的高分子鏈，能在松散砂粒、黏土顆粒表面形成一層吸附保護(hù)膜，從而防止砂粒和黏土顆粒分散運(yùn)移[4-5]。另外，有機(jī)陽(yáng)離子聚合物含有多種基團(tuán)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠有效地封堵疏松砂巖層的出砂問(wèn)題，且不降低油氣井產(chǎn)量，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)研發(fā)的對(duì)象之一。

1 油氣開(kāi)發(fā)用防膨抑砂劑技術(shù)

目前，針對(duì)國(guó)內(nèi)砂油井在進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)所出現(xiàn)的油井出砂問(wèn)題，有研究用有機(jī)陽(yáng)離子聚合物、多種助劑復(fù)配、組合工藝等方法解決出砂問(wèn)題，不但縮小了出砂空間、提高了防膨抑砂效率，還能改善地層滲透率。

1.1 合成有機(jī)陽(yáng)離子聚合物解決出砂問(wèn)題

勝利油田高滲透稠油油藏原油粘度高、黏土含量高、出砂嚴(yán)重且儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重，衛(wèi)然等[6-7]針對(duì)該問(wèn)題制備出FYJ型防膨抑砂劑，它是一種網(wǎng)狀多羥基陽(yáng)離子聚合物，能夠有效抑制砂粒運(yùn)移，解決中高滲透稠油油藏的防砂問(wèn)題。通過(guò)室內(nèi)泥巖顆粒動(dòng)態(tài)沖刷實(shí)驗(yàn)和中高滲透稠油的現(xiàn)場(chǎng)施工得知，該防膨抑砂劑對(duì)地層的傷害率小于25%，且防砂率達(dá)到90%，現(xiàn)已在勝利油田鄭家、王莊等多地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用10余口井，取得了顯著的防砂效果。蔣官澄等[8-9]用丙烯酰胺與陽(yáng)離子單體在水溶液中聚合，產(chǎn)物再與偶聯(lián)劑反應(yīng)，合成出主鏈季銨鹽型有機(jī)陽(yáng)離子聚合物NTW-1，以NTW-1為主劑的抑砂劑體系增強(qiáng)了充填砂與骨架砂之間的結(jié)合力，有效阻止了深部充填砂的運(yùn)移，縮小了出砂空間，使得單井增油平均提高46.2%，且滲透率保持90%～96%左右。目前，NTW-1防膨抑砂劑已在300口以上高含水油井中應(yīng)用，施工有效率高達(dá)92.9%，共增產(chǎn)原油45萬(wàn)噸，適用于出砂較嚴(yán)重的疏松砂巖油藏的深部穩(wěn)砂、防砂。

以環(huán)氧氯丙烷、有機(jī)胺等為主要原料，通過(guò)加入引發(fā)劑誘導(dǎo)原料在溶液中聚合制備有機(jī)陽(yáng)離子聚合物，將其作為油氣開(kāi)采中的防膨抑砂劑，防砂效果良好。張森等[10]利用原料二甲胺與環(huán)氧氯丙烷在溶液中聚合得到了防膨抑砂劑，并研究了驅(qū)動(dòng)介質(zhì)粘度和石英砂粒徑對(duì)抑砂性能的影響，發(fā)現(xiàn)石英砂粒徑小于0.3 mm，驅(qū)動(dòng)介質(zhì)粘度小于50 mPa·s時(shí)，抑砂效果良好，超出該范圍，有機(jī)陽(yáng)離子聚合物基本失去抑砂能力。張利平等[11]以乙二胺、環(huán)氧氯丙烷、丙烯酰胺為原料，通過(guò)季銨鹽化反應(yīng)得到陽(yáng)離子化聚丙烯酰胺AEE，該產(chǎn)物1%溶液對(duì)巖心粉壓片和膨潤(rùn)土的防膨率均大于80%，且用水沖填砂管法測(cè)定1%濃度的AEE溶液的抑砂性能良好，將10%AEE溶液作為防膨抑砂劑使用在勝利東辛油田防砂施工中，已安全防砂施工91井次，有效率達(dá)88.2%。

在高分子鏈上引入一些陽(yáng)離子基團(tuán)，制備出含有陽(yáng)離子的高分子聚合物作為防膨抑砂劑，防砂效果良好。陳劍波等[12]針對(duì)勝利油田東辛采油廠(chǎng)鉆井和粉細(xì)砂的防砂問(wèn)題，將磺酸鹽聚合物與陽(yáng)離子聚合物反應(yīng)，合成了新型超分子固砂劑，得到的產(chǎn)物基本不受鹽度影響，抑砂效果好，100℃以下防砂性能穩(wěn)定，且對(duì)地層滲透率影響小，可保持85%以上?，F(xiàn)已通過(guò)12口井的試驗(yàn)，累計(jì)增油5 028 t，防砂效果良好。張春光等[13]在高分子長(zhǎng)鏈的側(cè)鏈上引入了陽(yáng)離子基團(tuán)，利用高分子鏈長(zhǎng)、吸附點(diǎn)多的特點(diǎn)，能夠有效抑制地層出砂。在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了化學(xué)防砂工藝，使勝坨油田二區(qū)地層能量逐漸上升，注采比達(dá)0.97，并對(duì)防膨抑砂劑的適應(yīng)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，油井的平均含砂量下降0.2‰，有效延長(zhǎng)了油井免修期，減少了出砂對(duì)油田開(kāi)采的影響。結(jié)合化學(xué)橋接防砂和膠結(jié)防砂的優(yōu)點(diǎn)[14-15]，王世軍等[16]以聚丙烯酰胺為原料，引入氟硼酸及陽(yáng)離子添加劑，制備一種吸附膜型陽(yáng)離子抑砂劑。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了聚丙烯酰胺用量0.4%～1%時(shí)，水解度為5%～15%，氟硼酸用量為0.2%～0.4%時(shí)，所合成的產(chǎn)品抑砂能力強(qiáng)，對(duì)地層傷害弱，適用于高滲層和出砂較嚴(yán)重的油水井，還可用于泥質(zhì)含量較高的出砂井。

1.2 利用多種助劑復(fù)配解決出砂問(wèn)題

向主處理液中加入陽(yáng)離子聚合物防膨抑砂劑，用其處理稠油疏松油藏油井解堵時(shí)引起的出砂問(wèn)題，抑砂效果有時(shí)也不明顯。針對(duì)此問(wèn)題，利用多種助劑復(fù)配，研制出具有解堵和抑砂雙重性能的處理劑，特別適于出砂油層的解堵。張華輝等[17]利用無(wú)機(jī)酸、活性高分子、固化劑及多種助劑復(fù)配得到一種具有抑砂和解堵雙重性能的FY-1型抑砂劑，其作用機(jī)理是在酸性條件下，吸附于砂粒表面的活性高分子與固化劑發(fā)生縮聚反應(yīng)而形成高分子膜，它可以使松散的砂粒具有一定的接觸親和作用，從而抑制地層出砂。這種解堵抑砂劑既保持了無(wú)機(jī)解堵劑的溶蝕性，還會(huì)在砂粒表面形成體型高分子膜，以增加巖石的膠結(jié)強(qiáng)度。孫建永[18]利用鹽酸、氫氟酸、KLB活性高分子、固化劑等復(fù)配出HKL解堵抑砂劑，有效抑制了地層出砂，同時(shí)在砂粒表面形成的高分子膜可增加巖石膠結(jié)強(qiáng)度。將HKL解堵抑砂劑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，確定關(guān)井反應(yīng)時(shí)間為6～12 h最佳。

1.3 利用組合工藝法解決出砂問(wèn)題

近年來(lái)，利用組合工藝法解決油井出砂問(wèn)題取得了一定的成效。王曉莉等[19]通過(guò)調(diào)查分析文明寨油田油井出砂區(qū)塊、層位、層塊、出砂粒徑范圍、產(chǎn)液量大小、產(chǎn)出液中砂含量等因素，設(shè)計(jì)采取井筒和地層化學(xué)除砂方法，即以機(jī)械防砂為主、以地層化學(xué)防沙為輔的防砂工藝，有效控制了油井出砂的問(wèn)題?，F(xiàn)已實(shí)施油井防砂12井次，成功率100%，年累計(jì)增油447.6 t，年累計(jì)增液10 594.2 m3，平均作業(yè)免修期168 d，取得了良好的防砂效果。李曉榮等[20]針對(duì)東營(yíng)組油藏構(gòu)造復(fù)雜、油藏流度比高等問(wèn)題，提出了對(duì)稠油油藏及周邊低產(chǎn)井采用管內(nèi)高壓一次充填防砂或PS防砂工藝，對(duì)泥質(zhì)粉、細(xì)砂出砂層段采用PS防砂或酸化-抑制劑處理工藝，而對(duì)油藏高部位供液能力強(qiáng)的井采用防砂提液與油層預(yù)處理相結(jié)合的工藝，結(jié)果顯示，無(wú)論采取哪種防砂工藝，油層預(yù)處理都是不可缺少的，而工藝措施針對(duì)性要強(qiáng)，這樣使勝坨油田防砂治理效果良好。吳方惠等[21]針對(duì)江蘇油田周43區(qū)塊出砂的問(wèn)題，利用繞絲篩管礫石充填（即將不銹鋼絲繞焊在縱筋上制成篩筒，不銹鋼絲間距在0.2～0.4 mm，然后將篩筒套在中心管上，再將篩筒兩端焊接在中心管上，就制成了繞絲篩管）與化學(xué)抑砂劑、助劑檸檬酸、甲醛等復(fù)配劑組合為防砂工藝，該工藝解決了周43區(qū)塊的出砂問(wèn)題，且油井產(chǎn)出液的含水量也降低了，這說(shuō)明對(duì)地層流體的滲透狀態(tài)也得到了改善。

2 結(jié)論

為了解決油氣開(kāi)采過(guò)程中所出現(xiàn)的油井出砂問(wèn)題，減少對(duì)油氣層的砂埋和砂堵，提高油氣井產(chǎn)量，研究高效實(shí)用、價(jià)格低廉的防膨抑砂劑，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境友好的雙贏(yíng)，已成為開(kāi)發(fā)砂巖油氣田的必然趨勢(shì)。

伴隨防膨抑砂劑產(chǎn)品的更新，本研究院針對(duì)砂油井的出砂情況，一方面使用化學(xué)橋接和膠結(jié)防砂相結(jié)合的方式，添加配套的助劑，優(yōu)化現(xiàn)有防砂工藝配方；另一方面研發(fā)新型的防膨抑砂劑，比如用丙烯酰胺共聚三甲基烯丙基氯化銨或二甲基二烯丙基氯化銨后，得到有機(jī)陽(yáng)離子聚合物，并與無(wú)機(jī)鹽復(fù)配制備復(fù)合防膨抑砂劑，用這類(lèi)化學(xué)防膨抑砂劑產(chǎn)品與機(jī)械防砂工藝相結(jié)合，形成一種成型的防砂工藝是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。

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