纖維復(fù)合防砂工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

陳　飛，康玉陽(yáng)，陳　麗，徐文敏

（中石化江蘇油田采油一廠，江蘇揚(yáng)州　225265）

纖維復(fù)合防砂工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

陳飛，康玉陽(yáng)，陳麗，徐文敏

（中石化江蘇油田采油一廠，江蘇揚(yáng)州225265）

針對(duì)傳統(tǒng)工藝防砂后地層近井地帶滲透率下降引起油井產(chǎn)量降低問(wèn)題，引進(jìn)推廣了纖維復(fù)合防砂技術(shù)。該工藝采用“軟、硬”兩種特種纖維與覆膜砂在出砂層及近井地帶形成高強(qiáng)度高滲透擋砂層，在提高近井地帶滲流能力的同時(shí)，可有效地防止地層出砂，特別是細(xì)粉砂的產(chǎn)出，為解決細(xì)粉砂、泥質(zhì)運(yùn)移問(wèn)題提供了有效解決方法。纖維復(fù)合防砂工藝在江蘇油田周43、沙埝、陳堡等油田現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用4井次，達(dá)到防砂增產(chǎn)雙重效果。

防砂；疏松砂巖油氣藏；細(xì)粉砂；纖維復(fù)合防砂

1　疏松砂巖油藏出砂狀況研究

1.1出砂現(xiàn)狀調(diào)研

采油一廠存在出砂及泥質(zhì)運(yùn)移問(wèn)題主要為許淺1、周43以及陳堡區(qū)塊的部分油井。上述區(qū)塊為較典型疏松砂巖油藏，具有埋藏淺，壓實(shí)較差，膠結(jié)疏松的特性，嚴(yán)重出砂井?dāng)?shù)占到全廠出砂總井?dāng)?shù)的85%。以許淺1和周43區(qū)塊為例。

許淺1塊目前有油水井31口，具有嚴(yán)重出砂井史的有22口，嚴(yán)重出砂井占比高達(dá)71%。周43塊目前有油水井28口，具有嚴(yán)重出砂井史的有11口，出砂井占比達(dá)39%。

根據(jù)許淺1及周43塊出砂井砂樣的粒徑統(tǒng)計(jì)，許淺1塊出砂粒徑范圍在0.1 mm～0.4 mm，粒徑中值約為0.15 mm；周43塊出砂粒徑范圍在0.1 mm～0.5 mm，粒徑中值約為0.2 mm（見(jiàn)表1）。

表1　許淺1塊、周43塊出砂粒徑統(tǒng)計(jì)表

1.2出砂敏感因素研究

1.2.1地質(zhì)因素顆粒膠結(jié)程度是影響出砂的主要因素。一般來(lái)說(shuō)，地層埋藏越深，壓實(shí)作用越強(qiáng)，地層巖石強(qiáng)度越高，反之亦然。許淺1塊及周43塊均具有埋藏淺、成巖性差的特點(diǎn)，膠結(jié)程度為中等到疏松，從地質(zhì)情況可判斷為膠結(jié)疏松易出砂油藏類(lèi)型。

1.2.2流體性質(zhì)許淺1塊地面原油相對(duì)密度0.938 1，地面黏度444.2 mPa·s，地層壓力12.89 MPa～13.73 MPa，地飽壓差1.1 MPa～3.3 MPa。周43塊地面原油相對(duì)密度為0.951 4，地面黏度平均352.5 mPa·s，周43塊K2t1油藏原始地層壓力為14.8 MPa，地飽壓差1.5 MPa～3.0 MPa。由這兩個(gè)區(qū)塊流體性質(zhì)及油品全分析實(shí)驗(yàn)可知，原油為高密度、高黏、低含蠟瀝青基石油，生產(chǎn)時(shí)施加在巖石顆粒上的拖曳力大，易造成出砂。

1.2.3開(kāi)采因素部分井生產(chǎn)制度不合理導(dǎo)致井底壓降過(guò)大，流速加快，使巖石顆粒受到的應(yīng)力負(fù)荷及拖曳力增大，造成巖石剪切破壞，導(dǎo)致地層大量出砂。

2　纖維復(fù)合防砂技術(shù)的引進(jìn)及優(yōu)化

纖維復(fù)合防砂技術(shù)是采用兩種可分別起“穩(wěn)砂”和“擋砂”作用的特種纖維［1-3］，一種穩(wěn)砂，將細(xì)粉砂聚集成較大的細(xì)粉砂結(jié)合體，另一種擋砂，擋住細(xì)粉砂結(jié)合體進(jìn)入井筒。

2.1纖維復(fù)合防砂原理

“軟纖維”是一種長(zhǎng)鏈陽(yáng)離子聚合物，在水溶液中其支鏈陽(yáng)離子基團(tuán)可吸附在細(xì)粉砂上，將分散的砂粒橋接起來(lái)，成為細(xì)粉砂結(jié)合體（類(lèi)似于大顆粒），起到了穩(wěn)砂固砂作用?！坝怖w維”是經(jīng)過(guò)選擇和特殊處理的特制無(wú)機(jī)纖維，可相互勾結(jié)形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將砂粒束縛于其中，并形成較為穩(wěn)定的過(guò)濾體從而達(dá)到擋砂目的（見(jiàn)圖1、圖2）。

圖1　“軟纖維”穩(wěn)砂原理圖

圖2　“硬纖維”擋砂原理圖

2.2纖維的選擇與性能評(píng)價(jià)

防砂用纖維主要有兩大類(lèi)：無(wú)機(jī)纖維和有機(jī)纖維。無(wú)機(jī)纖維有陶瓷纖維、G纖維等；有機(jī)纖維有碳纖維、尼龍纖維等。一般來(lái)講，無(wú)機(jī)纖維的強(qiáng)度要大于有機(jī)纖維，抗溫、抗鹽、抗酸堿液的腐蝕也較好，因此一般優(yōu)選無(wú)機(jī)纖維。目前采油一廠現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用涂覆砂的密度在2.60 g/cm3左右，根據(jù)密度相近易混合原理，所選纖維的密度盡量應(yīng)與之相近。因此從密度因素及成本角度考慮優(yōu)先選用G纖維（見(jiàn)圖3、圖4）。

圖4　G纖維微觀圖片

防砂纖維要求具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性才能適應(yīng)復(fù)雜油藏環(huán)境，其化學(xué)穩(wěn)定性包括抗酸、堿和地層水侵蝕能力及耐溫性。取周43、許淺1等出砂區(qū)塊地層水樣進(jìn)行室內(nèi)模擬地層溫度下耐酸、堿、鹽及耐溫性實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明纖維具耐各種介質(zhì)侵蝕能力且化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)（見(jiàn)表2、表3）。

表2　纖維抗酸、堿、鹽水腐蝕數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)表

表3　G纖維耐溫實(shí)驗(yàn)表

2.3纖維復(fù)合體優(yōu)化研究

2.3.1覆膜砂的優(yōu)化選擇許淺1、周43、陳堡的出砂井油層埋深一般在2 500 m之內(nèi)，地層壓力通常不超過(guò)25 MPa，在加壓施工及該閉合壓力條件下石英砂的破碎率很低，完全可以滿足儲(chǔ)層需要。因此選用樹(shù)脂涂層的石英砂為纖維復(fù)合體支撐劑?？紤]采油一廠儲(chǔ)層出砂粒徑等因素，樹(shù)脂涂覆砂粒徑選擇0.4 mm～0.8 mm（見(jiàn)圖5）。

圖5　纖維對(duì)砂體穩(wěn)定性影響

2.3.2纖維的長(zhǎng)度、直徑、濃度的選擇優(yōu)化通過(guò)纖維復(fù)合體的坍塌實(shí)驗(yàn)來(lái)確定復(fù)合體纖維長(zhǎng)度、直徑以及濃度。纖維復(fù)合體的坍塌實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是液體通過(guò)砂體的臨界流量和臨界壓力（見(jiàn)圖6～圖8）。

圖6　纖維長(zhǎng)度對(duì)砂體穩(wěn)定性影響

圖7　纖維直徑對(duì)砂體穩(wěn)定性影響

圖8　纖維濃度對(duì)砂體穩(wěn)定性影響

通過(guò)室內(nèi)對(duì)砂體坍塌實(shí)驗(yàn)臨界流量和臨界壓力進(jìn)行測(cè)定，確定防砂纖維長(zhǎng)度、直徑、濃度分別為10 mm，15 μm，1.5%。因此最終確定了纖維復(fù)合體的組成：即使用0.4 mm～0.8 mm覆膜石英砂通過(guò)添加1.5%的G纖維構(gòu)成（纖維的長(zhǎng)度為10 mm，直徑為15 μm）。

3　纖維復(fù)合防砂施工工藝優(yōu)化

根據(jù)出砂井油層虧空狀態(tài)及油水層分布情況，優(yōu)化形成了端部脫砂工藝與擠壓充填工藝兩種施工工藝。

3.1端部脫砂工藝

纖維復(fù)合防砂技術(shù)系統(tǒng)中使用端部脫砂壓裂技術(shù)，將儲(chǔ)層壓開(kāi)裂縫，使原來(lái)的徑向流改善為擬線形流，降低近井地帶壓降，改善油氣的流動(dòng)條件，從而達(dá)到增產(chǎn)與防止地層出砂的雙重目的（見(jiàn)圖9）。

圖9　端部脫砂壓裂防砂示意圖

3.2擠壓充填工藝

擠壓充填防砂主要是指采用低于地層破裂壓力的高壓將炮眼及近井地帶擠滿覆膜砂纖維復(fù)合體，在地層近井虧空地帶及炮眼附近形成一層具有較高強(qiáng)度的高滲透擋砂屏障。

3.3施工參數(shù)優(yōu)化

3.3.1覆膜砂用量計(jì)算覆膜砂的設(shè)計(jì)量為預(yù)計(jì)量，施工時(shí)根據(jù)泵壓變化情況決定加砂量。地層填砂按地層出砂量多少計(jì)算。纖維復(fù)合防砂體人工井壁厚度為1.05 m（原則上在0.5 m～3 m）。

設(shè)計(jì)砂量=地層出砂量+充填砂量+留塞砂量

3.3.2最小排量的確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為保持砂粒在井筒中不發(fā)生沉降，液流速度必須保持在砂粒在靜止液體中沉速的8～10倍。

3.3.3軟纖維優(yōu)化設(shè)計(jì)軟纖維穩(wěn)砂的設(shè)計(jì)主要是確定合適的軟纖維、攜砂液和頂替液的用量。

式中：V軟-纖維溶液用量，m3；φ-有效空隙比率；R-處理半徑，m；H-油層厚度，m。

攜砂液用量：根據(jù)砂量及泵注排量計(jì)算。

頂替液用量：頂替液通常為清水。頂替量為管柱容積及地面管線容積之和的1.0～1.3倍。

4　實(shí)施概況與效果

纖維復(fù)合防砂技術(shù)分別在沙埝、陳堡、周43等區(qū)塊4口井進(jìn)行了推廣實(shí)施。其中沙23-22井與周43-6井實(shí)施了端部脫砂工藝，周43-18與陳2-19則實(shí)施了擠壓充填工藝。

4.1端部脫砂工藝實(shí)施情況及效果

以周43-6井為例：該井生產(chǎn)層位為K2t1段2#層，日產(chǎn)液量10 t，含水27%。2013年8月4日因出砂嚴(yán)重導(dǎo)致砂埋管柱126 m。砂樣粒徑中值0.25 mm。

4.1.1施工工藝設(shè)計(jì)

（1）10%軟纖維溶液處理出砂地層。

（2）施工壓力30 MPa（在地層破裂壓力之上）擠注攜砂液80 m3，施工排量1.5 m3/min，砂比控制在10%～25%，硬纖維濃度為1.5%。

（3）防膨液頂替井筒攜砂液進(jìn)地層。

4.1.2實(shí)施效果實(shí)施后初期增油效果顯著（見(jiàn)圖10），日產(chǎn)油8.2 t。

圖10　周43-6井生產(chǎn)曲線圖

4.2擠壓充填工藝實(shí)施情況及效果

以周43-18井為例：該井生產(chǎn)層位為K2t1段7#層，正常生產(chǎn)時(shí)日產(chǎn)液12.9 t，含水25%。2013年10月底因出砂嚴(yán)重導(dǎo)致泵砂卡，砂埋油層管柱20 m，出砂粒徑中值0.25 mm。該生產(chǎn)層下部5 m處為水層，生產(chǎn)層與水層之間夾層較薄。

4.2.1施工工藝設(shè)計(jì)

（1）20%解堵劑處理出砂地層。

（2）10%軟纖維溶液處理出砂地層。

（3）控制施工壓力低于地層破裂壓力下（12 MPa）擠注攜砂液30 m3，施工排量0.5 m3/min，砂比控制在3%～5%，硬纖維濃度為1.5%。

（4）防膨液頂替井筒攜砂液進(jìn)地層。

4.2.2實(shí)施效果周43-18井增油效果較好（見(jiàn)圖11），日產(chǎn)油量由措施前的3.8 t上升至6.8 t，日增油3 t左右。

圖11　周43-18井生產(chǎn)曲線圖

5　結(jié)論

（1）在近井地帶及出砂層中形成的覆膜砂纖維復(fù)合體具有高滲透、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，能夠滿足較高的生產(chǎn)制度防砂需求，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)防砂與增產(chǎn)兩個(gè)目的。

（2）纖維復(fù)合防砂工藝可有效防治細(xì)粉砂的出砂危害。

（3）形成端部脫砂工藝與擠壓充填兩種互補(bǔ)型纖維復(fù)合防砂工藝，可根據(jù)地層是否能夠壓裂進(jìn)行靈活選擇，拓寬了纖維復(fù)合防砂的應(yīng)用范圍。

［1］ 齊寧，等.纖維復(fù)合防砂技術(shù)在孤島油田的應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2006，29（6）：50-52.

［2］ 呂芬敏，金建國(guó).纖維復(fù)合壓裂防砂技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2008，30（3）：97-100.

［3］ 董成.一種新型纖維復(fù)合防砂新工藝研究［J］.中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011，（3）：61.

TE358.1

A

1673-5285（2016）05-0051-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.05.014

2016-02-01