耐高溫負離子抗堵塞濾砂篩管研制與應用

陳昭偉，賓永鋒

(1.中國石油大學(華東)，山東 青島 266580；2.中國石化勝利油田分公司 樁西采油廠，山東 東營 257232)

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耐高溫負離子抗堵塞濾砂篩管研制與應用

陳昭偉1，賓永鋒2

(1.中國石油大學(華東)，山東 青島 266580；2.中國石化勝利油田分公司 樁西采油廠，山東 東營 257232)

為改善敏感性稠油油藏蒸汽吞吐井防砂效果，通過性能試驗，優(yōu)選出力學性能、耐溫性能及耐介質(zhì)性能好的氧化鋁作為過濾材料，高強度溶融氧化鋁作為結(jié)合劑，硅酸鹽類負離子粉作為表面處理劑，研制出一種具有耐高溫、高強度、高滲透率、抗堵塞的稠油熱采防砂用濾砂管。該濾砂管具有較好的耐高溫性能、優(yōu)良力學性能，擋砂能力強、不易堵塞等優(yōu)點。目前，現(xiàn)場已試驗12井次，平均單井日增液28.1 m3，單井日增油2.7 t，動液面上升148.3 m。

篩管；高溫；防砂；結(jié)構(gòu)

稠油疏松砂巖油藏熱采開發(fā)過程易出砂，油井防砂是維持正常生產(chǎn)重要措施，防砂效果直接影響了稠油疏松砂巖油藏熱采開發(fā)效果[1-2]。目前國內(nèi)外熱采井濾砂篩管防砂主要以耐溫、高強度金屬濾為主，對敏感性稠油油藏適應性不強，生產(chǎn)過程堵塞嚴重，防砂周期短、液量下降快。因此，需要對濾砂管進行研究、改進，以滿足稠油熱采防砂的需要，提高產(chǎn)液量，延長有效期。

1 研制思路

敏感性稠油油藏濾砂篩管防砂堵塞的主要原因是泥質(zhì)粘附在金屬濾砂器表面，導致其滲透性急劇下降。泥質(zhì)粘附主要是因為金屬濾砂器表面多為正電荷，而粘土帶負電荷，正負電荷相吸所致。鑒于此，確定研制思路：通過優(yōu)選耐溫能力強、滲透性好的過濾材料，對過濾材料進行負離子表面處理，提高其表面抗堵塞能力；優(yōu)化設計合理的組裝結(jié)構(gòu)，形成新型耐高溫抗堵塞濾砂管，在擋砂提液的同時達到延長防砂有效期的目的。

2 過濾材料研究

組成耐溫高滲濾砂管的基本材料，必須具有較高硬度和一定機械強度的顆粒材料，由該材料制成的濾砂管件還必須具有較高滲透性以便能順利地讓地下流體流過[3]。因此，作為這種顆粒材料必須具備的基本特性應滿足以下幾個方面的要求：較高的硬度、適度的抗破碎性、良好的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性好、便于加工成不同大小的顆粒[4]。

2.1 骨架顆粒初選

基于以上條件，從性能和成本方面考慮，初步選擇高硬度、高機械強度的氧化鋁 A、氧化硅M、氧化鋯S、氧化鈣W 這4種非金屬材料進行試驗。由于陶瓷材料組份較復雜，雖然在常溫下化學性質(zhì)非常穩(wěn)定，但在顯堿性(pH=11)的高溫水蒸汽條件下，其化學性質(zhì)穩(wěn)定，才能用來制作濾砂管的濾芯材料。

試驗條件是：分別將這4種非金屬材料置于高壓樣筒中，加入蒸汽凝析液(pH=11)，放入干燥箱中，加熱至350 ℃，恒溫3 d。取出后，用pH試紙測水溶液的的酸堿值。若pH值無變化，說明非金屬材料未發(fā)生反應，其化學性質(zhì)穩(wěn)定，反之亦然。試驗結(jié)果如表1。從表1看出，A材料化學性質(zhì)穩(wěn)定，可以用來制作濾砂管的骨料。

表1 4種非金屬材料的高溫化學穩(wěn)定性試驗數(shù)據(jù)

2.2 結(jié)合劑優(yōu)選

2.2.1 結(jié)合劑初選

將骨料制成濾芯，須用結(jié)合劑將其粘結(jié)起來，一般的有機膠粘劑很難滿足熱采井工況[5]。因此，重點調(diào)研了無機結(jié)合劑。無機結(jié)合劑的化學成分與物理性能如表2。

表2 幾種結(jié)合劑的化學成分與物理性能

2.2.2 結(jié)合劑耐溫性能試驗

將A材料與以上3種無機結(jié)合劑(用量為10%)分別混合攪拌均勻，在模具內(nèi)壓緊，烘干，然后在1 200～1 300 ℃的高溫條件下燒結(jié)成型。取注蒸汽凝析液作介質(zhì)，將濾芯放入高壓樣筒中，加溫至350 ℃。恒溫3 d后取出，測抗壓強度，數(shù)據(jù)如表3。由表3可知，高強度溶融氧化鋁類結(jié)合劑具有較好耐高溫性能。

表3 結(jié)合劑耐溫性能對比試驗數(shù)據(jù)

2.2.3 結(jié)合劑加量優(yōu)化

將材料A與高強度溶融氧化鋁類結(jié)合劑按不同比例混合攪拌均勻，在模具內(nèi)壓緊，烘干，然后在1 200～1 300 ℃的高溫條件下燒結(jié)成型。取注蒸汽凝析液作介質(zhì)，將濾芯放入高壓樣筒中，加溫至350 ℃。恒溫3 d后取出，測抗壓強度和滲透率，數(shù)據(jù)如表4。

由表4數(shù)據(jù)分析，濾砂器強度隨氧化鋁結(jié)合劑加量的增加而上升，滲透率隨氧化鋁結(jié)合劑加量的增加而下降。為滿足稠油熱采防砂高強度注汽和采液要求，濾砂器不僅要有較高的強度，而且要有較好滲透率性。綜合考慮5號樣配方組成，即材料A與氧化鋁結(jié)合劑配比為100∶11。

2.3 表面負離子化處理

地層中的粘土帶負電荷，當粘土到達濾芯表面和孔道中時，由于濾芯能釋放出負離子，與粘土中的負電荷相互排斥，不產(chǎn)生吸附。粘土就能順利通過濾芯而減輕堵塞。

表4 濾砂器材料配比與強度及滲透率的關(guān)系

注：“質(zhì)量份”表示混合物試樣中2種材料的質(zhì)量配比。

2.3.1 負離子選擇

負離子是通過納米包覆技術(shù)特殊加工的粉體，具有很強的熱敏性和壓敏性，在常溫下粉體的負離子釋放量為20 000～30 000個/cm2。負離子粉化學成分如表5。

表5 負離子粉化學成分

將其按2%的量添加到結(jié)合劑中，所制得的濾芯的表面和孔道中能釋放出負離子。

2.3.2 效果對比試驗[6]

試驗條件：試驗樣件為A材料制成的濾筒(空白)和不同比例負離子處理后A材料制成的濾筒，長度均為1 m；介質(zhì)為自來水+鈉土(2%)+石英砂(粒徑0.07 mm)，壓力1 MPa，連續(xù)試驗6 d，記錄每天流量(如圖1)。從對比試驗看，在相同條件下，負離子處理后濾筒抗堵塞能力較強，流量較穩(wěn)定。隨著負離子比例增加，抗堵塞能力不斷增強，當達到0.2%以后，增加效果不明，因此確定添加2%負離子進行表面處理。經(jīng)負離子測量儀測定，釋放量3 000～9 000 個/cm2。

圖1 負離子處理前后抗堵塞對比試驗

3 濾砂管結(jié)構(gòu)設計及特點

3.1 結(jié)構(gòu)組成

濾砂管主要由基管、濾芯等組成，圓形濾芯鑲嵌入基管的圓孔內(nèi)，然后采用特殊焊接工藝錨定而制成的。如圖2。

1—上接頭；2—基管；3—濾芯；4—下接頭。

3.2 性能特點

1) 鑲嵌式的濾芯藏于基管內(nèi)，強度高，解決了濾芯脆性大、易受碰撞而損壞的弱點。

2) 熱漲系數(shù)小，在高溫環(huán)境下對基管不會產(chǎn)生應力破壞作用。

3) 濾砂管與熱采封隔器下入防砂井段，實現(xiàn)分層防砂，操作方便，坐封可靠，起下靈活，提高了施工的成功率。

4) 使用范圍廣，既可用于注蒸汽熱采井，又可用于常規(guī)井的防砂。

4 現(xiàn)場應用

自2016年以來，針對敏感性稠油油藏蒸汽吞吐油井應用該工藝，共實施12井次，可對比11 井次，成功率100%；平均日產(chǎn)液53.4 m3，日產(chǎn)油5.8 t，含水89.1%，動液面563 m；平均單井日增液28.1 m3，增幅52.2%，單井日增油1.7 t，動液面上升148.3 m，階段累積增油12 790.5 t?？梢钥闯?，耐高溫負離子抗堵塞濾砂管提液增油效果明顯，能夠滿足敏感性疏松砂巖稠油油藏蒸汽吞吐油井的防砂要求。

5 結(jié)論

1) 通過室內(nèi)試驗評價，耐高溫負離子抗堵塞濾砂管具有耐高溫、抗堵塞等特點。該濾砂管適用于疏松砂巖稠油油藏蒸汽吞吐油井防砂要求。

2) 耐高溫負離子抗堵塞濾砂管現(xiàn)場應用簡易，提液增油效果好，成本較低，適于大規(guī)模推廣。

[1] 王毅，楊海波，彭志剛.精密復合濾砂管防砂完井技術(shù)[J].石油機械，2008，36(6)：60-61.

[2] 張錫娟，馬丁，王東.水平井熱采高強度耐沖蝕篩管的研制及應用[J].石油機械，2015，43(1)：90-92.

[3] 蔣寶云，鄧雄，梁政，等.鹽家氣田淺層氣井防砂技術(shù)研究[J].石油礦場機械，2010，39(5)：39-42.

[4] 鄭偉林.水平井可鉆濾砂管的研制與應用[J].石油鉆采工藝，2012，34(3)：94-100.

[5] 張駿華，盛租銘，孫繼桐.導彈和運載火箭復合材料結(jié)構(gòu)設計指南[M].北京：宇航出版社，1999：98.

[6] 伊西鋒，董建國，劉永順，等.篩管擋砂性能評價試驗裝置研制與應用[J].石油礦場機械，2013，42(2)：36-38.

Development and Application of High Temperature Resistance Anionic Anti-clogging Sand Screen

CHEN Zhaowei，BIN Yongfeng

(1.ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao266580，China；2.ZhuangxiOilProductionFactory，SINOPECShengliOilfieldCompany，Dongying257232，China)

In order to improve the effect of sand control in steam injection wells of the sensitive heavy oil reservoir，through performance test，alumina with good mechanical properties，temperature resistance and medium performance as filter material is optimized.High strength molten aluminum is used as a binding agent，silicate anionic powder is used as surface treatment agents，heavy oil thermal recovery sand screen with high temperature resistance，high strength，high permeability and anti-clogging properties is finally made.The sand screen has better high temperature resistance，excellent mechanical properties，perfect sand retention capability，anti-clogging，etc.At present，the sand screen has been used on 12 wells in field experiment.The average single well liquid increased is 28.1 m3，single well oil increased is 2.7 t and working fluid level rises 148.3 m.

screen liner；high temperature；sand control；structure

2016-05-14

中國石油化工股份公司先導試驗“敏感性稠油油藏熱采防砂技術(shù)”(YC2014-08)

陳昭偉(1990-)，男，山東東營人，碩士研究生，研究方向為油水井防砂增產(chǎn)技術(shù)，E-mail：1641918758@qq.com。

1001-3482(2016)11-0059-04

TE925.303

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2016.11.013