氟硼酸防砂技術(shù)試驗(yàn)與應(yīng)用

韓漢培

摘 要：目前防砂措施主要有機(jī)械類防砂、壓裂防砂及化學(xué)防砂。其中化學(xué)防砂主要以樹(shù)脂類防砂為主，但防砂后影響滲透率，氟硼酸防砂技術(shù)最早來(lái)自于油井的酸化工藝。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)氟硼酸進(jìn)入地層后可以水解生成 HF，并且水解反應(yīng)速度較慢。因此用氟硼酸可以使酸化范圍更加深入地層深部，提高酸化效果。同時(shí)，氟硼酸通過(guò)水解產(chǎn)生的氫氟酸可以與地層礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其與地層粘土的化學(xué)反應(yīng)能夠溶蝕、膠結(jié)粘土顆粒，從而起到穩(wěn)定粘土層防止細(xì)小顆粒運(yùn)移的作用。而且經(jīng)氟硼酸處理過(guò)的粘土敏感性下降，不易膨脹和分散。

關(guān)鍵詞：氟硼酸;解堵;防砂

一、出砂現(xiàn)狀

出砂是油井日常生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的影響油井生產(chǎn)的重要問(wèn)題之一。由于地層出砂，將給油井的正常生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的危害，影響油井正常生產(chǎn)，造成嚴(yán)重的環(huán)境危害和成本浪費(fèi)。

興隆臺(tái)采油廠目前共有各類出砂井95口。主要集中在大洼，大平房和榮興屯油田。近幾年大洼、榮興區(qū)塊部分由于生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)地層破壞較嚴(yán)重，油井出砂粒徑逐年變小，以泥質(zhì)細(xì)粉砂為主，有時(shí)還會(huì)有泥漿返出，單純實(shí)施機(jī)械類防砂措施效果逐年變差。

對(duì)于出砂粒徑小、高泥質(zhì)含量等油井，由于機(jī)械類防砂措施增加的一級(jí)或多級(jí)擋砂屏障會(huì)導(dǎo)致近井地帶滲透率的下降，易造成油井液降。所以針對(duì)這部分井采用氟硼酸防砂體系進(jìn)行防砂施工，通過(guò)氟硼酸與地層顆粒接觸反應(yīng)，將小片粘土“溶合”呈骨架，從而有助于阻止其分散和運(yùn)移，這種穩(wěn)定粘土效應(yīng)是氟硼酸酸化的顯著優(yōu)點(diǎn)。

二、氟硼酸防砂技術(shù)原理

（一）氟硼酸防砂機(jī)理

氟硼酸防砂技術(shù)最早來(lái)自于油井的酸化工藝。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)氟硼酸進(jìn)入地層后首先可以水解生成氫氟酸，并且水解反應(yīng)可控。因此用氟硼酸可以使酸化范圍更加深入地層深部，提高酸化范圍。

氟硼酸通過(guò)水解產(chǎn)生的氫氟酸可以與地層礦物中的二氧化硅及鋁硅酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種化學(xué)反應(yīng)能夠溶蝕細(xì)粉砂及粘土顆粒，對(duì)粘土礦物中鋁離子的溶解，還可以使粘土鈍化，減少膨脹，起到疏通油層的作用。同時(shí)反應(yīng)生成的氫氟酸、氟硅酸及羥基氟硼酸還能進(jìn)一步與地層巖石礦物反應(yīng)，生成硅凝膠及硅硼酸鹽覆蓋物，從而起到提高地層膠結(jié)強(qiáng)度，穩(wěn)定粘土層和細(xì)小顆粒的位移作用。經(jīng)氟硼酸處理過(guò)的粘土敏感性下降，不易膨脹和分散。通過(guò)氟硼酸處理后的地層能夠達(dá)到防砂、增產(chǎn)的作用。

（二）氟硼酸防砂室內(nèi)試驗(yàn)

氟硼酸對(duì)地層礦物的溶解作用主要表現(xiàn)在對(duì)粘土礦物的溶解作用，因此泥質(zhì)含量的高低影響氟硼酸的溶蝕率。相同條件下，泥質(zhì)含量較高的Ⅱ類巖芯氟硼酸的溶蝕率也高于Ⅰ類巖芯。隨著氟硼酸濃度的增大，溶蝕率增加，當(dāng)20%增加到25%時(shí)，氟硼酸溶蝕率相比較增加量較小，因此可以認(rèn)為20%左右的氟硼酸濃度是比較適宜的濃度。同時(shí)可以看出，在泥質(zhì)含量由11.4%提高到13.6%時(shí)，15%的氟硼酸與20%氟硼酸對(duì)比溶蝕率差距由4%降低2%，所以在泥質(zhì)含量越高時(shí)，不同濃度氟硼酸溶蝕率差距越小。

在氟硼酸對(duì)地層砂固砂性能實(shí)驗(yàn)中，將等量地層砂分別加入等量的濃度為15%、20%、25%的氟硼酸中，放置反應(yīng)，48小時(shí)后，濃度為20%膠結(jié)砂樣手感硬度較高，25%的膠結(jié)砂樣次之，15%膠結(jié)砂樣手感強(qiáng)度最弱。

綜合上述實(shí)驗(yàn)我們可以得出結(jié)論：

1、在對(duì)地層礦物溶蝕率方面，15%的氟硼酸要弱于20%，但在泥質(zhì)含量越高的情況下這個(gè)差距會(huì)減小，泥質(zhì)含量達(dá)到13.6%以上時(shí)，兩者溶蝕率差距僅為2%。

2、對(duì)地層砂膠結(jié)程度來(lái)看，20%氟硼酸膠結(jié)強(qiáng)度最大。25%的膠結(jié)強(qiáng)度次之，15%膠結(jié)砂樣強(qiáng)度最弱。

三、氟硼酸防砂實(shí)際應(yīng)用

（一）選井條件

1、油井出砂量主要為細(xì)粉砂或粘土類物質(zhì)。

2、地層溫度一般要求50℃以上。

3、儲(chǔ)層的粘土含量較高，膠結(jié)物主要為泥質(zhì)膠結(jié)。

4、對(duì)注水開(kāi)發(fā)油藏，要求油井含水低于90%，若油井含水太高，大部分粘土礦物被溶解或隨產(chǎn)出液帶出，酸化后難以達(dá)到穩(wěn)定地層的目的。

（二）防砂劑量確定

氟硼酸防砂劑的使用可以增大油層的處理深度，從而獲得更加有效的長(zhǎng)期防砂效果，在實(shí)際應(yīng)用中按照油井處理半徑為1-2m，依據(jù)油井地層孔隙度計(jì)算油井防砂劑用量，計(jì)算公式如下：

Q=KπR2ΦHρ

式中：Q——每米油層需要防砂劑的用量，m3;

R——處理半徑，m; K——注入系數(shù);

Ф——地層平均孔隙度，%;ρ——防砂劑密度，g/cm3

（三）2016-2017年應(yīng)用情況

2016-2017年，根據(jù)其選井條件，對(duì)井溫、出砂情況、泥質(zhì)含量、綜合含水進(jìn)行綜合分析篩選后，興隆臺(tái)采油廠共實(shí)施氟硼酸防砂技術(shù)6井次，至2017年底累計(jì)增油2595.3噸，累計(jì)增氣61.14萬(wàn)方。

六、結(jié)論

（一）氟硼酸防砂，是直接作用于油層的化學(xué)防砂手段，施工簡(jiǎn)單，效果較明顯，在防砂施工的工藝體系中提供了一種新的視角。

（二）氟硼酸針對(duì)地層粘土質(zhì)礦物進(jìn)行反應(yīng)，具有防砂、解堵的雙重功效，防砂的同時(shí)改善地層出液情況，防止了作業(yè)施工造成粘土膨脹、滲透率降低的問(wèn)題。

（三）針對(duì)出砂較重、泥質(zhì)含量較高、在傳統(tǒng)防砂方式的基礎(chǔ)上使用氟硼酸防砂技術(shù)，建立多層擋砂屏障，能取得更好的防砂效果。