非均質(zhì)砂巖油藏分層化學(xué)防砂技術(shù)

汪廬山 梁偉 王勇 李鵬 趙益忠

中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院

勝利臨盤油田非均質(zhì)油藏井段長(zhǎng)、小層多且薄，平均小層厚度1～3 m，滲透率10～800 mD，滲透率差異大，非均質(zhì)性強(qiáng)，同口井滲透率級(jí)差可達(dá)5～8倍且油水層間互、油水關(guān)系復(fù)雜?；\統(tǒng)化學(xué)防砂難以實(shí)現(xiàn)各小層均勻改造的效果，防砂有效期僅為198 d，并且開井前3個(gè)月產(chǎn)量平均下降70%以上，造成低液井逐漸增多。勝利油田整體化學(xué)防砂平均有效期387 d，如何進(jìn)一步提高防砂成功率及延長(zhǎng)有效期是提高非均質(zhì)疏松砂巖油藏化學(xué)防砂技術(shù)應(yīng)用效果的關(guān)鍵。因此，研發(fā)出了高強(qiáng)高滲耐油控砂劑、低溫高強(qiáng)度AB砂和防蠕動(dòng)選擇性分層化學(xué)防砂工藝管柱，以期實(shí)現(xiàn)各井段均勻化學(xué)防砂，確保每個(gè)開發(fā)小層實(shí)現(xiàn)均勻固結(jié)，延長(zhǎng)多井段井防砂有效期［1-2］，提高化學(xué)防砂技術(shù)對(duì)非均質(zhì)疏松砂巖油藏的適應(yīng)性。

1 高強(qiáng)高滲耐油控砂劑

在環(huán)氧樹脂主鏈接枝親油、親水基團(tuán)合成了耐油控砂劑主劑［3-5］，并添加了固化劑等助劑，形成了耐油控砂劑基本配方：細(xì)粉石英砂、活性固砂劑、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、改性胺類固化劑、軟化劑質(zhì)量比為 100∶10∶8∶10∶15。

1.1 原油含量對(duì)控砂劑固結(jié)效果影響

將石英砂(0.4～0.8 mm)與含油污水混合后，加入控砂劑體系，固結(jié)后測(cè)定了固結(jié)體抗壓強(qiáng)度，考察了原油對(duì)固結(jié)強(qiáng)度影響，如圖1所示。ST-1為不飽和樹脂、XD-3為呋喃樹脂、LVA-1為改性環(huán)氧樹脂。

圖1 原油含量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of crude oil content on compressive strength

從圖1可知，隨地層砂表面原油含量增加，原油阻礙了控砂劑在砂粒表面吸附，導(dǎo)致固結(jié)體抗壓強(qiáng)度顯著降低。原油含量超過(guò)10%，ST-1、XD-3控砂劑抗壓強(qiáng)度4 MPa以下，耐油控砂劑LVA-1受原油含量影響很小，固結(jié)強(qiáng)度6.2 MPa，且滲透率保留率92.5%、黏度小于5 mPa·s。見表1。

表1 控砂劑固結(jié)性能評(píng)價(jià)結(jié)果Table 1 Evaluation results on consolidation performance of sand control agent

1.2 井底溫度對(duì)耐油控砂劑固化強(qiáng)度的影響

溫度對(duì)環(huán)氧樹脂的固化有很大影響。溫度不同，固化后樹脂性質(zhì)也不同。為此，對(duì)不同地層溫度下樹脂固化強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定，標(biāo)定固化時(shí)間為48 h，該控砂劑最佳適應(yīng)溫度45～150 ℃之間，如圖2所示。

圖2 固結(jié)溫度對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of consolidation temperature on compressive strength

2 低溫高強(qiáng)度AB砂

將砂分為A、B兩組，分別采用液態(tài)環(huán)氧樹脂以及液態(tài)固化劑涂覆，再用水溶性高分子材料作分散劑、成膜劑，使其成為表觀固態(tài)的涂覆砂［6］，解決了常規(guī)覆膜砂在低溫井固結(jié)強(qiáng)度低的問題(見圖3)。

圖3 低溫高強(qiáng)度AB砂結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic structure of low-temperature and high-strength AB sand

室內(nèi)評(píng)價(jià)或現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，A砂和B砂現(xiàn)配現(xiàn)用，配好后按質(zhì)量比1∶1將A砂、B砂混合均勻即可。表2是AB砂低溫固結(jié)強(qiáng)度，井溫40 ℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度可達(dá)6.99 MPa。

表2 低溫高強(qiáng)度AB砂低溫固結(jié)強(qiáng)度Table 2 Low-temperature consolidation strength of lowtemperature and high-strength AB sand

3 防蠕動(dòng)可選擇分層化學(xué)防砂管柱

非均質(zhì)油藏分層化學(xué)防砂注入工藝有2種，一種是逐層上返工藝，另一種是由水力錨、分層封隔器及噴砂器組成［7］，但現(xiàn)場(chǎng)施工中易出現(xiàn)水力錨解卡難導(dǎo)致大修、各層噴砂器不能按設(shè)計(jì)次序順利打開、大排量井筒洗井難、起管柱時(shí)起一根噴一根不利于作業(yè)與環(huán)境保護(hù)等問題。因此，對(duì)錨定機(jī)構(gòu)、噴砂器、大排量反洗井及安全起出等進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了防蠕動(dòng)差異化分層化學(xué)防砂注入管柱。

化學(xué)防砂分層注入管柱如圖4所示。主要由旋轉(zhuǎn)泄油器、防蠕動(dòng)封隔器、層間分層封隔器、各級(jí)噴砂器及沉砂單流閥等工具組成。管柱特點(diǎn)是以防蠕動(dòng)封隔器代替卡瓦實(shí)現(xiàn)分層封隔、充填工具與封隔器一體化、全井大排量反洗井。

施工時(shí)由下至上投球依次完成各小層防砂施工。同時(shí)可根據(jù)層間差異，一趟管柱可完成擠注固砂劑、石英砂或覆膜砂施工要求。目前已形成2種規(guī)格的分層化學(xué)防砂注入管柱，可滿足套管外徑177.8 mm、139.7 mm的油井分3～4層化學(xué)防砂施工，施工最大排量2～3 m3/min。

圖4 防蠕動(dòng)差異化分層化學(xué)防砂管柱Fig.4 Anticreep differential separate-layer chemical sand control string

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

截至2018年底，已在勝利油田孤島、臨盤等采油廠應(yīng)用49井次，施工后油井單井日產(chǎn)液量由17.1 t升至21 t，日產(chǎn)油量由2.2 t升至3.4 t，防砂有效期平均達(dá)720 d。

4.1 實(shí)例1

臨盤P2-X514井位于盤2沙三下區(qū)塊，為高泥質(zhì)、細(xì)粉砂、常規(guī)稠油油藏。該井共13個(gè)小層，跨度大(87 m)、非均質(zhì)性強(qiáng)(最大滲透率級(jí)差16倍)，先期籠統(tǒng)防砂后日產(chǎn)油2.5 t，日產(chǎn)液20.2 t，地層出砂嚴(yán)重，無(wú)法滿足日常生產(chǎn)需求。為繼續(xù)有效開采，決定采用分層化學(xué)防砂技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各層均勻固結(jié)防砂，滿足提液開發(fā)需求。P2-X514井分層分段情況及施工參數(shù)見表3。

表3 P2-X514井基本情況和施工參數(shù)Table 3 Basic situation and construction parameters of Well P2-X514

該井于2015年11月進(jìn)行分層固砂劑防砂施工，施工時(shí)用光油管尾帶防蠕動(dòng)可選擇分三層化學(xué)防砂管柱下入目的層，坐封封隔器，打開下段充填通道，正擠高強(qiáng)高滲耐油控砂劑8 t，排量0.6 m3/min，關(guān)井?dāng)U散壓力，待壓力擴(kuò)散完后從井口投小鋼球，打開中段充填通道，正擠高強(qiáng)高滲耐油控砂劑10 t，排量0.8 m3/min，關(guān)井?dāng)U散壓力，待壓力擴(kuò)散完后從井口投大一級(jí)鋼球，打開上段充填通道，正擠高強(qiáng)高滲耐油控砂劑8 t，排量1.0 m3/min，關(guān)井?dāng)U散壓力，待壓力擴(kuò)散完成后起出防砂管柱，施工結(jié)束。該井投產(chǎn)初期日產(chǎn)液32.4 t，日產(chǎn)油12.5 t，目前有效生產(chǎn)時(shí)間1 224.6 d，平均日產(chǎn)液26.7 t，日產(chǎn)油5.9 t，井口化驗(yàn)含砂量小于0.01%，而同區(qū)塊其他生產(chǎn)井平均日產(chǎn)液15.0 t，平均日產(chǎn)油2.6 t，生產(chǎn)效果有顯著改善。

4.2 實(shí)例2

孤島油田中一區(qū)館3-6單元屬于二類注聚單元，經(jīng)過(guò)7年聚合物驅(qū)開發(fā)，于2010年7月轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū)開發(fā)。該單元水井出砂、出聚嚴(yán)重，部分井砂堵原井管柱數(shù)十米，儲(chǔ)層縱、橫向非均質(zhì)性嚴(yán)重，轉(zhuǎn)水驅(qū)后隨著流動(dòng)系數(shù)上升，阻力系數(shù)降低，采用多級(jí)段光油管注水方式在轉(zhuǎn)水驅(qū)開發(fā)后加劇層間矛盾的激化，注入水沿高滲帶突破形成指進(jìn)，導(dǎo)致油井含水快速上升，產(chǎn)量遞減幅度加大。針對(duì)該區(qū)塊層多、層段長(zhǎng)特點(diǎn)，應(yīng)用了防蠕動(dòng)可選擇分層化學(xué)防砂管柱+高強(qiáng)高滲耐油控砂劑、防蠕動(dòng)可選擇分層化學(xué)防砂管柱+低溫高強(qiáng)度AB砂等分層防砂工藝，截至目前，在該區(qū)塊完成10口水井施工，投產(chǎn)后層段合格率由35.1%提高到94.1%，井口化驗(yàn)含砂量小于0.01%，得到了理想的防砂配注效果，對(duì)孤島中一區(qū)注聚區(qū)提液起到了至關(guān)重要的作用。

注意事項(xiàng)：應(yīng)用高強(qiáng)高滲耐油控砂劑要求隔層厚度大于2 m；應(yīng)用低溫高強(qiáng)度AB砂要求隔層厚度大于10 m。

5 結(jié)論

(1)研發(fā)了適應(yīng)45～150 ℃高強(qiáng)高滲耐油控砂劑體系，原油含量10%時(shí)固結(jié)強(qiáng)度6.2 MPa，滲透率保留率92.5%，黏度小于5 mPa·s，對(duì)儲(chǔ)層滲流能力傷害小。

(2)研制的低溫高強(qiáng)度AB砂40 ℃時(shí)固結(jié)強(qiáng)度可達(dá)7 MPa，解決了勝利油田開發(fā)后期井底溫度低、常規(guī)覆膜砂固結(jié)強(qiáng)度小、不能滿足防砂生產(chǎn)需要的問題。

(3)設(shè)計(jì)的分層化學(xué)防砂管柱具有防蠕動(dòng)、可大排量反洗井、一趟管柱可選擇性注入控砂劑或覆膜砂的特點(diǎn)，解決了非均質(zhì)油藏籠統(tǒng)化學(xué)防砂有效期短，常規(guī)分層化學(xué)防砂管柱工序多、可靠性差難題。