纖維復(fù)合防砂技術(shù)在草104區(qū)塊的應(yīng)用

付倩倩.

(中石化勝利油田石油開發(fā)中心有限公司，山東東營 257000)

油井出砂嚴(yán)重影響油田的高效開發(fā)，若不采取防砂措施，油井出砂會愈發(fā)嚴(yán)重，不僅會嚴(yán)重腐蝕地面和井下設(shè)備，造成砂卡，還會砂埋油層、砂堵井筒造成油井停產(chǎn)，甚至?xí)鹁谔斐捎途畧髲U[1-6]。傳統(tǒng)防砂技術(shù)適用于砂粒粒度中值相對較粗、分選性較好的地層，而不適用于砂粒粒徑較小的地層。纖維復(fù)合防砂集機械防砂和化學(xué)防砂的優(yōu)點于一體，不僅能防細(xì)粉砂，在近井地帶形成一個滲流能力較好的人工井壁，提高防砂有效期，還能形成高強度的擋砂屏障，解除近井地帶的污染與堵塞，提高油井產(chǎn)能。

1 草104單元現(xiàn)狀

草104塊位于樂安油田西區(qū)，東營凹陷南斜坡，石村斷層以南的下降盤。Es2和Es3是主要的含油層系。該單元含油面積為3.6 km2，地質(zhì)儲量為856×104t，隨著草104單元的持續(xù)開發(fā)，儲層砂巖體承載砂礫的負(fù)荷逐漸增加，砂礫間的應(yīng)力平衡遭到破壞，使得油井出砂嚴(yán)重。針對草104單元注汽壓力高、液量低、供液差、易出砂的油井，可采用纖維復(fù)合防砂工藝，改變油井近井地帶的滲流能力，提高單井液量[7-13]。

2 纖維復(fù)合防砂技術(shù)

采用非固結(jié)砂來增大充填半徑、降低材料成本，通過高溫纖維化學(xué)覆膜砂建立耐高溫高強度擋砂屏障，并配套使用防砂管和循環(huán)充填來改善防砂效果，具有穩(wěn)產(chǎn)與防細(xì)粉砂的雙重效果[14-20]。該技術(shù)雖然在某些油田取得了較好的防砂效果，但是就草104單元來說還存在早期防砂失效的問題。為了解決此問題，對纖維復(fù)合體的配方進行了優(yōu)化，并對高溫樹脂涂覆砂的性能進行了改進。

2.1 纖維復(fù)合體配方的優(yōu)化

通過研究砂體中有無纖維、纖維的摻入比例、纖維長度、纖維直徑等對砂體穩(wěn)定性的影響，確定纖維復(fù)合體的最優(yōu)配方，提高防砂的有效性。表1為纖維砂體實驗條件。

表1 纖維砂體實驗條件Table 1 Experimental conditions of fiber sand bodies

2.1.1 纖維對砂體穩(wěn)定性的影響

按照實驗號1、2進行實驗，研究有無纖維對砂體穩(wěn)定性的影響。實驗結(jié)果表明：在砂體粒徑相同的情況下，有纖維的砂體的臨界出砂流量是無纖維砂體的17.6倍，有纖維的砂體的臨界出砂壓力是無纖維砂體的31.3倍，如圖1 所示。這說明纖維能高效增加砂體的穩(wěn)定性，所以在砂體中要加入纖維。

2.1.2 纖維摻入比例對砂體穩(wěn)定性的影響

按照實驗號5、6進行實驗，研究纖維摻入比例對砂體穩(wěn)定性的影響。實驗結(jié)果表明：在其他條件相同的情況下，纖維濃度為1.5%的砂體的臨界出砂流量是濃度為1%的1.75倍，纖維濃度為1.5%的砂體的臨界出砂壓力是濃度為1%的2.2倍，如圖2 所示。這說明纖維的濃度對砂體的穩(wěn)定性影響較大，但當(dāng)纖維的濃度大于2%時，纖維之間會出現(xiàn)纏繞與抱團導(dǎo)致纖維分散不均，降低涂層砂的固結(jié)強度。因此確定纖維的濃度為1%～2%。

圖1 有無纖維對砂體穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of fiber on the stability of sand body

圖2 纖維摻入比例對砂體穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of fiber blending ratio on sand body stability

2.1.3 纖維長度對砂體穩(wěn)定性的影響

按照實驗號2、3進行實驗，研究纖維長度對砂體穩(wěn)定性的影響。實驗結(jié)果表明：在其他條件相同的情況下，不論是臨界出砂流量還是臨界出砂壓力，纖維長度為25 mm的是纖維長度為10 mm的2倍左右，如圖3 所示。這說明長纖維對砂體的穩(wěn)定性更好，但是考慮到實際情況，長纖維不易與支撐劑混合均勻，且油田射孔孔徑最大一般不超過15 mm，若纖維長度大于10 mm，泵入地層有難度。因此確定纖維長度為10 mm。

圖3 纖維長度對砂體穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of fiber length on sand body stability

2.1.4 纖維直徑對砂體穩(wěn)定性的影響

按照實驗號3、4、5進行實驗，研究纖維直徑對砂體穩(wěn)定性的影響。實驗結(jié)果表明：在其他條件相同的情況下，纖維直徑對臨界出砂流量的影響很小，但對臨界出砂壓力的影響較大，直徑為15 μm的纖維的臨界出砂壓力明顯優(yōu)于直徑為23 μm和33 μm的纖維的臨界出砂壓力，如圖4所示。這說明直徑為15 μm的纖維對砂體的穩(wěn)定性更好。因此，確定纖維的直徑為15 μm。

圖4 纖維直徑對砂體穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of fiber diameter on sand body stability

2.2 高溫樹脂涂覆砂性能的改進

2.2.1 樹脂加量對涂覆砂強度的影響

按偶聯(lián)劑、增強劑、改性劑、增韌劑、ER樹脂粉末、石英砂之間的質(zhì)量比為0.05∶0.5∶0.5∶1∶3∶100，研究樹脂的加入比例對涂覆砂強度的影響。

由表2可知，當(dāng)樹脂與石英砂的質(zhì)量比超過10%時，涂覆砂的抗壓強度變化幅度很小，且考慮到樹脂價格相對較貴，最終確定樹脂的加量為石英砂質(zhì)量的10%。

表2 樹脂加量對涂覆砂強度的影響Table 2 Effect of resin addition on the strength of coating sand

2.2.2 高溫樹脂加量對涂覆砂強度的影響

高溫樹脂是由常溫樹脂和高溫樹脂按一定的比例混合而成。由于樹脂加量為石英砂質(zhì)量的10%時涂覆砂的強度較高，為了提高樹脂的耐溫性能，在常溫樹脂中加入高溫樹脂，當(dāng)常溫樹脂與高溫樹脂的質(zhì)量比在5∶5或6∶4時，抗壓強度較高為4 MPa(表3)。考慮到高溫樹脂價格較貴，確定常溫樹脂與高溫樹脂的質(zhì)量比為6∶4，即常溫樹脂與石英砂的質(zhì)量比為6∶100，高溫樹脂與石英砂的質(zhì)量比為4∶100。

表3 常溫樹脂與高溫樹脂加入比例對涂覆砂強度的影響Table 3 Effect of the ratio of normal temperature resin to high temperature resin on the strength of coating sand

2.3 高溫樹脂纖維復(fù)合砂體耐溫性能評價

由2.2確定出纖維復(fù)合體的配方為偶聯(lián)劑、增強劑、改性劑、增韌劑、ER樹脂粉末、常溫樹脂、高溫樹脂、石英砂之間的質(zhì)量比為0.05∶0.5∶0.5∶1∶3∶6∶4∶100。分別取溫度為200 ℃、240 ℃、280 ℃、320 ℃、350 ℃，研究高溫涂覆砂和纖維復(fù)合體的耐溫性能，如圖5所示。

圖5 砂體耐溫性能Fig.5 Comparison of temperature resistance of sand bodies

當(dāng)溫度高于240 ℃后，纖維復(fù)合體和高溫樹脂涂覆砂的抗壓強度都不同程度地下降，但高溫樹脂涂覆砂的下降更快，在350 ℃時，高溫樹脂涂覆砂的抗壓強度為4.2 MPa，而纖維復(fù)合體的抗壓強度大于6 MPa，遠(yuǎn)高于高溫樹脂涂覆砂，具有更好的耐溫性能，有利于砂體的穩(wěn)定性。

3 現(xiàn)場實例

針對草104區(qū)塊儲層巖性細(xì)、黏度高，泥質(zhì)、粉細(xì)砂運移易造成近井地帶和防砂層堵塞，多輪次吞吐后期防砂有效期變短的問題，配套采用了篩管+纖維復(fù)合防砂技術(shù)，通過封隔高壓一次充填防砂，用大排量高砂比攜砂液，通過纖維和覆膜砂在地層形成連續(xù)穩(wěn)定的高強度充填砂體，阻止地層砂向井筒運移，同時在井筒配套機械濾砂管，解決出砂問題，釋放油井產(chǎn)能。

在草104區(qū)塊先后實施纖維復(fù)合防砂9井次，不僅改善了地層的滲流條件，而且增加了產(chǎn)能，抑制了油井含水的上升。相比常規(guī)機械防砂(表4)，周期增油5 051.1 t，平均油氣比提高0.38，大大提高了措施增油效果。其中C104-XN64峰值日產(chǎn)油13.3 t，周期平均日產(chǎn)液增加23.8 t，周期平均日產(chǎn)油增加3.5 t；C104-21峰值產(chǎn)油9 t，周期平均日產(chǎn)液增加21.8 t，周期平均日產(chǎn)油增加3 t，增油效果顯著，實現(xiàn)了對失控儲量的有效動用。實施的9口井中，平均含水降低2.3%，其中含水下降最大的井為C104-X28，含水下降33.3%，C104-X35含水下降17.8%，含水下降顯著，有效地抑制了油井出水，實現(xiàn)了控水增油。同時取得了較好的經(jīng)濟效益，產(chǎn)出投入比達(dá)到4.6，實現(xiàn)了該區(qū)塊的效益發(fā)展。

表4 不同防砂方式對比表Table 4 Comparison of different sand control methods

下一步將在草104單元東區(qū)開展有針對性的扶長停工作，其中有8口井已有初步方案，達(dá)到綜合治理草104東區(qū)出砂井的目的，使儲量實現(xiàn)有效動用。

4 結(jié)論

(1)通過實驗研究優(yōu)化出防砂纖維的濃度為1%～2%，纖維長度為10 mm，纖維的直徑為15 μm。

(2)高溫樹脂涂覆砂性能的改進確定出纖維防砂體配方為：偶聯(lián)劑、增強劑、改性劑、增韌劑、ER樹脂粉末、常溫樹脂、高溫樹脂、石英砂之間的質(zhì)量比為0.05∶0.5∶0.5∶1∶3∶6∶4∶100。在350 ℃時，纖維復(fù)合體的抗壓強度優(yōu)于高溫樹脂涂覆砂。

(3)纖維復(fù)合防砂在草104區(qū)塊的應(yīng)用取得了突破，相比常規(guī)機械防砂周期增油5 051.1 t，平均含水降低2.3%，平均油氣比提高0.38，產(chǎn)出投入比達(dá)到4.6，取得非常好的經(jīng)濟效益，在類似稠油區(qū)塊具有很高的推廣價值。