勝利油田特高含水期化學防砂技術進展*

王增林，李 鵬，魏 芳，王 勇，梁 偉

（1.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司，山東東營 257001；2.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營 257000）

0 前言

化學防砂技術以其防砂后井內(nèi)無機械管柱、易于后續(xù)施工與處理等優(yōu)勢，在粉細砂巖、側鉆井、套損套變井及水井中的應用效果明顯，是勝利油田主導防砂工藝技術之一。勝利油田廣泛應用的傳統(tǒng)化學防砂技術包括酚醛樹脂覆膜砂技術［1-2］、HY 固砂劑技術［3］和陽離子聚合物抑砂劑技術［4-6］。隨著勝利油田進入特高含水期，油水井注采強度增大，出現(xiàn)了一系列新的開采矛盾，對防砂提出了新的要求。（1）針對高含水帶來的一系列問題，急需延緩含水上升速率，降低油井含水，要求防砂材料具備控水堵水功能，在防砂的同時有效降低含水；（2）油田進入高含水時期，需要提高油井產(chǎn)液量來達到合理的經(jīng)濟效益，但對于高泥質粉細砂油藏，傳統(tǒng)的機械類濾砂管極易堵塞，造成提液困難，需要研發(fā)新型高滲透、低吸附的濾砂管以滿足提液要求；（3）由于高強度注水，油層溫度普遍降低，降低了化學防砂的膠結強度，需要開發(fā)低溫固結的化學防砂材料；（4）高開采強度對擋砂層的沖蝕作用增強，使得化學防砂有效期進一步降低，需要通過改進化學防砂工藝，進一步提高擋砂層強度，延長化學防砂有效期。

針對高含水帶來的防砂需求，勝利油田在防砂控水一體化技術、高滲濾砂管提液技術、低溫固砂技術以及分層化學防砂工藝方面有了一系列進展。本文對勝利油田特高含水期化學防砂技術現(xiàn)狀進行了總結，為特高含水期油田油水井、套變井、小井眼井長壽命化學防砂和注水開發(fā)提供借鑒。

1 化學防砂控水一體化技術

勝利油田研發(fā)了將防砂與控水堵水功能相結合的防砂材料，在近井地帶充填后，達到防砂與控水的雙重目的，在防砂的同時延緩含水上升速率，降低油井含水。國內(nèi)仁創(chuàng)科技集團在石英砂表面涂覆超疏水性材料制備了FSS 型控水砂，其在近井地帶形成疏水親油滲透帶，利用控水砂表面具有提高水表面張力的作用，增加了水相滲流阻力，防砂的同時可起到控水作用。經(jīng)勝利油田工程技術研究院測試，在相同驅替壓力下，原油滲流能力為水的3倍。此項技術在勝利油田東辛采油廠試驗3口井，用量35 t，日增油3.2 t，有效期230 d。勝利油田工程技術研究院將超疏水的氟硅樹脂涂覆在石英砂表面得到復合控水砂［7］，靜態(tài)接觸角達到158o；80 ℃下，巖心流動驅替油水阻力比值為5.3，耐溫達120 ℃，在勝利油田高含水區(qū)塊進行防砂4 井次，4口井初期平均降水16.55%。曲占慶等［8］以水介質分散性聚丙烯酰胺乳液為交聯(lián)主劑、水溶性酚醛樹脂為交聯(lián)劑、樹脂涂覆砂為防砂劑，按比例混合形成控水防砂體系。其作用機理為聚丙烯酰胺和酚醛樹脂經(jīng)交聯(lián)反應形成凍膠控水，樹脂涂敷砂控制油田出砂。將優(yōu)選的控水防砂體系（0.5%聚丙烯酰胺+0.8%酚醛樹脂）在孤島油田GD2-25N58 井進行了控水防砂作業(yè)，措施前日產(chǎn)液量15 t、日產(chǎn)油量0.3 t，措施后開井，日產(chǎn)液量60 t、日產(chǎn)油量3.06 t，含水率降為94%，增油降水效果較好。張國榮等［9］提出了防砂與堵水一體化新工藝，研發(fā)了FD-1、FD-2防砂堵水劑。FD-1采用硅鋁酸鹽作為膠結劑，以氟硅酸銀、金屬氧化物為主固化劑，使用油層溫度50～120 ℃，固結強度大于3 MPa，堵水率大于95%，并且具有較好的堵水選擇性。FD-2以改性不飽和樹脂為主要膠結劑，固結強度可達5～10 MPa，堵水率大于80%，堵油率小于10%，使用溫度為30～100 ℃。該工藝在孤東堵水試驗25井次，防砂有效率達到91.7%，單井防砂有效期162 d，堵水有效率76%，含水率下降2.2%，可見防砂堵水一體化工藝切實可行，取得了初步成效。李常友等［10］研發(fā)的MS 分子膜穩(wěn)定劑體系具有較強的穩(wěn)砂抑砂能力，并且具有阻水不阻油的功能，可在防砂同時有效降低含水。

2 高滲濾砂管提液技術

油田進入高含水時期，需要提高油井開采強度、提升產(chǎn)液量來達到合理的經(jīng)濟效益，但對于高泥質粉細砂油藏，傳統(tǒng)的機械類濾砂管極易堵塞，造成提液困難，因此應用了樹脂濾砂管解決油井提液難題。樹脂濾砂管將酚醛樹脂涂敷于石英砂表面，在打孔基管外部固結而成。樹脂濾砂管因其對泥質的低吸附以及良好的連通能力［11-12］，可有效滿足老油田注聚合物區(qū)及后續(xù)水驅穩(wěn)產(chǎn)需要，解決高含水時期出砂加劇、提液困難的現(xiàn)狀，在孤東、孤島以及樁西采油廠得到了廣泛應用。楊冰川等［13］在對比分析礦場樹脂濾砂管與其他防砂應用效果的基礎上，研制了一種具有較高強度和滲透率的高滲樹脂濾砂管。相對于一般樹脂濾砂管，高滲樹脂濾砂管外層濾砂器為樹脂石英復合材料，由石英砂和氰酸酯按質量比20∶1 混合，在155 ℃下壓膜成型，孔隙度為37%，滲透率為11 μm2。該濾砂管改善了前期酚醛樹脂濾砂管強度低、耐沖蝕性差的問題，滿足了孤東出砂井在高含水時期的提液要求。該技術在孤島、孤東、樁西等采油廠開展了41 井次現(xiàn)場推廣應用。單井平均日增液17.5 m3、日增油1.5 t，累計增油7600 t，平均防砂有效期170 d，且繼續(xù)有效，效果顯著。

3 低溫固砂技術

由于高強度注水，油層溫度普遍下降，降低了化學防砂的膠結強度。針對目前常用的覆膜砂在低溫（低于50 ℃）或水環(huán)境中不發(fā)生固結反應的問題，范明福［14］研制出以改性環(huán)氧樹脂為膠結劑、新型水溶性胺類為固化劑的低溫固結體系，25 ℃以上即可發(fā)生固結，40 ℃或以上時固結體的抗壓強度可達4.88 MPa。曲堤油田曲9-107 井（油層溫度為40 ℃）按照上述低溫油井人工井壁防砂處理，共計擠入23 t 改性環(huán)氧樹脂低溫覆膜砂，措施處理后油井出油不出砂，防砂成功，有效期達24個月，明顯優(yōu)于酚醛樹脂覆膜砂固結體系的8個月。張國榮等［15］制備的適用于低溫油層防砂的FSJ-Ⅳ涂敷砂在45 ℃下的固結強度為6.2 MPa。FSJ-Ⅳ在孤東、孤島21 口井進行了現(xiàn)場應用，最低井的溫度為45.2 ℃，有效期達到了308 d，在低溫油井中取得了較好的效果。針對防砂劑在低溫井防砂效果不理想的問題，黃齊茂等［16］研制的環(huán)氧樹脂防砂劑在低溫下具有較高的固結強度，60 ℃下的抗壓強度為8.5～16.8 MPa，滲透性好（≥14.1 μm2）。勝利油田工程技術研究院于2015 年研發(fā)的低黏活性固砂劑為環(huán)氧樹脂改性固砂劑［17］，適用于45～150 ℃地層，強度不受油膜水膜影響。原油加量為20%時，低黏活性固砂劑的強度為7 MPa，滲透率可達14.15 μm2，滲透率保留率大于92%；具有低溫固結，黏度低（小于5 mPa·s），不粘附井壁、管柱，避免了卡固管柱等安全事故。截至目前，在臨盤、孤島、孤東、濱南等現(xiàn)場應用49井次，其中油井應用24井次，水井應用25井次，取得了較好的效果。宋金波等［18］研發(fā)的KSJ-1成膜型控砂劑在室溫下即可發(fā)揮抑砂作用?？厣霸頌楹絮０坊?、氨基和正電荷的控砂劑與帶負電荷和羥基的砂粒通過靜電作用吸附，形成穩(wěn)定均勻多孔的分子膜，將地層粉細砂或黏土顆粒原位固定?？厣皠┠蜎_刷排量達6000 mL/h，遠高于常用抑砂劑（900 mL/h），控砂作用顯著?，F(xiàn)場應用5 口油井，防砂成功率達100%，截至2018 年5月，5口井累計增油6200 t。宋金波等［19］研發(fā)的磷酸酯改性呋喃樹脂固砂劑在40～80 ℃放置48 h 后均可以固砂，固砂強度最大可達4.7 MPa，滲透率均大于4 μm2。隨著固砂溫度升高，固砂強度逐漸增加，60～80 ℃下的固砂強度均大于4 MPa。

4 分層注入技術

勝利油田進入高含水時期，隨著注水強度及開采強度不斷提高，對擋砂層的沖蝕作用增大，使得化學防砂有效期進一步降低。勝利油田化學防砂有效期為520 d，低于壓裂防砂、擠壓充填防砂等機械防砂工藝（988 d）。為了提升擋砂層強度，除了研發(fā)新型可低溫固結固砂劑，勝利油田還采用分層注入固砂劑的工藝方式替代籠統(tǒng)注入。分層注入固砂劑工藝減小了儲層物性不均勻帶來的層間進液不均勻，保證各小層均勻吸收固砂劑，從而提高擋砂層的固結強度，延長化學防砂有效期。2015年以前，分層化學注入化學劑多采用沙埋施工層、逐層上返的施工方式。此種工藝操作簡單，但過程繁瑣，耗時耗力。勝利油田石油工程技術研究院研發(fā)了分層化學防砂工藝管柱，實現(xiàn)了不動管柱分層化學防砂施工［20］。分層化學防砂注入管柱優(yōu)點如下：井下作業(yè)時下入一次性下入管柱即可實現(xiàn)非均質多層井2～4分層不同參數(shù)的化學防砂注入；可滿足施工排量3.0 m3/min、施工壓力25 MPa的施工需要；可隨時、及時反洗井。該技術在勝利油田得到廣泛應用，分3層化學防砂技術應用13井次，分2層化學防砂技術應用46 井次，施工安全可靠，無卡固現(xiàn)象出現(xiàn)，充分說明分層化學防砂注入管柱的可靠性，為分層化學防砂技術在勝利油田推廣應用奠定了基礎，已經(jīng)逐漸替代砂埋油層的傳統(tǒng)做法。

5 建議

針對勝利油田特高含水油田開發(fā)特征及目前化學防砂工藝、管柱及材料面臨的問題，勝利油田在防砂控水一體化技術、高滲濾砂管提液技術、低溫固砂技術及分層化學防砂工藝方面有了一系列進展，但仍需開展以下幾方面研究工作：（1）攻關控水固結砂、防膨穩(wěn)砂劑、穩(wěn)砂攜砂液等功能性防砂新材料，實現(xiàn)高含水、細粉砂、高泥質油藏化學防砂高效開發(fā)。（2）研制耐沖蝕覆膜砂、固砂劑、控水砂等化學防砂體系，延長防砂、控水有效期，提高特高含水油田化學防砂開發(fā)效益。（3）完善推廣分層化學防砂工藝，滿足非均質油藏層間差異化防砂開發(fā)要求。