覆膜砂防砂快速固化技術(shù)優(yōu)化研究與應(yīng)用

李常友

(中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東 東營 257000)

我國疏松砂巖油藏分布范圍較廣、儲量大，產(chǎn)量占有重要的地位。為了防止油井出砂，根據(jù)油層和開采工藝要求，采用相應(yīng)防砂技術(shù)來確保油井正常生產(chǎn)[1-2]。對于細(xì)粉砂巖油層而言，化學(xué)防砂技術(shù)尤為有效，且施工簡單、成本低，特別適用于低油價下的油水井開發(fā)[3-10]。覆膜砂防砂技術(shù)是主要的化學(xué)防砂技術(shù)之一，將可固結(jié)的樹脂預(yù)包在石英砂表面，使其干燥，形成互不粘連的樹脂預(yù)包砂，用攜砂液將其攜帶注入出砂油層，在地層溫度及壓力下固結(jié)形成具有一定強(qiáng)度和滲透性的人工井壁，從而達(dá)到防止油層出砂的目的[11-15]。該技術(shù)為勝利油田疏松砂巖油藏化學(xué)防砂的主導(dǎo)技術(shù)之一，得到了大面積的推廣應(yīng)用，孤島采油廠年實(shí)施300井次以上，臨盤采油廠也在200井次以上。隨著油田進(jìn)入特高含水期，該工藝暴露出了反應(yīng)速度慢，固結(jié)強(qiáng)度低，候凝時間長(72 h)等問題，作業(yè)成本高，勞動強(qiáng)度大。為此，進(jìn)行快速固化及強(qiáng)度增強(qiáng)技術(shù)優(yōu)化研究，對覆膜砂防砂技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善，縮短防砂作業(yè)占井時間，提高固結(jié)強(qiáng)度，延長覆膜砂防砂技術(shù)的現(xiàn)場使用有效期。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

主要儀器：

LDY-1巖心流動實(shí)驗(yàn)裝置、KYS-2000電動抗折儀、電熱恒溫水浴鍋、真空泵、電子天平。

實(shí)驗(yàn)材料：

樹脂軟化劑：烴類、酮類、醇類等有機(jī)溶劑；

固化劑：有機(jī)胺、醛類、有機(jī)硅、無機(jī)鹽、復(fù)合酸；

調(diào)節(jié)劑：羧酸類、磺酸類、胺類、醛類、有機(jī)硅類、無機(jī)鹽類；

試劑：無水乙醇、分析純煤油、氫氧化鈉、鹽酸等；

污水取自孤島采油廠污水，自來水為明化鎮(zhèn)清水；

玻璃管：φ25 mm×300 mm。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 固結(jié)體的制備

將覆膜砂與適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)劑溶液混合攪拌均勻后，裝入φ25 mm×300 mm的玻璃管中，下端用橡膠塞壓實(shí)封堵，置于恒溫水浴鍋中，一定溫度下恒溫固結(jié)一定時間，完全固結(jié)后取出，輕輕敲碎玻璃管，取出固結(jié)體，待晾干后將其兩端磨平，備用。

1.2.2 抗折強(qiáng)度的測試方法

按照SY/T5276-2000《化學(xué)防砂人工巖心抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及氣體滲透率的測定》標(biāo)準(zhǔn)，用電動抗折儀測定。

1.2.3 滲透率的測試方法

將干燥的固結(jié)體抽真空，飽和，置于巖心夾持器，在一定的流量下開展巖心實(shí)驗(yàn)，測滲透率至數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

1.2.4 耐介質(zhì)性能測試方法

將固結(jié)體分別放入煤油、污水、5%鹽酸、5%氫氧化鈉溶液中，密封后，分別在室溫、60℃的水浴中恒溫7 d，測定其前后抗折強(qiáng)度及滲透率。

2 結(jié)果與討論

2.1 軟化劑、固化劑、調(diào)節(jié)劑的確定

在室內(nèi)通過實(shí)驗(yàn)選擇軟化劑為醇類，加量為5%左右；固化劑為有機(jī)胺類，加量為5%左右；調(diào)節(jié)劑為有機(jī)酸與無機(jī)酸的復(fù)配產(chǎn)品，加量為5%～10%。

2.2 快速固化增強(qiáng)劑的配方優(yōu)化

2.2.1 主體配方的優(yōu)化

利用正交實(shí)驗(yàn)，對快速固化增強(qiáng)劑的配方進(jìn)行了優(yōu)化，通過測定不同配方下的抗折強(qiáng)度及滲透率，確定快速固化增強(qiáng)劑的配方(見表1、表2)。

表1 快速固化主體配方優(yōu)化配比表

表2 正交實(shí)驗(yàn)影響因素分析表

通過正交實(shí)驗(yàn)表1，表2可以看出，在抗折強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)中，固化劑的濃度是影響的主要因素，其次是軟化劑，影響最小的是調(diào)節(jié)劑；從滲透率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，調(diào)節(jié)劑是影響滲透率的主要因素，軟化劑、固化劑基本相當(dāng)?？紤]固化強(qiáng)度大于3 MPa，滲透率不低于30 μm2，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從經(jīng)濟(jì)性考慮，確定快速固化增強(qiáng)劑的主體配方為：軟化劑3%，固化劑5%，調(diào)節(jié)劑5%。

2.2.2 緩蝕劑的篩選

快速固化增強(qiáng)劑具有酸性，對管柱、設(shè)備有腐蝕作用，而緩蝕劑對儲層又會產(chǎn)生傷害，為此對現(xiàn)場應(yīng)用效果較好，且對儲層傷害小的酮醛胺縮合物類緩蝕劑的用量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)優(yōu)選(見表3)。

表3 緩蝕劑的篩選實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，60℃時緩蝕劑的投加濃度為0.3%即可達(dá)到行業(yè)一級標(biāo)準(zhǔn)(不高于2 g/(h·m2))；90℃度時緩蝕劑的投加濃度為0.5%時即可達(dá)到行業(yè)一級標(biāo)準(zhǔn)(不高于4 g/(h·m2))?，F(xiàn)場實(shí)施根據(jù)具體井的油層溫度選擇應(yīng)用。

2.3 快速固化增強(qiáng)劑性能與影響因素

2.3.1 溫度對固結(jié)強(qiáng)度的影響

室內(nèi)分析了從40℃至90℃不同溫度下快速固化增強(qiáng)劑對固結(jié)強(qiáng)度的影響，并與未加快速固化增強(qiáng)劑的固結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行了對比，見表4。

從表4中可以看出自60℃開始，加入快速固化增強(qiáng)劑后24 h固結(jié)強(qiáng)度均在3.5 MPa以上，且隨著溫度的升高強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。

2.3.2 固化時間對固化強(qiáng)度的影響

將覆膜砂與快速固化增強(qiáng)劑充分混合攪拌均勻，裝入玻璃管中，放在60℃恒溫水浴中，測定不同固結(jié)時間下的抗折強(qiáng)度，并與未加快速固化增強(qiáng)劑的進(jìn)行比較，見表5。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出60℃下固化24 h固結(jié)強(qiáng)度達(dá)到3.89 MPa，未加固化劑的72 h固結(jié)強(qiáng)度為3.15 MPa，可見快速固化增強(qiáng)劑提高了固結(jié)反應(yīng)速度，縮短了固結(jié)時間。

表5 固化時間對固結(jié)強(qiáng)度的影響

2.3.3 固結(jié)體耐介質(zhì)性能評價

將覆膜砂與快速固化增強(qiáng)劑充分?jǐn)嚢杈鶆?，裝入玻璃管中，放在60℃的恒溫水浴中固結(jié)24 h，取出晾干，兩端磨平后，在常溫、60℃下浸入到不同的介質(zhì)中，在密閉條件下放置10 d，20 d，30 d取出，測其抗折強(qiáng)度，見表6。

從表6中可以看出污水、油類、酸對固結(jié)強(qiáng)度沒有影響，堿性條件下會破壞覆膜砂的固結(jié)，因此現(xiàn)場實(shí)施時應(yīng)避免與堿結(jié)合。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)及應(yīng)用情況

在勝利油田臨盤、孤島、孤東等采油廠疏松砂巖油藏16口井上進(jìn)行了覆膜砂防砂試驗(yàn)應(yīng)用。表7列出了部分井的現(xiàn)場實(shí)施效果統(tǒng)計，表明防砂后較防砂前均有不同程度的增產(chǎn)。16口井現(xiàn)場施工均繼續(xù)有效，最長有效期465 d，試驗(yàn)均獲得一次性成功，30 d成功率100%，90 d有效率100%，平均單井施工費(fèi)用10.3萬元，降本增效效果顯著。

表6 不同介質(zhì)不同溫度對固結(jié)強(qiáng)度的影響

表7 部分井防砂效果統(tǒng)計表

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1)研發(fā)的覆膜砂快速固化增強(qiáng)劑，解決了原來反應(yīng)速度慢，固結(jié)強(qiáng)度低，侯凝時間長(72 h)的問題，在60℃下，固結(jié)24 h，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)3.5 MPa以上，滲透率大于30 μm2，對儲層具有較好的適應(yīng)性，對酸、油及污水的耐受性較好，不耐堿，現(xiàn)場實(shí)施應(yīng)注意。

(2)現(xiàn)場應(yīng)用表明，快速固砂技術(shù)適合勝利油田疏松砂巖油藏防砂施工，實(shí)施后在維持原井生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，提液23.0%左右，油量從2.2 t/d提高到3.4 t/d。

(3)單井實(shí)施材料費(fèi)用在10萬元左右，較其他防砂措施低20%以上，為低油價下油田的效益開發(fā)提供了技術(shù)支撐。