单家寺油田纤维复合防砂技术的矿场应用

吕玉群,肖玉英,顾兆军,刘先勇,齐 宁,孙洪卫

(1.中国石化胜利油田分公司滨南采油厂,山东滨州256600;2.中国石油大学(华东))

单家寺油田纤维复合防砂技术的矿场应用

吕玉群1,肖玉英1,顾兆军1,刘先勇1,齐 宁2,孙洪卫1

(1.中国石化胜利油田分公司滨南采油厂,山东滨州256600;2.中国石油大学(华东))

目前单家寺油田防砂技术主要以复合防砂为主,针对井内下入机械管柱对后期延续措施带来一定的施工困难、机械管柱难以实现分层注汽及调剖等工艺等问题,创新应用了纤维复合体防砂技术。该技术是在地层内实现特制纤维与充填砂的复配混合形成复合体,实现对地层砂的束缚,形成较为牢固的防砂过滤体,达到了井内无机械管柱利于后期作业的目的。就纤维复合体的选择、纤维表面处理、纤维性能、纤维复合体性能评价等做了部分室内研究,并对单家寺油田蒸汽吞吐井进行了纤维复合防砂技术的矿场应用。应用效果表明,该纤维复合体能够达机械防砂管柱防砂的效果,并为后期措施作业提供了良好的井筒条件。

纤维复合体;防砂;单家寺油田;应用效果

1 问题的提出

目前单家寺油田地层亏空大,地层骨架遭到破坏,传统的防砂技术以及单一的管内砾石充填防砂技术[1-2]不能有效地抑制和阻挡地层砂运移,流体携砂冲刷充填层和绕丝管,使其破坏而导致防砂失效。绕丝管防砂对于油井初期防砂效果好,有效期长,但机械防砂由于井筒留有防砂管,给其它措施(分层注汽、调剖等工艺)的实施带来一定的难度,并且防砂失效后大修工作量大。高温涂料砂防砂虽然成功率较高,但有效期短(有效期最长的仅两个周期)。目前常用的砾石充填防砂、压裂充填防砂[3]等工艺,必须与砾石充填筛管配合使用才能达到较好的防砂效果[4]。纤维-树脂砂混合物充填防砂技术的研究与应用能够将井眼内所有射开的孔眼屏蔽住,形成类似筛管的挡砂屏障,起到与防砂筛管防砂的同样作用,并能有效地防细粉砂。

2 纤维复合防砂技术

2.1 防砂机理

(1)硬纤维挡砂机理:特制的硬纤维一般为弯曲、卷曲、螺旋型,互相勾结形成稳定的三维网状结构,将砂粒束缚于其中,形成较为牢固的过滤体,达到类似充填筛管同样的效果。

(2)软纤维稳砂机理:带有支链、具有正电性的软纤维,带正电支链吸附细粉砂,使之成为细粉砂的结合体,使细粉砂的临界流速增大。

2.2 纤维选择

防砂用纤维应选择抗温、抗盐、抗酸碱液腐蚀能力较强,且密度与地层密度相近的材料制成。在防砂时由于密度相近,纤维易与储层砂粒相混合,从而充当可靠的充填材料。根据地层砂粒的密度来考虑纤维材质的选择,再根据成本择优选择。我们对现有不同材质的纤维密度进行实验测定并对其作出了筛选(见表1)。

表1 各种纤维的密度

在防砂时应选用与储层砂粒相一致的充填材料,从而根据地层砂粒的密度来考虑纤维材质的选择。从密度因素来考虑纤维的材质,我们选用 G纤维。因此研制防砂用的特殊纤维为 G纤维范畴,将形成纤维的网络形成体、以及助溶剂粉体均化,并与增强剂按一定比例混合均匀,将混合料熔化后,进行酸处理、均化处理,通过不同技术(如拉丝、吹丝、离心等)制成直径为5～40μm的细丝,再用处理剂对纤维进行表面处理,最后纤维进行切短,制成成品。经过上述步骤,得到滨南防砂用的特质纤维——SC纤维。我们共合成防砂纤维小样三个,分别为:SC-10、SC-20、SC-30。

2.3 纤维表面处理技术[5]

G纤维的外表呈光滑的圆柱状,由于 G纤维外表的光滑影响了与一些粘接剂的复合效果,因此,必须对纤维的表面进行处理,增加其与树脂的亲合能力,保证纤维复合体的强度。

选择 GR-100作为纤维表面处理剂,由于它的同一分子中的不同部分分别与树脂和纤维表面形成化学键桥接,从而改善了树脂和纤维之间的粘结。纤维表面处理剂与树脂之间形成界面桥接,改善了基质树脂向纤维的应力传递。

当GR-100纤维表面处理剂附着量较少时,GR-100附着量的增加可明显提高湿态的弯曲强度,当超过一定量后,附着量的增加对提高湿态的弯曲强度的效果不明显。最终确定 GR-100表面处理剂含量在0.15%(见图1)。

图1 弯曲强度与 GR-100附着量曲线

2.4 纤维性能评价

防砂用特制纤维[6-8]由于其特殊的用途,要求其具有良好的化学稳定性。SC纤维的化学稳定性是指抵抗酸、碱、温度及地层水等介质的侵蚀能力。室内试验研究方法是以纤维在受介质侵蚀前后的质量损失来评价其化学稳定性的。由表2中的实验数据可以看出,样品被酸碱高矿化度水侵蚀前后几乎没有质量损失,所研制的纤维抗酸、碱、高矿化水腐蚀能力较强。

经过纤维抗酸、抗碱、抗盐性能的重复试验,研究表明纤维在5%的酸液、p H值为9的碱液和矿化度为0.2%的盐水中,性能基本保持稳定;在小于250℃的环境下,纤维的断裂强度随温度的升高而升高。由此可以证明,该特种纤维具有良好的化学稳定性,并可以适用于较为恶劣的油藏条件,基本满足了防砂用纤维的要求。

表2 纤维抗酸、碱及地层水腐蚀能力实验结果

2.5 纤维复合体的性能分析

在滨南涂层砂中加入1%的纤维,搅拌使其分散均匀,在60℃水浴中固化,测其抗压强度及其气测渗透率。表3给出了涂层砂添加纤维前后的抗压强度对比情况,表4给出了纤维对支撑剂渗透率的影响情况。由表3的实验结果可以看出,纤维可以使涂层砂的抗压强度提高49.65%。

表3 纤维对涂层砂的强度影响

表4 纤维对支撑剂渗透率的影响

由表4可以看出,在14MPa的地层条件下,纤维复合砂体渗透率仍比涂层砂渗透率高11.13%,说明纤维的加入可以在较大程度上改善复合砂体的渗透性,能够满足油田防砂增产的需求。

3 矿场应用

2007年对单家寺油田的SJ56-8-18井进行了纤维复合防砂试验。防砂施工排量为1.0m3/min,平均携砂比为32%,实际挤入纤维复合砂体16 t,施工泵压由 11MPa上升至 18MPa。该井于2007年12月28日开井,最高日产液量92.8m3,日产油量52.1t,目前日产液量43.1m3,日产油量15t,含水率65.2%,至今仍未有出砂现象发生。

同年在该区块的单56-6-16井进行了纤维复合防砂措施。该井共加入纤维复合砂体12t,于2007年12月28日开井,最高日产液量96.4m3,日产油量24t,目前日产液量72.3m3,日产油量12.4 t,含水率82.8%,该井至今未有出砂现象发生。

通过对单家寺油田的稠油油井的现场施工,证明该纤维复合体能够适应稠油油藏开发的要求,在实施注蒸汽过程中没有对已经形成的防砂墙进行破坏,纤维防砂充填层较好地起到了巩固地层砂骨架,防止出砂的目的,达到了工业应用的要求。

4 结论

(1)稠油热采井防砂技术是依靠“硬纤维”与“软纤维”的挡砂、稳砂双重屏障来达到防砂目的的。研制的纤维复合体的强度、耐温等性能能够适应稠油井苛刻的井下条件要求。

(2)纤维复合砂体早期固结强度高、固化时间短的特点,能够满足稠油油田注汽吞吐开采的要求。

(3)热采井纤维复合砂体耐介质性较好,油田常用的各种入井液及地层流体对纤维复合砂体的强度、渗透率等性能影响不大。

(4)纤维复合防砂能够有效地防细粉砂,其自身具备的自清洁作用,弥补了防砂管柱易堵塞的缺点,可适用于多层完井。

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编辑:李金华

TE358

A

1673-8217(2010)02-0112-03

2009-09-24

吕玉群,工程师,1971年生,2005年毕业中国石油大学石油工程专业,现从事采油工艺研究与推广工作。