树脂固砂工艺在葡萄花油田的应用

葛伟亮（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

化学防砂是利用化学药剂的化学反应把地层中的砂砾或充填到地层的砂石胶结起来，稳定地层结构或形成具有一定强度和渗透率的人工井壁，从而达到防止地层出砂的目的[1]。葡萄花区块属于低渗透油田，地层压力高，部分油井由于出砂严重导致无法正常生产，影响产量完成，应用现有的水泥封堵固砂工艺存在压力高注不进去或注入后返吐留塞的风险，施工成功率低。截至2017年4月，台肇油田发现出砂油井40口，而肇212区块就有31口，占区块出砂井数的77.5%，其中正常生产10口，停井21口，日影响液量25t，日影响油量10.9t。因此，探讨应用新型树脂固砂工艺，解决该类井出砂问题，恢复产量。

1 树脂固砂剂的选择

常用的树脂固砂剂有酚醛树脂、脲醛树脂、糠醇树脂［2］，三种树脂均可达到防砂的目的，但效果有差别。以下通过室内实验选择最适合的固砂剂。

1.1 三种固结砂样抗压强度、抗折强度及渗透率对比实验

1）砂样制作。采用规格为0.4～0.8mm的实验砂，装在2.5cm×32cm的玻璃管中，抽真空（200～300mmHg），分别注入各种树脂液，置于45℃恒温水浴中固结。砂样制作装置见图1。图2、图3、图4所示为酚醛树脂胶结砂样、脲醛树脂胶结砂样、糠醇树脂胶结砂样。

图1 砂样制作装置

2）抗压强度、抗折强度测定。使用液压万能试验机（图5）。按照SY/T5276—2000《化学防砂人工岩心抗折强度、抗压强度及气体渗透率的测定》标准，测定标准岩心抗压强度、抗折强度。

3）实验结果如表1所示。由表1可知，糠醇树脂抗压强度、抗折强度及渗透率最高，固结时间短，因此选用糠醇树脂作为固砂剂。

表1 三种砂样性能指标对比

1.2 地层流体浸泡及耐酸碱性实验

将三种砂样放入盐酸、NaOH、过硫酸铵中分别浸泡，对比强度和渗透率变化，得出以下结果（表2）。

图2 酚醛树脂胶结砂样

图3 脲醛树脂胶结砂样

图4 糠醇树脂胶结砂样

表2 不同介质的浸泡实验

图5 液压万能试验机

从浸泡结果来看，在HCl中浸泡后抗压强度、抗折强度及渗透率都有所增加，而在过硫酸铵中浸泡后各项指标基本不变，在NaOH中浸泡后各项指标都有所下降，因此选择HCl作为固化剂。

2 糠醇树脂固砂工艺原理

2.1 糠醇基本性能

糠醇分子式如图6所示。糠醇为无色易流动液体，暴露在日光或空气中会变成棕色或深红色，有苦味，能与水混溶，但在水中不稳定，易溶于乙醇、乙醚、苯和氯仿，不溶于石油烃。其各项参数如表3所示。

图6 糠醇分子式

表3 糠醇各项参数

2.2 糠醇树脂固砂原理

糠醇在酸性条件下很容易缩聚成树脂。以无机酸或有机酸作固化剂，强酸（如硫酸或对甲苯磺酸）)可使树脂室温固化。弱酸(如苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、磷酸)需在95～200℃下数小时后方能使树脂固化。在缩聚过程中糠醇分子中的羟甲基可以与另一个分子中的α氢原子缩合，形成次甲基键，缩合形成的产物中仍有羟甲基，可以继续进行缩聚反应，最终形成线型缩聚产物糠醇树脂[3]。糠醇低聚物分子中含有的强极性基团(如羟甲基、酰氨基等)对砂粒的极性基团有亲和作用，可产生较强的吸附［4］，向砂粒表面迁移而强烈地黏附在砂粒表面上[5]。简易方程式如图7所示。固化物耐酸（不耐强氧化性酸）、耐碱、耐有机溶剂、耐水[6]，耐热性较好，硬度较高，与碳、石墨、石棉、玻纤有较好的粘接性。缺点是脆性大，对非多孔性物质表面的附着力差，固化收缩率大。

表4 试验井效果

图7 糠醇树脂与砂粒反应方程式

3 现场试验及效果

3.1 现场试验

现场施工工艺流程如图8所示。采用“五段塞”注入法。首先注入前置液清洗地层孔道，然后注入树脂液，再注入隔离液，用于隔离树脂液与固化剂，防止提前固化；再注入盐酸作为固化剂，最后注入盐水及清水替挤井筒。

图8 树脂固砂施工工艺流程

3.2 应用效果

2017年现场试验7口井，措施成功率100%，试验后日恢复产油5.8t。截至2017年11月初，累计恢复产油579.6t，效果如表4所示。按当前油价计算，创造经济效益约140万元，，投入产出比1∶1.33。目前仍然有效，下步计划扩大试验规模，逐步探索该工艺技术的适应性。

4 结论

1）室内实验证实，糠醇树脂固砂强度、渗透率指标均优于其他树脂液，且耐酸碱性较强。

2）糠醇分子中含有的强极性基团对砂粒的极性基团有亲和作用，可产生较强的吸附；向砂粒表面迁移而强烈地黏附在砂粒表面上，通过物理吸附和化学强交联将游离砂固结起来。

3）糠醇树脂固砂体系施工简单，在台肇区块试验效果好，适应性强，有着较为广阔的应用前景。

[1]曾庆坤，金千欢，陈文秋.提高化学防砂效果关键技术探讨[J].断块油气田，1997，4（2）：64-66.

[2]李慧，王霞，彭健锋，等.固砂剂防砂方法的研究发展[J].化工时刊，2007，21（9）：54-57.

[3]郑延成，李克华，周爱莲，等.硅氧烷糠醇树脂固砂剂的作用机理及应用[J].石油勘探与开发，2004，31（5）：123-126.

[4]李国荣.合成树脂及玻璃钢[M].北京：化学工业出版社，1995．

[5]宋显民，孙成林，张立民，等.酚醛树脂防砂与改性树脂固砂[J].石油钻采工艺，2002，24（6）：57-60.

[6]郑延成，刘娟，李克华.蒸汽吞吐井糠醇树脂固砂剂的室内研究[J].石油钻探技术，2007，35（1）：76-78.