纤维防砂技术的研究与应用

翟世伟

摘要：本文针对xx油田油水井出砂严重的问题，研究应用纤维防砂技术，通过室内实验，对特种纤维的耐酸、碱、高矿化度水的化学稳定性以及纤维复合体的性能进行评价，在油水井进行了矿场实验，实验数据表明，纤维防砂技术能够提高油水井防砂的成功率、延长注水有效期，取得了较好的经济效益。

关键词：油水井 纤维防砂 渗透率

前言

随着XX油田注水开发的深入挖潜，油井出细粉砂越来越严重，主要表现在部分油层的胶结物以粘土矿物为主，粘土矿物见水后极易膨胀、分散，导致地层胶结强度下降，出砂粒径越来越细，降低油井渗透率。部分井由于生产井段长，地层非均质性严重，常规防砂效果较差，导致油井出砂严重、作业频繁，防砂有效期短。常规防砂技术由于强度低，不能满足注水强度的要求，防砂工作反而造成地层伤害。同时由于油层有效厚度薄，应用高粘度的压裂液容易使裂缝扩展到遮挡层以外，压窜油层，影响产量。而低粘度的压裂液又导致支撑剂沉降速度过快，在裂缝闭合前沉降在裂缝底部，影响裂缝高度。为此，针对纤维防砂技术进行了系统研究，完善了现有的防砂工艺技术，形成适用于XX油田不同类型油藏油水井防砂的配套工艺技术。

1  纤维防砂技术机理

纤维防砂技术是在携砂液中填加纤维胶结砂和网络剂，充填油层后，每根纤维与若干支撑剂相接触，形成网状纤维阻挡，通过接触压力和摩擦力相互作用，达到平衡状态。当携砂液返排时，因受流体压力，砂拱的剪切形变引起纤维的形变，诱发的纤维轴向力分解为切向和法向分量，切向分量直接抵抗砂拱剪切变形，法向分量增加侧限压力，进而增大支撑剂间摩擦力，间接抵抗砂拱剪切变形，从而提高砂拱的稳定性和临界返排速度，控制支撑剂返排。

纤维防砂技术采用起“稳砂”和“挡砂”作用的特种纤维。特殊纤维是一种带支链的长链阳

离子聚合物，在水溶液中靠支链带有的阳离子基团的电性作用而展开。当进入储层后，因细粉砂表面带负电，这就使得软纤维的带正电支链可吸附在细粉砂粒上，从而将分散的砂粒桥接起来，使之成为细粉砂结合体（类似于大颗粒），增大了细粉砂的临界流速，起到了一定的稳砂固砂作用，达到了防细粉砂的功效。起挡砂作用的是经过选择和特殊处理的特制无机硬纤维，利用它的弯曲、卷曲和螺旋交叉，相互勾结形成稳定的三维网状结构，将砂粒束缚于其中，形成较为稳定的过滤体，同时具有相当的渗透率，达到防砂的目的。

2 纤维防砂技术研究

2.1 优质短切纤维的筛选

根据密度相近易混合的原理，XX油田油藏岩性为砂岩，地层砂颗粒密度在2.50-2.65g/cm3，从密度及经济因素来考虑纤维的材质，选用价格较低的G（玻璃）纤维。

2.2 纤维稳定性试验

G纤维在酸中的腐蚀程度基本在5.0%左右，耐碱条件下损失率平均在0.39%，损失率越小说明其抗酸、碱、盐腐蚀能力越强，对地层的渗透率伤害越小，能够满足防砂用纤维的要求。

2.3 网状纤维阻挡对渗透率伤害试验

纤维和树脂包覆砂混合渗透率为62μ㎡。据有关资料介绍，树脂包覆砂的渗透率一般在13-16μ㎡。说明新型网状胶结复合防砂技术，既能保证很高的渗透率，又能阻止砂子返排。

2.4 沉降速度试验

含纤维的支撑剂砂浆则符合Knych沉降定律，随着沉降的进行，并不形成明显的微粒-流体沉降边界，纤维-微粒慢慢压实，几乎不留下任何流体。

2.5 纤维长度的优化

随着纤维长度的增加，临界压力呈上升趋势，渗透率呈下降趋势，分散性随着纤维长度的增加呈下降的趋势。我们认为原纤维中加入50%的15、17mm 纤维的混纤会取得比较好的效果。

2.6 纤维加入比例优化

混纤加入量越大，临界压力越大，渗透率越小，我们认为取混纤7-12%为宜。

2.7纤维树脂砂（不固化）体系的研制

随着树脂用量的增加，临界压力增大，渗透率降低，综合考虑上述因素，树脂用量取8%为宜。

2.8纤维树脂砂（固化）体系的研制

当固化剂的用量达到一定程度、临界抗压差能力不再明显上升，趋下平发入吃济的电度考虑取固化剂浓度为0.8%。

3现场实施及应用情况

3.1以治理油层出砂为目的

在疏松砂岩出砂地层、层间差异大、井段长的出砂井以端部脱砂为目的，在施工初期和中期采取大排量施工，以提高施工压力，填砂的中后期采用降排量方法，如果在施工后期，压力仍没有明显上升，则采用欠量顶替方法。龙A井生产22个层位，其中有14个层位渗透率在100以下，易发生油层污染和砂堵现象，实施前因出砂低產关井，实施后平均日产液7.7t，日产油1.4t，阶段增油217.8t，增气7.92万方。

3.2 以完善注采并网、提高注水波及系数为基础的油层改造

低渗油藏储层有效连通差，存在注水闲难，地层能量难以补充的问题，导致区块产量低、采出程度低。以改造油层、完善注采关系为目的实施2井次，2口井累计增注5569m3，对应油井增产原油389.7t，动液面平均上升212m。

3.3 以完善油井表皮系数，解除钻井及油层深度污染为目的

以解除污染为目的纤维防砂技术当缝长超3-6m时增产作用不明显，从经济及增产角度考虑，缝长超过污染带0.5m即可达到最大增产效果。实施2口井，累计增产747.2t。

4 结论及建议

（1）纤维防砂技术中使用的纤维具有很好的稳定性，现场施工添加到携砂液里时，分散性较好，不成包块，施工简便易行。

（2）纤维防砂技术具有较好的防砂效果，对地层伤害小，纤维对防砂层的渗流能力影响很小，因而导流能力高，对低渗、泥浆污染井有利于油井增产。

（3）支撑剂中加入纤维后强度高于石英砂，临界返排流速高，不会发生支撑剂回流现象，适于油水井的防砂及地层改造。

参考文献

[1]刘玉章 郑俊德 夏惠芬 油井防沙与清砂.难动用储量开发采油工艺技术.石油工业出版社.2005.3

[2]J.G.Savins，"DragReduingAdditivesImproveDrillingFluidHydraulics"，Oil&GasJournal，Mar. 131995

[3]罗英俊万仁溥.防沙技术手册.石油工业出版社.2005.3

中油辽河油田公司茨榆坨采油厂工艺研究所，辽宁 沈阳