涂料預(yù)包砂技術(shù)的研究與應(yīng)用發(fā)展

1、涂料預(yù)包砂技術(shù)的研究與應(yīng)用發(fā)展摘要對(duì)于疏松砂巖油田開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō),突出的問(wèn)題就是要解決防砂問(wèn)題。本文著重研究了涂料預(yù)包砂生產(chǎn)配方、攜砂液配方及其主要技術(shù)性能指標(biāo)的測(cè)定與評(píng)價(jià),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后,已取得較好的防砂效果和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞涂料預(yù)包砂;防砂;抗壓強(qiáng)度;攜砂液;防砂效果 一、前言 對(duì)于疏松砂巖油田的開(kāi)發(fā),其突出的問(wèn)題就是要解決防砂問(wèn)題。山東省壽光縣的八面河油田就是一個(gè)典型的疏松砂巖稠油油藏,油藏埋藏淺,膠結(jié)物含量少,結(jié)構(gòu)疏松,出砂嚴(yán)重,油水井不防砂無(wú)法投產(chǎn)。 化學(xué)防砂是最早用來(lái)進(jìn)行控制地層出砂的方法。自六十年代的“合成樹(shù)脂粘結(jié)疏松砂粒防砂”,到七十年代的“繞絲篩管防砂”,防砂工藝得到不斷發(fā)展和

2、完善。國(guó)內(nèi)外普遍采用的是繞絲篩管礫石充填防砂。 但是,隨著油田的開(kāi)發(fā),繞絲管防砂難以適應(yīng)油井分層開(kāi)采等措施的需要,且大修費(fèi)用高。為了克服機(jī)械防砂的缺點(diǎn),我們根據(jù)油田地質(zhì)特征,地下流體性質(zhì)及其地層砂粒分布規(guī)律,著重進(jìn)行了涂料預(yù)包砂防砂技術(shù)研究。 二、原理 涂料預(yù)包砂是將可固結(jié)樹(shù)脂預(yù)包在石英砂表面,并使其干燥,形成互不粘連的,可自由流動(dòng)的樹(shù)脂預(yù)包砂。運(yùn)用時(shí)用攜砂液將其帶入出砂油層,在地層溫度及壓力下固結(jié)成具有一定強(qiáng)度的可滲濾人工井壁,從而防止油層出砂。 目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)涂料預(yù)包砂廣泛采用的是酚醛樹(shù)脂,按固化類(lèi)型分為熱固性和熱塑性兩種。 1、熱固性樹(shù)脂 熱固性樹(shù)脂在一定溫度下固化成不溶、不熔的樹(shù)脂。用

3、此樹(shù)脂生產(chǎn)涂料預(yù)包砂雖然有較高的固化強(qiáng)度,但產(chǎn)品在貯存過(guò)程中容易結(jié)塊、失效。 2、熱塑性樹(shù)脂 熱塑性樹(shù)脂在受熱時(shí)僅溶化而不繼續(xù)發(fā)生縮聚反應(yīng)。但在樹(shù)脂中尚有未反應(yīng)的活性點(diǎn)。因而在與固化劑作用時(shí)就會(huì)轉(zhuǎn)變成熱固性樹(shù)脂,進(jìn)一步縮聚時(shí)則變成不溶、不熔的三向體型樹(shù)脂結(jié)構(gòu)。反應(yīng)過(guò)程如下: 說(shuō)明:在該反應(yīng)式中,首先反應(yīng)的是固化劑的分解反應(yīng)。其次是分解后的產(chǎn)物甲醛與熱塑性酚醛樹(shù)脂反應(yīng)形成熱固性樹(shù)脂。 本文研究的涂料預(yù)包砂,主要是采用外催化的方法,通過(guò)在攜砂液中加入催化劑DS01,使固化劑的分解反應(yīng)能夠在低溫下進(jìn)行。同時(shí),該種催化劑在固化劑分解的同時(shí),還能促進(jìn)酚醛樹(shù)脂由熱塑性向熱固性轉(zhuǎn)化。另外,DS01催化劑在地

4、層溫度下還能促進(jìn)樹(shù)脂的軟化。這樣就實(shí)現(xiàn)了熱塑性樹(shù)脂在較低地溫(>50)下固化,解決了涂料預(yù)包砂在生產(chǎn)和貯存過(guò)程中易結(jié)塊問(wèn)題。此外,為了克服涂料預(yù)包砂在生產(chǎn)過(guò)程中表層樹(shù)脂受壓而破碎、剝脫,我們采用了涂層防脫技術(shù)。從而,提高了涂料預(yù)包砂的質(zhì)量和固化強(qiáng)度。 三、涂料預(yù)包砂室內(nèi)試驗(yàn)研究 1、樹(shù)脂類(lèi)型的選擇及其用量確定 根據(jù)涂料預(yù)包砂技術(shù)原理,研制涂料預(yù)包砂應(yīng)選用熱塑性粉狀酚醛樹(shù)脂。其用量確定,主要根據(jù)涂覆樹(shù)脂后的砂樁抗壓強(qiáng)度而定。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)基砂量一定時(shí),隨著樹(shù)脂加量的增加,抗壓強(qiáng)度也隨之增量,當(dāng)樹(shù)脂加量為基砂量的6%,其抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.8Mpa時(shí),從經(jīng)濟(jì)角度考慮,較為適宜,其關(guān)系見(jiàn)圖1:

5、圖1樹(shù)脂加量(基砂的百分?jǐn)?shù))與抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片 2、溶劑用量的確定稱(chēng)取6克樹(shù)脂分別加入2、3、4、5、6克乙醇溶劑,加量為4克時(shí),樹(shù)脂完全溶解,加量為5克時(shí),樹(shù)脂液的稠度適合涂覆,所以定溶質(zhì)與溶劑比為6:5適宜。3、增塑劑加量的確定增塑劑選量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系見(jiàn)圖2:圖2增塑劑加量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片 從試驗(yàn)結(jié)果看,增塑劑加量為15%效果較好。但增塑劑用量提高,涂料砂結(jié)塊性加劇,而加量為10%抗壓強(qiáng)度已達(dá)到要求,且不結(jié)塊,所以定增塑劑加量為樹(shù)脂量的10%適宜。 4、固化劑加量的確定 固化劑加量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系見(jiàn)下圖3:圖3固化劑加量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線點(diǎn)擊

6、此處查看全部新聞圖片 從試驗(yàn)結(jié)果可知,固化劑加量為樹(shù)脂量的15%最好。固化劑加量太少,樹(shù)脂固化不完全,強(qiáng)度要降低;加量太多,固化速度加快,碎性提高,固化后抗壓強(qiáng)度亦降低,從圖3可見(jiàn)固化劑加量為15%時(shí),涂料的抗壓性能最好。 5、防脫皮劑的選用與加量的確定國(guó)內(nèi)廠家常以增塑劑作為防脫皮劑,這是不合適的。我們選用的防脫皮劑是一種高分子樹(shù)脂聚合物,其作用是加在樹(shù)脂中后,涂覆樹(shù)脂砂晾干破碎時(shí),樹(shù)脂剝落大大減小,同時(shí)也減小涂料預(yù)包砂往地層通過(guò)泵送時(shí)摩擦所造成的樹(shù)脂剝脫。其加量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系見(jiàn)圖4:圖4防脫皮劑加量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片 從試驗(yàn)結(jié)果看,防脫皮劑加量為3%為合適。 6、偶聯(lián)

7、劑加量及加入順序的確定 有機(jī)硅偶聯(lián)劑的作用是增強(qiáng)樹(shù)脂與石英砂之間的粘接力。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究報(bào)導(dǎo),有機(jī)硅偶聯(lián)劑用量在0.110%,合適的用量是110%。從經(jīng)濟(jì)角度考慮,我們選定其加量為1.8%。偶聯(lián)劑加入順序有兩種,一種是與樹(shù)脂混合作用;另一種是先與石英砂混合,然后再涂覆樹(shù)脂。試驗(yàn)結(jié)果是前者抗壓強(qiáng)度為2.5Mpa,后者為2.8Mpa,這種順序變化并未增加生產(chǎn)難度及成本,故以后者為宜。 四、涂料預(yù)包砂主要性能指標(biāo)評(píng)價(jià) 物理性能 1、表觀:涂料預(yù)包砂呈棕紅色或黃色,常溫下呈單粒狀,可自由流動(dòng)。 2、密度:2.10g/cm3。 3、粒度:石英砂粒度0.30.6mm,涂料預(yù)包砂 0.51.0mm?；瘜W(xué)性能

8、未固結(jié)的涂料預(yù)包砂與醇、酮等化學(xué)溶劑及堿 (NaOH)接觸,包覆層會(huì)溶解,酸性介質(zhì)(除土酸外)可促進(jìn)固化。固結(jié)后的涂料砂巖心在鹽酸溶液中浸泡基本無(wú)影響,但在土酸及NaOH溶液中浸泡,巖心疏散。 滲透性能 固結(jié)后涂料預(yù)包砂巖心滲透率大小與涂料預(yù)包砂顆粒大小及加壓程度有關(guān),與固化時(shí)間無(wú)關(guān)。顆粒越大,滲透率越高;加壓程度越強(qiáng),滲透率越小。一般固化后的巖心滲透率可達(dá)6070um2。 強(qiáng)度性能 涂料預(yù)包砂的固化強(qiáng)度除了取決于本身的質(zhì)量及固化介質(zhì)外,還取決于溫度和固化時(shí)間,一定時(shí)間范圍內(nèi),隨著溫度的升高,固化強(qiáng)度增加;當(dāng)溫度壓力不變時(shí),隨著時(shí)間的延長(zhǎng),固化強(qiáng)度亦相應(yīng)增加。 五、攜砂液配方評(píng)選 防砂攜砂液配

9、方的確定是由八面河油田地質(zhì)特點(diǎn)、施工因素決定的。既要將涂料順利攜入地層,同時(shí)也要考慮攜砂液進(jìn)入地層后所引起的粘土膨脹,乳化堵塞和賈敏效應(yīng)問(wèn)題,根據(jù)這些要求,攜砂液配方應(yīng)體現(xiàn)五大作用,即具有增粘作用、防膨作用、固化作用、助排作用和破乳作用。 （一）增稠劑的評(píng)選及其濃度的確定 選用目前國(guó)內(nèi)外最好的羥丙基瓜膠作增粘劑、硼砂作交聯(lián)劑。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)瓜膠投加濃度為0.3%、硼砂濃度為0.3%,按交聯(lián)比4:1交聯(lián)后,在161.5S-1的剪切速度下測(cè)定其溶膠粘度可達(dá)100mpa.s以上,即可滿足攜砂要求,且成本較低。 這種溶膠在潛在酸作用下,5分鐘內(nèi)即可完全破膠,且殘?jiān)佟?該膠聯(lián)體系具有以下三個(gè)特點(diǎn)

10、: 1、抗剪切性好。在161.6S-1的剪切速度下,常溫剪切,其穩(wěn)定性大于60min。2、抗鹽性好。瓜膠溶液中加1%KCL或溶于飽和鹽水中,溶液性質(zhì)基本不變。 3、減阻性能好?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí),21/2油管1000m,在排水量1000L/min下測(cè)定,膠聯(lián)液減阻率是相同情況下清水的50%。 （二）助排劑的選擇及其濃度確定 鑒于防砂施工用液量多,故考慮在攜砂液中加助排劑,試驗(yàn)選用性能較好的JM3作助排劑,結(jié)果表明當(dāng)JM3投加濃度為0.3%時(shí),可使水的表面張力從72達(dá)因/厘米下降到27.3達(dá)因/厘米。 （三）防膨劑的選擇及其濃度確定 室內(nèi)對(duì)目前油田常用的防膨劑PAF、BCS851、SW91等防膨劑進(jìn)行了

11、篩選,主要從控砂性能、防膨性能、與其他藥劑的配伍性及成本等方面綜合考慮。 試驗(yàn)結(jié)果表明SW91具有突出的控砂性能和較好的防膨能力。在自制的由石英砂和高嶺土混合的巖心中, 注入1.5PV防膨液,放置10分鐘,開(kāi)始注水,當(dāng)注水流速達(dá)到6.29cm/s時(shí),PA-F和BCS851浸入的巖心已出砂,而SW91浸入的巖心,當(dāng)流速達(dá)到12.58cm/s時(shí),才略有出砂。同時(shí),在頁(yè)巖膨脹儀上測(cè)定,當(dāng)SW91的濃度為1%時(shí),其防膨率可達(dá)67.2%,優(yōu)于其他兩種藥劑濃度為2%時(shí)的防膨效果,故選用SW91作防膨劑,使用濃度為1%。 （四）破乳劑的確定 室內(nèi)試驗(yàn)表明,乳化后的原油,用SP169進(jìn)行破乳其效果良好,當(dāng)投加

12、濃度在0.5%以上時(shí),破乳率可達(dá)95%以上。 （五）攜砂液對(duì)涂料預(yù)包砂固化強(qiáng)度的影響 試驗(yàn)方法。在裝有涂料預(yù)包砂的試管里,分別加入不同化學(xué)組分的攜砂液,在水溶槽中恒溫55,浸泡5天的條件下,測(cè)涂料預(yù)包砂巖芯的抗壓強(qiáng)度。 試驗(yàn)結(jié)果表明:單獨(dú)用涂料預(yù)包砂固化劑2%GDS01作用時(shí),其抗壓強(qiáng)度為2.8Mpa;單獨(dú)用瓜膠硼砂交聯(lián)液作用時(shí),抗壓強(qiáng)度為2.78Mpa,固化劑、交聯(lián)液、助排劑、破乳劑同時(shí)作用時(shí),抗壓強(qiáng)度為2.7Mpa。由此可見(jiàn),采用瓜膠硼砂及其添加劑攜砂液體系,無(wú)論是單獨(dú)作用,還是綜合作用,對(duì)涂料預(yù)包砂的固化強(qiáng)度基本無(wú)影響。 六、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 適用范圍 1、井溫超過(guò)50; 2、地層有一定空穴;

13、3、射開(kāi)井段中無(wú)泥巖夾層; 4、非熱采井、非氣井、原油粘度不超過(guò)4000mpa.s(地面50)。 施工采用光油管,管柱下至油層頂界以上4060米。其施工程序?yàn)?沖砂洗井管網(wǎng)(匯)試壓清洗井筒及油層試擠加砂頂劑關(guān)井候凝沖鉆刮管洗井下泵投產(chǎn)。 施工參數(shù)控制 1、壓力 加砂壓力不得超過(guò)地層破裂壓力; 2、排量 根據(jù)地層吸收能力及其攜砂液性能,排量要求控制在6501000L/min。 3、砂比 根據(jù)地層吸收能力,確定合理砂比,一般控制在5-15%。 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果 十年間,經(jīng)過(guò)在某油區(qū)的400井次的應(yīng)用,成功率達(dá)90%左右,防砂井壽命平均超過(guò)二年,累計(jì)增油18萬(wàn)噸以上,具有較好的防砂效果和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 實(shí)踐證明,涂料預(yù)包砂防砂適合油井中后期防砂,具有很高的成功率和較好的效果。如面A井首次防砂采用繞絲篩管防砂,平均日產(chǎn)液3.5m3,油1.3t。拔出繞絲篩管改用涂料預(yù)包砂防砂,初期(12個(gè)月)平均日產(chǎn)液56.2m3,油25.3t。生產(chǎn)10個(gè)月后,日產(chǎn)液量仍有67.3m3,油17.8t。 此外,由于涂料預(yù)包砂解放了井筒。因此,有利于油井動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和分層措施,尤其是油井修井作業(yè)或調(diào)層補(bǔ)孔時(shí),無(wú)須大修,可節(jié)約大量的修井費(fèi)用。 七、結(jié)論 1、涂料預(yù)包砂適用于井溫在50以上,原油粘度不超過(guò)4000mpa.s非熱采井、非