單家寺油田纖維復合防砂技術的礦場應用

呂玉群,肖玉英,顧兆軍,劉先勇,齊 寧,孫洪衛

(1.中國石化勝利油田分公司濱南采油廠,山東濱州256600;2.中國石油大學(華東))

單家寺油田纖維復合防砂技術的礦場應用

呂玉群1,肖玉英1,顧兆軍1,劉先勇1,齊 寧2,孫洪衛1

(1.中國石化勝利油田分公司濱南采油廠,山東濱州256600;2.中國石油大學(華東))

目前單家寺油田防砂技術主要以復合防砂為主,針對井內下入機械管柱對后期延續措施帶來一定的施工困難、機械管柱難以實現分層注汽及調剖等工藝等問題,創新應用了纖維復合體防砂技術。該技術是在地層內實現特制纖維與充填砂的復配混合形成復合體,實現對地層砂的束縛,形成較為牢固的防砂過濾體,達到了井內無機械管柱利于后期作業的目的。就纖維復合體的選擇、纖維表面處理、纖維性能、纖維復合體性能評價等做了部分室內研究,并對單家寺油田蒸汽吞吐井進行了纖維復合防砂技術的礦場應用。應用效果表明,該纖維復合體能夠達機械防砂管柱防砂的效果,并為后期措施作業提供了良好的井筒條件。

纖維復合體;防砂;單家寺油田;應用效果

1 問題的提出

目前單家寺油田地層虧空大,地層骨架遭到破壞,傳統的防砂技術以及單一的管內礫石充填防砂技術[1-2]不能有效地抑制和阻擋地層砂運移,流體攜砂沖刷充填層和繞絲管,使其破壞而導致防砂失效。繞絲管防砂對于油井初期防砂效果好,有效期長,但機械防砂由于井筒留有防砂管,給其它措施(分層注汽、調剖等工藝)的實施帶來一定的難度,并且防砂失效后大修工作量大。高溫涂料砂防砂雖然成功率較高,但有效期短(有效期最長的僅兩個周期)。目前常用的礫石充填防砂、壓裂充填防砂[3]等工藝,必須與礫石充填篩管配合使用才能達到較好的防砂效果[4]。纖維-樹脂砂混合物充填防砂技術的研究與應用能夠將井眼內所有射開的孔眼屏蔽住,形成類似篩管的擋砂屏障,起到與防砂篩管防砂的同樣作用,并能有效地防細粉砂。

2 纖維復合防砂技術

2.1 防砂機理

(1)硬纖維擋砂機理:特制的硬纖維一般為彎曲、卷曲、螺旋型,互相勾結形成穩定的三維網狀結構,將砂粒束縛于其中,形成較為牢固的過濾體,達到類似充填篩管同樣的效果。

(2)軟纖維穩砂機理:帶有支鏈、具有正電性的軟纖維,帶正電支鏈吸附細粉砂,使之成為細粉砂的結合體,使細粉砂的臨界流速增大。

2.2 纖維選擇

防砂用纖維應選擇抗溫、抗鹽、抗酸堿液腐蝕能力較強,且密度與地層密度相近的材料制成。在防砂時由于密度相近,纖維易與儲層砂粒相混合,從而充當可靠的充填材料。根據地層砂粒的密度來考慮纖維材質的選擇,再根據成本擇優選擇。我們對現有不同材質的纖維密度進行實驗測定并對其作出了篩選(見表1)。

表1 各種纖維的密度

在防砂時應選用與儲層砂粒相一致的充填材料,從而根據地層砂粒的密度來考慮纖維材質的選擇。從密度因素來考慮纖維的材質,我們選用 G纖維。因此研制防砂用的特殊纖維為 G纖維范疇,將形成纖維的網絡形成體、以及助溶劑粉體均化,并與增強劑按一定比例混合均勻,將混合料熔化后,進行酸處理、均化處理,通過不同技術(如拉絲、吹絲、離心等)制成直徑為5～40μm的細絲,再用處理劑對纖維進行表面處理,最后纖維進行切短,制成成品。經過上述步驟,得到濱南防砂用的特質纖維——SC纖維。我們共合成防砂纖維小樣三個,分別為:SC-10、SC-20、SC-30。

2.3 纖維表面處理技術[5]

G纖維的外表呈光滑的圓柱狀,由于 G纖維外表的光滑影響了與一些粘接劑的復合效果,因此,必須對纖維的表面進行處理,增加其與樹脂的親合能力,保證纖維復合體的強度。

選擇 GR-100作為纖維表面處理劑,由于它的同一分子中的不同部分分別與樹脂和纖維表面形成化學鍵橋接,從而改善了樹脂和纖維之間的粘結。纖維表面處理劑與樹脂之間形成界面橋接,改善了基質樹脂向纖維的應力傳遞。

當GR-100纖維表面處理劑附著量較少時,GR-100附著量的增加可明顯提高濕態的彎曲強度,當超過一定量后,附著量的增加對提高濕態的彎曲強度的效果不明顯。最終確定 GR-100表面處理劑含量在0.15%(見圖1)。

圖1 彎曲強度與 GR-100附著量曲線

2.4 纖維性能評價

防砂用特制纖維[6-8]由于其特殊的用途,要求其具有良好的化學穩定性。SC纖維的化學穩定性是指抵抗酸、堿、溫度及地層水等介質的侵蝕能力。室內試驗研究方法是以纖維在受介質侵蝕前后的質量損失來評價其化學穩定性的。由表2中的實驗數據可以看出,樣品被酸堿高礦化度水侵蝕前后幾乎沒有質量損失,所研制的纖維抗酸、堿、高礦化水腐蝕能力較強。

經過纖維抗酸、抗堿、抗鹽性能的重復試驗,研究表明纖維在5%的酸液、p H值為9的堿液和礦化度為0.2%的鹽水中,性能基本保持穩定;在小于250℃的環境下,纖維的斷裂強度隨溫度的升高而升高。由此可以證明,該特種纖維具有良好的化學穩定性,并可以適用于較為惡劣的油藏條件,基本滿足了防砂用纖維的要求。

表2 纖維抗酸、堿及地層水腐蝕能力實驗結果

2.5 纖維復合體的性能分析

在濱南涂層砂中加入1%的纖維,攪拌使其分散均勻,在60℃水浴中固化,測其抗壓強度及其氣測滲透率。表3給出了涂層砂添加纖維前后的抗壓強度對比情況,表4給出了纖維對支撐劑滲透率的影響情況。由表3的實驗結果可以看出,纖維可以使涂層砂的抗壓強度提高49.65%。

表3 纖維對涂層砂的強度影響

表4 纖維對支撐劑滲透率的影響

由表4可以看出,在14MPa的地層條件下,纖維復合砂體滲透率仍比涂層砂滲透率高11.13%,說明纖維的加入可以在較大程度上改善復合砂體的滲透性,能夠滿足油田防砂增產的需求。

3 礦場應用

2007年對單家寺油田的SJ56-8-18井進行了纖維復合防砂試驗。防砂施工排量為1.0m3/min,平均攜砂比為32%,實際擠入纖維復合砂體16 t,施工泵壓由 11MPa上升至 18MPa。該井于2007年12月28日開井,最高日產液量92.8m3,日產油量52.1t,目前日產液量43.1m3,日產油量15t,含水率65.2%,至今仍未有出砂現象發生。

同年在該區塊的單56-6-16井進行了纖維復合防砂措施。該井共加入纖維復合砂體12t,于2007年12月28日開井,最高日產液量96.4m3,日產油量24t,目前日產液量72.3m3,日產油量12.4 t,含水率82.8%,該井至今未有出砂現象發生。

通過對單家寺油田的稠油油井的現場施工,證明該纖維復合體能夠適應稠油油藏開發的要求,在實施注蒸汽過程中沒有對已經形成的防砂墻進行破壞,纖維防砂充填層較好地起到了鞏固地層砂骨架,防止出砂的目的,達到了工業應用的要求。

4 結論

(1)稠油熱采井防砂技術是依靠“硬纖維”與“軟纖維”的擋砂、穩砂雙重屏障來達到防砂目的的。研制的纖維復合體的強度、耐溫等性能能夠適應稠油井苛刻的井下條件要求。

(2)纖維復合砂體早期固結強度高、固化時間短的特點,能夠滿足稠油油田注汽吞吐開采的要求。

(3)熱采井纖維復合砂體耐介質性較好,油田常用的各種入井液及地層流體對纖維復合砂體的強度、滲透率等性能影響不大。

(4)纖維復合防砂能夠有效地防細粉砂,其自身具備的自清潔作用,彌補了防砂管柱易堵塞的缺點,可適用于多層完井。

[1]董長銀,張琪,曲占慶,等.篩套環空礫石層壓降的簡化計算模型[J].石油大學學報(自然科學版),2001,25(2):28-30

[2]董長銀,張琪.水平固液兩相管流平衡砂床高度計算的概率模型[J].石油大學學報(自然科學版),2004,28(3):46-48

[3]Krismartopo B D.A fracture treatment design optimization process to in crease production and control proppant flow back for low temperature,low pressure reservoirs[R].SPE93168,2005

[4]何生厚,張琪.油氣井防砂理論及其應用[M].北京:中國石化出版社,2003:33-35

[5]李鵬,趙修太,邱廣敏,等.防砂用纖維的篩選及其表面處理技術的研究[J].斷塊油氣田,2005,12(2),60-62

[6]趙修太,李鵬,張國榮,等.孤東油田注水井纖維復合防砂新技術[J].油氣地質與采收率,2005,12(6),71-73

[7]馮勝利,施曉雯,王永強,等.澀北氣田石棉纖維復合防砂工藝研究與應用[J].海洋石油,2007,27(2),51-55

[8]齊寧,張琪,周福建,等.纖維復合防砂技術的機理研究及應用[J].石油大學學報(自然科學版),2007,31(2):83-90

編輯:李金華

TE358

A

1673-8217(2010)02-0112-03

2009-09-24

呂玉群,工程師,1971年生,2005年畢業中國石油大學石油工程專業,現從事采油工藝研究與推廣工作。