壓裂防砂堵水一體化技術研究與應用

曹斌

摘 要：隨著油田注水開發的深入，水對出砂井的影響日趨明顯。國內外研究發現，利用油水相對滲透率的不同進行適度控水，是一個可行的降低采出油水比例的方法，既可以保持地層的滲透性，也能達到穩油控水的效果。本文通過對聚丙烯酰胺、絨囊工作液等選擇性堵劑，以及孚盛砂等功能性材料的研究，成功在曙3-3-003C井上完成了壓裂防砂堵水一體化技術試驗并獲得效果，為今后解決同類油藏油井出砂出水難題提供了技術借鑒。

關鍵詞：聚丙烯酰胺；絨囊工作液；孚盛砂；防砂堵水一體化

中圖分類號： TE358.3 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）10-182-2

0 引言

在壓裂防砂過程中，壓裂液是沿著高滲透帶推進的，而高滲透帶往往是注入水或地層水最先突進的方向。若在儲層改造前緣和充填支撐通道中進行油水相對滲透率調控，是可以實現穩油控水和降低油水采出比例的。因此，通過反復論證，確定以下技術方案：在壓裂防砂過程中，首先打入選擇性調堵劑，再高壓預充填孚盛砂或覆膜砂。選擇性調堵劑優先進入高滲透層或高滲透條帶，增大高滲透帶的水相流動阻力；孚盛砂支撐裂縫，建立高導流通道，依靠油水相對滲透率差異，實現穩油、控水目標；覆膜砂膠結固化形成人工擋砂屏障，實現壓裂-防砂-堵水一體化。

1 聚丙烯酰胺調堵劑

聚丙烯酰胺調堵劑具有可控性強，施工簡單，有選擇性，能優先進入出水層和高滲層，技術成熟，適應性強的優點，能適應低中高滲透砂巖油藏、存在裂縫和大的水流通道油藏的堵水、調剖，在油田應用面廣。如聚丙烯酰胺類無機交聯凍膠堵水調剖劑、聚丙烯酰胺有機交聯凍膠調剖劑和聚丙烯酰胺共聚物類堵水調剖劑等。聚丙烯酰胺的封堵機理是由于分子鏈上有許多反應基團，它們與交聯劑發生交聯作用，形成網狀結構，這種結構把水包含在晶格結構中形成具有粘彈性的凍膠體，在孔隙介質中間形成物理堵塞，阻止水流通過或改變水流方向通過而產生封堵作用。它對水造成堵塞是由以聚合物凍膠的物理堵塞為主，兼有吸附和殘余阻力作用。

聚丙烯酰胺按電荷性質分為非離子型聚丙烯酰胺（PAM）、陰離子型聚丙烯酰胺（HPAM）、陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）和兩性聚丙烯酰胺（AmPAM）。CPAM是聚丙烯酰胺家族中出現較晚的一種，它與HPAM相比，有更好的耐溫性能和耐鹽性能，并且具有HPAM所具有的各項優點，在防砂堵水技術中使用具有較大的潛力。

陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）與酚醛樹脂交聯反應的本質是酚醛樹脂中的羥甲基（—CH2OH）與酰胺基（—CONH2）脫去一個水分子（H2O）形成（—CH2—NH—CO—）鍵的過程。通過室內實驗確定了CPAM主劑的基礎配方（0.3%～0.6%CPAM+0.6%～0.8%酚醛樹脂）。（表1）

2 絨囊工作液

絨囊是由聚合物和表面活性劑自然形成的可變形材料，粒徑15～150μm，60μm居多，壁厚3～10μm。可根據井下條件，改變性能和形狀全面封堵地層漏失通道。中國石油大學鄭力會等人通過顯微鏡下觀察和對絨囊作用效果分析，認為絨囊具有“一核二層三膜”的微觀結構。絨囊的特殊結構，使得具有高效封堵漏失地層的能力，按照不同的孔隙尺寸大小，絨囊的封堵機理各不相同。當遇到大洞大縫時，囊泡隨著高溫和低壓，堆積成水平放置的錐狀體，分解了液柱壓力。當作用在前端的絨囊分得的壓力和地層壓力相等時，流體不再向地層流動。而且，由于低剪切速率下高粘度，使流體穩定下來，稱之為分壓封堵模式。絨囊在向大小和自己相當的漏失地層通道移動中，有兩種情況發生。

一是單個囊泡往低壓區移動時，阻力增加，流動阻力提高；

二是連續進入了漏失通道絨囊膨脹充填。

流動速度下降，絨毛吸附，低剪切下高粘度，消耗液柱壓力，實現防漏堵漏。稱之為耗壓封堵模式。絨囊工作流向微孔微縫時，凝膠強度由于低剪切速率降低而升高。絨囊首先吸附在低壓入口處。在低壓吸引下靜止后，表面活性劑和大分子聚合物聚集在一起構成過渡層，即長絨毛。進一步增大了凝膠強度，強化膜強度。與低滲透膜不同，它包含著絨囊，稱之為撐壓封堵模式。2014年我們在油井上進行了絨囊堵水試驗，驗證了絨囊工作液具有一定的選擇性堵水能力。

3 孚盛砂

鑒于許多油田面臨高含水狀況，如何降低含水率提高油產量的技術要求，北京硅砂資源利用國家重點實驗室，借鑒砂基透水磚“破壞水的表面張力”的透水原理，創造性提出“多項選擇性滲透原理”，把風積砂加工成具有優異的透油阻水功能的新一代壓裂支撐劑，即孚盛砂（FSS）。該支撐劑解決了美國與俄羅斯10年來未攻克的“透油與阻水”技術難題。經過大慶、勝利等油田實際應用，同比陶粒平均提高油產量15%以上，含水率下降約5%。

孚盛砂（FSS）在常壓下，透油不透水；在有壓力情況下，選擇性透油阻水。通過密閉容器、不同驅替壓力下液體通過FSS流量對比，表明原油流量是活性水的3倍。

4 應用效果

壓裂防砂堵水一體化技術，2014年11月在曙光油田曙3-3-003C井進行了首次一體化應用試驗，施工成功率100%，初期單井含水下降了5個百分點，日增油0.5噸以上，目前還繼續穩定生產，壓裂防砂堵水效果明顯。該井的試驗成功為今后解決同類油藏油井出砂出水難題提供了新的方法和思路。

參 考 文 獻

[1] 張永昌.水驅油田高含水期控水防砂一體化技術研究[D].中國石油大學，2011.6.

[2] 黃安華.CPAM交聯機理及在高溫高鹽油藏堵水中的應用研究[D].中國石油大學，2007.4.

[3] 吳建平.壓裂防砂一體化技術研究[D].中國石油大學，2009.

[4] 張永昌.水驅油田高含水期控水防砂一體化技術研究[D].中國石油大學，2011.

[5] 張楠.遼河油區油井防砂工藝技術研究[D].東北石油大學，2015.

[6] 肖勇.水平井注采配套工藝技術研究與應用[D].東北石油大學，2013.