樹脂砂防砂技術在小井眼地層防砂中的實驗研究

鄭學明，邵劍波

（1.中國石油長慶油田分公司第十二采油廠，甘肅慶陽 745400；2.中國石油塔里木油田分公司庫車油氣開發部，新疆庫爾勒 841000）

樹脂砂防砂技術在小井眼地層防砂中的實驗研究

鄭學明1，邵劍波2

（1.中國石油長慶油田分公司第十二采油廠，甘肅慶陽 745400；2.中國石油塔里木油田分公司庫車油氣開發部，新疆庫爾勒 841000）

針對小井眼防砂的難點，開展了新型樹脂砂防砂技術研究，解決了小井眼鉆塞難的問題，取得了良好的效果。

樹脂砂；小井眼；防砂技術；深部地層

目前的防砂技術主要針對于5″1/2井眼或5″井眼，而對于4″甚至小于4″的井眼，防砂技術研究較少，已有的技術也不成熟，如化學固砂技術對地層的傷害大。近年來，樹脂砂防砂技術發展迅速，這不但可有效地防治一般地層出砂，對于小井眼防砂也效果顯著。

1 防砂原理

地層深部防砂技術是利用攜砂液攜帶樹脂砂通過高壓泵車組，將樹脂砂填充到地層虧空部位和高壓泵車組壓開的裂縫中，樹脂砂在地層溫度和固化劑作用下發生固化膠結，具有一定的強度和滲透能力，在地層深部形成高滲透過濾帶，阻止地層砂流入井筒，達到防砂目的。其突出特點是改變了油層滲流方式，使井筒附近的徑向流變為線型流，不但可以有效地防治一般地層出砂，對于難于防治的細粉砂也有顯著的效果。

2 實驗研究

2.1 材料的選擇

樹脂砂的組成材料可分為兩大部分，一部分是支撐劑材料，一部分是樹脂及助劑材料。

（1）選用0.45～0.9mm的石英砂，它成本低廉，是一種被廣泛使用的壓裂支撐劑。這種石英砂表面沒有脫皮，利于樹脂的包覆，所制得的樹脂砂固化強度高。

（2）選用熱固性酚醛樹脂和雙酚A型環氧樹脂，環氧樹脂約占28%，酚醛樹脂約占66%，其他成分為稀釋劑和偶聯劑，約占6%。

2.2 石英砂與樹脂的包覆方式選擇

石英砂與樹脂的包覆方式可分為冷包覆和熱包覆兩種，冷包覆加工比較簡單，包覆質量差。熱包覆加工比較復雜，包覆質量好，表現為包覆率高，粉塵含量低，球度和圓度好，樹脂砂的抗壓強度和滲透率較高。通過對比在原材料配比一致的情況下，不同的包覆方式測得的樹脂砂實驗數據可知，熱包覆的最終抗壓強度、滲透率等各項指標都明顯好于冷包覆。

2.3 樹脂含量與巖心抗壓強度及滲透率的關系

由于地層的高壓特性，需要選用樹脂砂固結，同時巖心的滲透率也將影響到防砂效果，巖心滲透率過低會造成油井產量下降。實驗結果表明，樹脂含量越高，巖心的抗壓強度越大，但過高的強度會使巖心的滲透率大大降低，甚至失去過濾能力。

2.4 固化速度的控制

樹脂砂的初期固化主要表現為酚醛樹脂的固化（溫度較低時環氧樹脂固化較慢），酚醛樹脂的固化速度主要與固化溫度和外加固化劑（HCl）濃度有關。通過測定不同溫度下樹脂砂固化時間數據，可以看到固化溫度越高，樹脂砂固化時間越短，反之越長。盡管溫度可以改變樹脂砂的固化時間，但在現場應用中很難改變井底溫度，使之達到固化要求。固化劑（HCl）對酚醛樹脂固化反應有催化作用，鹽酸濃度高，固化速度快，反之則慢。因此選擇合適的鹽酸濃度，可以控制固化反應時間。

2.5 固化時間對抗壓強度、滲透率的影響

巖心的抗壓強度和滲透率是油井防砂的最重要參數，為了研究它們與固化時間的關系，通過在40℃水浴中，分別放置多個樣品，按不同時間取出測定巖心的抗壓強度和滲透率。分析實驗數據可以看出，所制得的樹脂砂，初期固化強度（12h）在1.5MPa以下，12～60h強度緩慢上升，約60h后強度達到5.8MPa以上，而固化時間對滲透率基本沒有影響。

2.6 新型樹脂砂

通過上述的相關實驗對樹脂砂有了比較全面的認識，考慮到抗壓強度和滲透性等參數，最終確定了樹脂砂配方，其中包括樹脂用量、助劑含量、包覆溫度、固化劑濃度等。初期抗壓強度是在樹脂砂巖心溫度為40℃下測定的。新型樹脂砂對溫度的敏感性比較強，在樹脂砂沒有完全膠結固化前，它的巖心抗壓強度會隨著溫度的變化發生改變。利用油田熱污水沖砂時，溫度在60℃左右就可以促進樹脂砂塞軟化，達到降低抗壓強度、利于沖砂的目的。

3 小井眼沖砂工具的設計

本次設計的小井眼沖砂工具設計如下（圖1），液體出口管道內徑為d1，流速為v1，液體密度為ρ，管道截面積為S，流量為Q。假設液體流出管道后直接沖擊樹脂砂面，液體沿管道方向的速度降為零，即v2=0。

圖1 沖砂工具設計圖

[1] 趙洪忠.遼河油區細粉砂防砂工藝技術研究與應用[J].特種油氣藏，2007，14（4）：85-87.

E x p e r i me n t a l S t u d y o n S a n d C o n t r o l T e c h n o l o g y o f R e s i n S a n d i n S a n d s t o n e F o r ma t i o n

Zheng Xue-ming，Shao Jian-bo

Aiming at the diff i culty of sand control in small borehole，a new sand control technology of resin sand was carried out，which solved the problem of drilling and drilling in small well hole and achieved good effect.

resin sand；small borehole；sand control technology；deep stratum

TE358.1；

B

1003-6490（2017）08-0079-01

2017-05-31

鄭學明（1984—），男，山東棲霞人，助理工程師，主要從事采油工藝、井下作業工作。