蒸汽驅井組地層深部防砂技術研究與應用

陳 楠

（中國石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦 124010）

遼河油田是國內最大的稠油生產基地，生產原油中60%為稠油，由于稠油黏度大、流動性差，稠油的開采方式主要為蒸汽吞吐熱采。隨著生產時間的延長，蒸汽吞吐輪次的采油效果越來越差，采出液中油水比達到1 ∶9的油井越來越多。為此需要一種更為有效的熱力采油方式，油井將吞吐開采轉換為蒸汽驅開采。根據已有實驗統計，油井轉換成蒸汽驅開采后，將新增30%采收率。在遼河油田齊40塊進行的蒸汽驅先導試驗取得了較好的效果，表明蒸汽驅技術是油井蒸汽吞吐生產后較好的替代技術[1]。由于稠油油藏地質上存在油藏埋藏淺，多為泥質膠結，膠結較為疏松，稠油油藏普遍存在著出砂的問題，再加上注入蒸汽對地層巖石骨架的破壞作用與稠油的拖曳作用，熱力開采油藏出砂情況較為嚴重。為提高汽驅質量、保證汽驅效果，需要解決防砂問題。目前熱采防砂技術具有耐高溫能力，但存在防治有效期短的缺點。比如多輪次注汽后，防砂材料強度下降、防砂過濾單元堵塞、重復防砂施工等問題。對于汽驅井組來說，無論注氣井還是產油井，都要經受成年累月的高溫蒸汽環境，重新進行防砂施工對生產以及防砂工藝都會帶來很多影響，甚至施工的可能性幾乎沒有，對防砂有效期的要求很高，急需研究適用于蒸汽吞吐、蒸汽驅井的長效的防砂技術[2]。

1 汽驅井組防砂原理

對于出砂的汽驅井組，不但要對生產井采取防砂措施，對注汽井也應采取防砂措施。本研究以化學壓裂防砂為主要措施進行研究[3]。為了延長防砂有效期，提高熱采油井防治效果，將熱固性酚醛樹脂以及耐熱助劑以復雜的涂覆方式，涂覆到焦炭顆粒支撐劑上形成耐熱樹脂覆膜砂。由于焦炭顆粒支撐劑表面具有豐富的孔隙，樹脂以及助劑涂覆時，會被孔隙吸收進焦炭顆粒內部，因此，相對于其他支撐劑，焦炭顆粒可涂覆更多的樹脂，在極大提高樹脂涂覆砂強度的同時使覆膜砂具有較高的滲透率。

2 室內實驗研究

2.1 樹脂砂覆膜及巖芯的制備

（1）實驗材料

支撐劑為粒度0.45～0.9mm 石英砂；0.3～0.6mm 焦炭顆粒；熱固性酚醛樹脂；偶聯劑；工業酒精；工業鹽酸等。（2）樹脂砂覆膜工藝

樹脂覆膜砂的包覆工藝可分為冷包覆和熱包覆兩種。冷包覆加工比較簡單，但包覆質量差，表現在涂覆率低、粉塵含量高、樹脂砂的抗壓強度及滲透率較低；熱包覆加工比較復雜，但包覆質量好，表現為涂覆率高、粉塵含量低、能提高樹脂砂的抗壓強度和滲透率。表1是在原材料配比一致的情況下，采用不同的包覆方式測得的樹脂砂實驗數據。

表1 兩種包覆方式下測定的樹脂砂相關實驗參數

從表1看出，熱包覆樹脂砂的最終抗壓強度、滲透率等各項指標都明顯好于冷包覆樹脂砂。

（3）樹脂砂覆膜溫度

通過大量實驗，總結出不同的包覆溫度能夠影響成品砂質量和成品率，溫度過高，成品砂的樹脂活性降低，固化強度下降；溫度過低，破碎篩分困難，不利于加工，成品率低。表2是不同包覆溫度下成品砂主要特點描述

表2 不同包覆溫度下成品砂主要特點描述

分析實驗結果，包覆溫度過低時，樹脂在支撐劑表面結塊現象嚴重，樹脂砂篩分困難，包覆溫度過高時，樹脂溶液無法進入焦炭顆粒內部孔隙，而是迅速在表面涂覆完成后堆積于表面上，造成抗壓強度低，樹脂砂篩分困難的問題。為了制備出符合要求的樹脂砂，包覆溫度應≤100℃。

（4）制備巖芯評價性能

將200g 耐熱樹脂涂覆砂倒入500mL 燒杯中，加入4%的稀鹽酸溶液，攪拌1min 后，撈出樹脂砂并裝入一端帶銅網的不銹鋼筒中，另一端也蓋上銅網，用中央帶孔的螺絲擰緊不銹鋼筒；完成后將帶螺絲的鋼筒一端深入3%酸液中，另一端用吸耳球把酸液吸入不銹鋼筒中，密封后放到水浴中，溫度35℃以上，固化48h，制成巖芯。

2.2 結果與討論

（1）巖芯抗壓強度及滲透性實驗

巖芯的抗壓強度和滲透率是油井防砂的最重要參數。油井地層是一個復雜的高壓環境，在油井生產過程中，由于井內流體的拖拽作用、井下作業施工以及地層應力變化會造成固化強度較低的樹脂涂覆砂破裂返吐，砂埋井筒，造成防砂措施無效。因此樹脂涂覆砂在膠結固化后需要有較高的抗壓強度。表3是樹脂含量與巖芯抗壓強度和滲透率的實驗結果。

表3 樹脂含量與巖芯抗壓強度的實驗數據表

從表3看出，樹脂含量越高，巖芯的抗壓強度越大，過高的強度固然理想，但巖芯的滲透率會大大降低，甚至失去過濾能力；而且過高的樹脂含量也會增加成本。選擇合適的強度，同時考慮滲透能力是本實驗的最終目的。

（2）巖芯耐高溫性能評價

將制得的多塊巖芯放入高壓釜中，在350℃恒溫下，將耐熱樹脂涂覆砂制備成標準巖芯進行90d 耐熱測試，90d 后取出巖芯，測得該巖芯滲透率為30.3μm2，抗壓強度為9.5MPa，抗折強度在4.7MPa，各項性能指標較平穩，能夠滿足稠油蒸汽驅井組防砂的要求。

3 現場試驗

3.1 施工工藝的選擇

汽驅井組間應具備較好的連通性，而由于地質儲層條件、采油工藝措施等原因會造成井組間的連通性具有差異性，與注汽井連通性好的油井注汽受益好，產液量增加；與注汽井連通性差的油井受益少，產液量減少或增產效果差。如蒸汽過早突破連通好的井，將降低蒸汽利用率，影響整個井組的采收率。

為此，在蒸汽驅井組化學壓裂防砂措施施工設計時選用兩種施工方式。在注汽連通性好、地層孔隙度高、滲透率好的井組上采用擠注充填防砂工藝，即降低施工排量，以小于地層破裂壓力的方式將耐熱樹脂涂覆砂擠注填充到井內射孔炮眼及附近地層，形成防砂屏障；這種施工工藝成本也較低。對井組間連通性差、地層孔隙度小、滲透率較低的油井，提高施工排量，現場施工排量要≥2.5m3/min，以高于地層破裂壓力的排量，壓開地層裂縫，向地層裂縫以及裂縫周圍填充耐熱樹脂涂覆砂。這種工藝在防砂的同時，有效改善了措施井近井地層的滲透率及連通性，在防砂的同時達到均衡生產的目的。

3.2 現場施工情況

歡127-17-31井是遼河油田歡喜嶺采油廠歡127東塊的一口生產井，生產井段778.2～816.7m，20.1m/7層，施工前該井頻繁檢泵，油層出砂嚴重，導致油層滲流能力差，注汽難受益，屬于長停井，2015年2月14日實施壓裂防砂措施，21—25日注汽4 308m3，悶井6d，放噴后初期日產液20.2m3，日產油5.3t，該井在壓裂防砂措施結束后，生產平穩，增產效果顯著，與措施前對比，日增油達4.2t，目前累計產液量1 197.1m3，累計增油量480.4t。

4 結論

稠油熱采井蒸汽驅井組應用的耐熱樹脂涂覆砂，巖芯滲透率為30.3μm2，抗壓強度為9.5MPa，抗折強度在4.7MPa，在高溫下可長期保持穩定，適用于汽驅井組的防砂采用擠注充填與壓裂充填兩種施工工藝，起到有效平衡防砂與生產的目的，提高了蒸汽波及范圍，現場試驗顯示，防砂增產效果良好。