分枝井眼连接处固砂液体系室内研究
2013-08-14李玉光林科雄舒福昌向兴金
李玉光,林科雄,舒福昌,向兴金,王 珊,陈 欢
(1.中海油研究总院,北京100027;2.海洋石油高效开发国家重点实验室,北京100027;3.荆州市汉科新技术研究所,湖北 荆州434000)
采用分枝井技术能更加有效地开采油气藏,已引起石油工业界的高度关注。但该技术也存在着一些问题,如在井下作业及生产过程中,由于分枝井眼连接处疏松砂岩胶结强度差,使得该处井壁坍塌,导致分枝井眼连接处井段失效,严重时甚至会导致井眼报废。为了保证分枝井钻井和完井作业的顺利进行,必须提高分枝井眼的稳定性。
鉴于此,作者室内初步研制了低粘度有机固砂剂HFN-HY并以其配制固砂液体系5%HFN-HY+1.5%HGH-8,利用化学防砂固砂方法,对分枝井眼连接处井壁进行固化处理,提高其胶结强度,以防止井壁坍塌引起分枝井眼连接处井段失效[1]。
1 有机固砂剂HFN-HY的研制
目前市售的各种树脂,如酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂及呋喃树脂,因为其相对分子质量大、粘度高,在固结地层砂时流动性差,堵塞严重,胶结强度低,很难满足分枝井夹壁墙固化要求。为此室内研制了一种新型有机固砂剂HFN-HY,它是一种低聚物,粘度低、流动性好,对砂粒胶结能力强[2-5]。其理化性能见表1。
2 固砂液体系的确定
取200g 40~80目(0.18~0.38mm)石英砂,先加入不同种类固化剂,混合均匀;再加入有机固砂剂HFN-HY,混合均匀,装模候凝。测定其固化性能,结果见表2。
表1 有机固砂剂HFN-HY的理化性能Tab.1 Physicochemical properties of organic sandconsolidation HFN-HY
表2 不同固化剂作用下,有机固砂剂HFN-HY的固化性能Tab.2 Consolidation properties of HFN-HY with different consolidation agents
从表2可以看出,HGH-8作为固化剂时,有机固砂剂HFN-HY的固化性能最好。以1.5%HFN-HY+0.75%HGH-8作为固砂液体系时,固结体抗压强度达到4.01MPa。因此,选择HGH-8作为固化剂。
在固化温度为60℃、固化时间为24h的条件下,改变HGH-8、HFN-HY的加量,室内考察不同固砂液体系对固结体抗压强度的影响,结果见图1。
图1 不同固砂液体系对抗压强度的影响Fig.1 Effect of different sand-consolidation fluid systems on compressive strength
从图1可以看出,当固化剂HGH-8加量一定时,随着有机固砂剂HFN-HY加量的增加,固结体的抗压强度相应升高,当有机固砂剂HFN-HY的加量为4%、固化剂 HGH-8加量为1.5%或2.0%时,固结体抗压强度均达到10MPa以上;当有机固砂剂HFNHY加量一定时,随着固化剂HGH-8加量的增加,固结体的抗压强度略微升高,当HFN-HY加量由4%增至5%时,添加1.5%HGH-8的固化效果反而较添加2.0%HGH-8的更好。因此,确定5%HFN-HY+1.5%HGH-8为分枝井眼夹壁墙固砂液体系。
3 固砂液体系性能评价
3.1 评价方法
室内研究中利用“拌砂法”制作实验用固结体。具体方法是:将一定量不同目数的石英砂和固砂液体系混合均匀装入固结体制作模具中,置于一定温度恒温烘箱或水浴中固化一定时间,脱模测试性能。
3.2 砂粒含土量对固结体抗压强度的影响
选择不同粒径砂粒,以固砂液体系5%HFN-HY+1.5%HGH-8在60℃下固化不同含土量砂粒24h,室内考察砂粒含土量对固结体抗压强度的影响,结果见图2。
从图2可以看出,随着砂粒粒径的减小,固结体的抗压强度总体有所升高,但并不明显;随着砂粒含土量的增加,固结体的抗压强度逐渐降低。
图2 砂粒含土量对抗压强度的影响Fig.2 Effect of soil content in sand on compressive strength
3.3 砂粒含水量对固结体抗压强度的影响
有机固砂剂作用的地层都饱和一定地层流体,以固砂液体系5%HFN-HY+1.5%HGH-8在60℃下固化不同含水量(以砂粒质量计)砂粒24h,室内考察砂粒含水量对固结体抗压强度的影响,并以普通防砂固砂剂代替HFN-HY进行对比,结果见图3。
图3 砂粒含水量对抗压强度的影响Fig.3 Effect of water content in sand on compressive strength
从图3可以看出,在砂粒含水情况下,固结体抗压强度均随着含水量的增加而降低,相比较而言,添加有机固砂剂HFN-HY时的下降幅度较小,当砂粒含水量为9%时,固结体抗压强度能保持在10MPa以上;而添加普通防砂固砂剂时固结体在含水量超过2%后就几乎完全失去抗压强度。说明固砂液体系5%HFN-HY+1.5%HGH-8在固砂过程中具有良好的抗水污染性能。
3.4 固化条件对固结体性能的影响
室内考察了不同固化条件下5%HFN-HY+1.5%HGH-8的固结体性能,结果见图4。
从图4可以看出,固砂液体系5%HFN-HY+1.5%HGH-8具有较好的低温固化特性,随着固化时间的延长,固结体抗压强度升高。
4 固结体的抗腐蚀性能
图4 不同固化条件下的固结体性能Fig.4 The properties of cumulates under different consolidation conditions
将60℃下以固砂液体系5%HFN-HY+1.5%HGH-8固化24h得到的固结体置于不同流体介质中室温浸泡30d后测抗压强度,考察其抗腐蚀性能,结果见表3。
从表3可以看出,固结体具有良好的抗腐蚀性能,在不同流体介质中浸泡30d后的抗压强度变化不大。
5 结论
(1)室内初步研制了有机固砂剂HFN-HY,其具有粘度低、流动性好等特点,并优选了配套固化剂,确定适用于分枝井眼连接处井壁固化的固砂液体系为5%HFN-HY+1.5%HGH-8。
表3 不同流体中浸泡后的固结体性能Tab.3 The properties of cumulates soaked in different fluids
(2)室内研制的固砂液体系5%HFN-HY+1.5%HGH-8对不同粒径砂粒具有良好的胶结固化性能,抗压强度高,具有良好的低温固结性能和抗腐蚀性能,在地层砂含土和地层润湿情况下固结体抗压强度降幅较小,能够满足分枝井眼连接处井段固化技术要求。
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