高渗透滤砂管的研制与应用

高 聚 同

（中国石化胜利油田有限公司孤东采油厂，山东东营 257000）

高渗透滤砂管的研制与应用

高 聚 同

（中国石化胜利油田有限公司孤东采油厂，山东东营 257000）

针对目前金属滤、化学滤对孤东油田注聚区存在防砂周期短、提液效果不明显等问题，通过室内实验，从6种树脂中优选出湿热性能好、力学性能及耐热性能佳的氰酸酯树脂作为基底，结合实验得到的最佳配比进行成型改进，最终得到一种具有高强度、高渗透率、抗堵塞的高渗透滤砂管。该滤砂管滤的砂器与中心管保持5 mm的过油间隙，增加了过油面积，提高了渗透率，同时具有更强的抗压抗折性，以及挡砂能力强、不易堵塞、耐化学性等优点，适合在疏松砂岩油藏的注聚区广泛应用。目前，现场已试验6井次，平均单井日增液34.2 m3，增液幅度91.9%，单井日增油1.8 t，动液面上升159.2 m，提液增油效果明显。

氰酸酯树脂；注聚区；湿热性；高渗透滤；疏松砂岩油藏

注聚区块油藏大部分是易出砂的疏松砂岩油藏，油井防砂后才能正常生产，防砂效果直接影响了注聚区的开发效果［1-4］。目前国内外滤砂筛管防砂技术主要向金属滤方向发展，对孤东油田聚合物堵塞状况适应性不强，因此需要重新对化学滤砂管进行研究改进，以满足化学驱油井防砂的需要，提高产液量，延长有效期。

1 研制思路

立足于解决油田三采驱出砂加剧、防砂有效期短、提液困难的现状，结合前期各种滤砂管在孤东油田的应用瓶颈，通过优选具有更好性能的树脂、固化剂，优化比例组合，在一定的条件下固结成型，制成具有较高强度和渗透性的滤砂器。主要对树脂、固化剂进行合理选择，并优化配比，设计合理的组装结构，形成新型高渗透滤砂管，在挡砂提液的同时达到延长防砂有效期的目的。

2 树脂选择与配比优化

2.1 树脂筛选

对环氧树脂（EP）、酚醛树脂（PF）、聚乙烯树脂（PE-LD）、聚苯乙烯树脂（SAN）、聚氯乙烯树脂（PVC）、氰酸酯树脂（CE）在力学性能、耐热性、湿热性能等方面进行了室内筛选。

2.1.1 力学及耐热性能对比 滤砂器基底材质需满足以下条件：大于80 ℃的耐热水平；机械性能上拉伸强度35～75 MPa，拉伸性能按GB 1458—1998测试，试样尺寸为Ø30 mm×150 mm；抗压强度按GB 1461—1998测试，试样尺寸为Ø25 mm×40 mm。实验测试的性能数据见表1。

表1 树脂性能对比

综合分析排除耐热性差的PE-LD、PVC，选择力学性能好的SAN、PF、EP、CE进行了湿热性能对比。

2.1.2 湿热性能对比 鉴于疏松砂岩地层的湿热环境，需要保证所筛选出的树脂在油层下能够保持良好的力学性能，而湿热性能的好坏直接影响到树脂各性能的持久度。树脂材料的吸湿是一个缓慢的湿度弥散过程［5］，吸湿率的大小决定了湿热性能的优劣，吸湿率越大越会加快树脂各性能的衰减。

将筛选出的4种等量的固化树脂材料分别在烘箱中干燥至恒重（W1），再完全浸泡于80 ℃恒温水浴中120 h，间隔24 h取出试样，用滤纸迅速擦去表面残留水分称重（W2），按下式计算吸湿率：（W1–W2）/W1×100%，并描绘其吸湿曲线见图1。

图1 4种固化树脂的吸湿曲线

由图1分析，同一时间吸湿率：SAN ＞EP ＞PF ＞ CE。整个过程CE、PF、EP均较快达到了吸湿平衡状态，吸湿率分别为0.65%、0.75%、0.92%，更适合作为滤砂器树脂基底的材料，CE耐湿热性能更为突出。

2.1.3 成型性能对比 对以上筛选的3种树脂分别混合石英砂、固化剂进行抗压抗折对比实验。固化剂采用常规的改性胺化合物，砂、固化剂、树脂按20∶0.5∶1质量比配比，分别在固化温度下固化24 h。

（1）抗折和抗压强度比较。在渗透率相同情况下，将成型的3种滤砂器试样进行抗折和抗压强度测定，对比数据见表2。

表2 滤砂器试样抗折抗压对比

（2）抗老化比较。将标准的3种树脂滤砂器同时浸泡在80 ℃恒温水浴中，在不同时间分别进行了强度测定，对比数据见表3。

表3 滤砂器试样抗老化对比

对实验数据综合分析，同一渗透率条件下，CE型与PF型滤砂器抗压抗折性能相当，均优于EP型滤砂器。但PF型滤砂器断裂伸长率低，脆性大，容易在钻井作业过程中断裂。

综合以上实验，选择抗压抗折强度高、抗老化性良好、断裂伸长率大、耐热性佳且不易在施工中断裂、易后期处理的氰酸酯作为滤砂器的树脂基底。

2.2 配比优化

为优化滤砂体的配比，分别在温度170 ℃、180℃、190 ℃下，变化石英砂、CE树脂、固化剂质量比制备滤砂器，得到温度与固化时间、配比与CE滤砂器的强度及渗透率的关系（见表4）。

表4 滤砂器材料配比与强度及渗透率的关系

从表4数据分析，树脂含量对强度有较大影响。CE树脂含量越高，强度越大，渗透率越小；不同温度下固化时间随固化剂的添加而减少，当固化剂质量比例达到1.5时，固化时间趋于稳定；温度≥180℃时固化时间趋于稳定；各温度下，当树脂质量比例达到20以上时，渗透率下降趋势加大。综合以上分析，180 ℃下石英砂、氰酸酯树脂与固化剂以100∶20∶1.5的质量比制备的滤砂器在强度、渗透率、固化时间上更适于孤东油田的现场应用。

3 滤砂管成型及性能测试

3.1 成型及改进

滤砂管构成主要为2部分：外层滤砂器和中心钢管。滤砂器分3段粘合而成，接头由ABS塑料接头与中心钢管粘合固定。

滤砂管的总体结构包括滤砂器、中心钢管、可钻式管状连接管和可钻式垫圈。滤砂器长度与中心钢管相同，中心钢管设置于滤砂器内，相邻两中心钢管之间通过可钻式管状连接管相连接；滤砂器和中心钢管之间设置有可钻式垫圈，滤砂器和中心钢管之间设置有5 mm的过油缝隙，中心钢管的管壁上设置有孔径为10 mm的过油孔，过油面积占中心管外表总面积3.6%（图2）。

图2 滤砂管纵向剖面

3.2 性能测试

3.2.1 强度测试 将成型滤砂管试样浸泡在80 ℃恒温水和聚合物混合体中，在不同浸泡时间下，分别对试样进行抗折和抗压强度测定，结果见表5。对数据分析发现，氰酸酯型高渗滤砂管试样在浸泡6 240 h（260 d）后仍保持较高的强度，抗折强度8 MPa，抗压强度15 MPa，远高于施工标准，说明高渗透滤砂管在注聚区油井的提液周期可以达到260 d以上。

表5 成型滤砂管试样抗折抗压强度

通过线性拟合可以求出400 d（即9 600 h）的抗压强度。拟合公式为

经计算400 d时抗压、抗折强度分别为8 MPa、15 MPa，证明氰酸酯高渗滤砂管可在地层温度80 ℃下长期使用，满足施工标准要求。

3.2.2 渗透率测试 在长为L、横截面积为A的松散砂柱两端施加恒定的压差Δp，如果清水的流量为Q，根据达西定律，该松散砂的渗透率为

式中，Q为压差Δp下通过砂柱的流量，cm3/s；A为砂柱截面积，cm2；L为砂柱长度，cm；μ为通过砂柱的流体黏度，mPa·s；Δp为流体通过砂柱前后的压差，10–1MPa；k为砂柱的绝对渗透率，D。

实验装置见图3，由砂体装料管、压力测量系统和流量测量系统3个主要部分组成。整个装置除连接管外，均为有机玻璃制成。被测砂粒装填于有机玻璃管内，砂柱有效高度L可直接测量。实验过程中，保持液面在一恒定高度，通过液面高度求出恒定压差Δp。高渗透滤砂管的渗透率实验数据见表6，其渗透率优于普通滤砂管，平均为14.9 D。

图3 测试装置

表6 高渗滤与普通滤渗透率对比

3.2.3 耐化学性测试 将成型的滤砂管在不同流体中相同温度浸泡30 d后，其强度测定见表7。对数据分析可知，该滤砂管的耐化学性良好，在苯、二甲基甲酰胺、甲醛、柴油、石油、浓醋酸、三氯醋酸、磷酸钠溶液和30%H2O2中力学性能稳定，但易被25%氨水、4%氢氧化钠水溶液、50%硝酸和浓硫酸侵蚀，因此不宜与强酸及强碱接触。

表7 高渗滤砂管受不同化学流体介质的影响

4 现场应用

自2013年以来，针对注聚区液量低的防砂油井应用该工艺，共实施6井次，可对比6井次，成功率100%；平均日产液71.4 m3，日产油3.9 t，含水94.5%，动液面575 m；平均单井日增液34.2 m3，增幅91.9%，单井日增油1.8 t，动液面上升159.2 m，阶段累增油790.5 t。可以看出，高渗滤砂管有明显的提液增油效果，能够满足注聚区油井的防砂要求。

5 结论

（1）通过室内评价，高渗透滤砂管具有渗透率高、力学性能好、耐温耐腐蚀等特点。该滤砂管适用于注聚区、水区等堵塞出砂且有待提液的油井，不适用于稠油区注汽油井。

（2）高渗透滤砂管现场应用简易，应用配套设施少，提液增油效果好，成本低，投入少，适于大规模推广。

［1］王毅，杨海波，彭志刚.精密复合滤砂管防砂完井技术［J］.石油机械，2008，36（6）：60-61，94.

［2］王绍先，魏新芳，徐鑫，等.高强高渗滤砂管的研制及实验研究［J］.石油钻采工艺，2010，32（1）：50-52.

［3］李波，吴晓东，安永生，等.水平井精密滤砂管完井表皮因子计算模型［J］.石油钻采工艺，2012，34（3）：52-56.

［4］郑伟林.水平井可钻滤砂管的研制与应用［J］.石油钻采工艺，2012，34（3）：94-100.

［5］张骏华，盛租铭，孙继桐.导弹和运载火箭复合材料结构设计指南［M］.北京：宇航出版社，1999：98.

（修改稿收到日期 2014-04-25）

〔编辑 付丽霞〕

Development and application of high-permeability screen tube

GAO Jutong
（Oil Production Technology Research Institute of Gudong Oil Production Plant,Shengli Oilfield Company,Sinopec,Dongying257000,China）

In view of the problems that the metal filter and chemical filters now used in polymer injected areas in Gudong Oilfield have a short sand control period and are not obvious in lifting the fluid,cyanate ester resin with favorable hydrothermal properties,mechanical property and heat-resistant performance is selected from six types of resins by lab experiments and used as substrate,which after further molding and improvement as per the optimum ratio obtained from the lab tests,finally produces a high-permeability screen tube with high strength and resistance to blocking.This screen tube filter has a 5 mm clearance to the center pipe,which increases the oil flow area and improves the permeability;meanwhile,it is characterized by strong compression resistance and bending resistance,strong sand control,not being easily blocked and resistance to chemical corrosion;it is suitable for extensive application in polymer injected areas of unconsolidated sandstone reservoirs.At present,tests of 6 well times have been carried out,and the average fluid increase is 34.2 m3per day,up by 91.9%;oil production per day is increased by 1.8t,and the working fluid level is increased by 159.2m,generating obvious effectiveness in lifting the fluid level and increasing oil production.

cyanate ester resin;polymer injected area;hydrothermal property;high-permeability;unconsolidated sandstone reservoir

高聚同.高渗透滤砂管的研制与应用［J］.石油钻采工艺，2014，36（4）：116-119.

TE931.2

：B

1000–7393（2014）04–0116–04

10.13639/j.odpt.2014.04.029

高聚同，现为副总工程师。电话：15954657657。E-mail：45203541@.com。