覆膜砂防砂快速固化技术优化研究与应用

李常友

(中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东 东营 257000)

我国疏松砂岩油藏分布范围较广、储量大，产量占有重要的地位。为了防止油井出砂，根据油层和开采工艺要求，采用相应防砂技术来确保油井正常生产[1-2]。对于细粉砂岩油层而言，化学防砂技术尤为有效，且施工简单、成本低，特别适用于低油价下的油水井开发[3-10]。覆膜砂防砂技术是主要的化学防砂技术之一，将可固结的树脂预包在石英砂表面，使其干燥，形成互不粘连的树脂预包砂，用携砂液将其携带注入出砂油层，在地层温度及压力下固结形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，从而达到防止油层出砂的目的[11-15]。该技术为胜利油田疏松砂岩油藏化学防砂的主导技术之一，得到了大面积的推广应用，孤岛采油厂年实施300井次以上，临盘采油厂也在200井次以上。随着油田进入特高含水期，该工艺暴露出了反应速度慢，固结强度低，候凝时间长(72 h)等问题，作业成本高，劳动强度大。为此，进行快速固化及强度增强技术优化研究，对覆膜砂防砂技术进行改进和完善，缩短防砂作业占井时间，提高固结强度，延长覆膜砂防砂技术的现场使用有效期。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

主要仪器：

LDY-1岩心流动实验装置、KYS-2000电动抗折仪、电热恒温水浴锅、真空泵、电子天平。

实验材料：

树脂软化剂：烃类、酮类、醇类等有机溶剂；

固化剂：有机胺、醛类、有机硅、无机盐、复合酸；

调节剂：羧酸类、磺酸类、胺类、醛类、有机硅类、无机盐类；

试剂：无水乙醇、分析纯煤油、氢氧化钠、盐酸等；

污水取自孤岛采油厂污水，自来水为明化镇清水；

玻璃管：φ25 mm×300 mm。

1.2 实验方法

1.2.1 固结体的制备

将覆膜砂与适当的化学剂溶液混合搅拌均匀后，装入φ25 mm×300 mm的玻璃管中，下端用橡胶塞压实封堵，置于恒温水浴锅中，一定温度下恒温固结一定时间，完全固结后取出，轻轻敲碎玻璃管，取出固结体，待晾干后将其两端磨平，备用。

1.2.2 抗折强度的测试方法

按照SY/T5276-2000《化学防砂人工岩心抗折强度、抗压强度及气体渗透率的测定》标准，用电动抗折仪测定。

1.2.3 渗透率的测试方法

将干燥的固结体抽真空，饱和，置于岩心夹持器，在一定的流量下开展岩心实验，测渗透率至数据稳定。

1.2.4 耐介质性能测试方法

将固结体分别放入煤油、污水、5%盐酸、5%氢氧化钠溶液中，密封后，分别在室温、60℃的水浴中恒温7 d，测定其前后抗折强度及渗透率。

2 结果与讨论

2.1 软化剂、固化剂、调节剂的确定

在室内通过实验选择软化剂为醇类，加量为5%左右；固化剂为有机胺类，加量为5%左右；调节剂为有机酸与无机酸的复配产品，加量为5%～10%。

2.2 快速固化增强剂的配方优化

2.2.1 主体配方的优化

利用正交实验，对快速固化增强剂的配方进行了优化，通过测定不同配方下的抗折强度及渗透率，确定快速固化增强剂的配方(见表1、表2)。

表1 快速固化主体配方优化配比表

表2 正交实验影响因素分析表

通过正交实验表1，表2可以看出，在抗折强度的实验中，固化剂的浓度是影响的主要因素，其次是软化剂，影响最小的是调节剂；从渗透率的实验结果可以看出，调节剂是影响渗透率的主要因素，软化剂、固化剂基本相当。考虑固化强度大于3 MPa，渗透率不低于30 μm2，结合实验结果，从经济性考虑，确定快速固化增强剂的主体配方为：软化剂3%，固化剂5%，调节剂5%。

2.2.2 缓蚀剂的筛选

快速固化增强剂具有酸性，对管柱、设备有腐蚀作用，而缓蚀剂对储层又会产生伤害，为此对现场应用效果较好，且对储层伤害小的酮醛胺缩合物类缓蚀剂的用量进行了实验优选(见表3)。

表3 缓蚀剂的筛选实验数据

从表中实验数据可以看出，60℃时缓蚀剂的投加浓度为0.3%即可达到行业一级标准(不高于2 g/(h·m2))；90℃度时缓蚀剂的投加浓度为0.5%时即可达到行业一级标准(不高于4 g/(h·m2))。现场实施根据具体井的油层温度选择应用。

2.3 快速固化增强剂性能与影响因素

2.3.1 温度对固结强度的影响

室内分析了从40℃至90℃不同温度下快速固化增强剂对固结强度的影响，并与未加快速固化增强剂的固结强度进行了对比，见表4。

从表4中可以看出自60℃开始，加入快速固化增强剂后24 h固结强度均在3.5 MPa以上，且随着温度的升高强度不断增强。

2.3.2 固化时间对固化强度的影响

将覆膜砂与快速固化增强剂充分混合搅拌均匀，装入玻璃管中，放在60℃恒温水浴中，测定不同固结时间下的抗折强度，并与未加快速固化增强剂的进行比较，见表5。

实验结果可以看出60℃下固化24 h固结强度达到3.89 MPa，未加固化剂的72 h固结强度为3.15 MPa，可见快速固化增强剂提高了固结反应速度，缩短了固结时间。

表5 固化时间对固结强度的影响

2.3.3 固结体耐介质性能评价

将覆膜砂与快速固化增强剂充分搅拌均匀，装入玻璃管中，放在60℃的恒温水浴中固结24 h，取出晾干，两端磨平后，在常温、60℃下浸入到不同的介质中，在密闭条件下放置10 d，20 d，30 d取出，测其抗折强度，见表6。

从表6中可以看出污水、油类、酸对固结强度没有影响，碱性条件下会破坏覆膜砂的固结，因此现场实施时应避免与碱结合。

3 现场试验及应用情况

在胜利油田临盘、孤岛、孤东等采油厂疏松砂岩油藏16口井上进行了覆膜砂防砂试验应用。表7列出了部分井的现场实施效果统计，表明防砂后较防砂前均有不同程度的增产。16口井现场施工均继续有效，最长有效期465 d，试验均获得一次性成功，30 d成功率100%，90 d有效率100%，平均单井施工费用10.3万元，降本增效效果显著。

表6 不同介质不同温度对固结强度的影响

表7 部分井防砂效果统计表

4 结论与认识

(1)研发的覆膜砂快速固化增强剂，解决了原来反应速度慢，固结强度低，侯凝时间长(72 h)的问题，在60℃下，固结24 h，其抗压强度可达3.5 MPa以上，渗透率大于30 μm2，对储层具有较好的适应性，对酸、油及污水的耐受性较好，不耐碱，现场实施应注意。

(2)现场应用表明，快速固砂技术适合胜利油田疏松砂岩油藏防砂施工，实施后在维持原井生产的基础上，提液23.0%左右，油量从2.2 t/d提高到3.4 t/d。

(3)单井实施材料费用在10万元左右，较其他防砂措施低20%以上，为低油价下油田的效益开发提供了技术支撑。