纤维复合防砂技术在草104区块的应用

付倩倩.

(中石化胜利油田石油开发中心有限公司，山东东营 257000)

油井出砂严重影响油田的高效开发，若不采取防砂措施，油井出砂会愈发严重，不仅会严重腐蚀地面和井下设备，造成砂卡，还会砂埋油层、砂堵井筒造成油井停产，甚至会引起井壁坍塌造成油井报废[1-6]。传统防砂技术适用于砂粒粒度中值相对较粗、分选性较好的地层，而不适用于砂粒粒径较小的地层。纤维复合防砂集机械防砂和化学防砂的优点于一体，不仅能防细粉砂，在近井地带形成一个渗流能力较好的人工井壁，提高防砂有效期，还能形成高强度的挡砂屏障，解除近井地带的污染与堵塞，提高油井产能。

1 草104单元现状

草104块位于乐安油田西区，东营凹陷南斜坡，石村断层以南的下降盘。Es2和Es3是主要的含油层系。该单元含油面积为3.6 km2，地质储量为856×104t，随着草104单元的持续开发，储层砂岩体承载砂砾的负荷逐渐增加，砂砾间的应力平衡遭到破坏，使得油井出砂严重。针对草104单元注汽压力高、液量低、供液差、易出砂的油井，可采用纤维复合防砂工艺，改变油井近井地带的渗流能力，提高单井液量[7-13]。

2 纤维复合防砂技术

采用非固结砂来增大充填半径、降低材料成本，通过高温纤维化学覆膜砂建立耐高温高强度挡砂屏障，并配套使用防砂管和循环充填来改善防砂效果，具有稳产与防细粉砂的双重效果[14-20]。该技术虽然在某些油田取得了较好的防砂效果，但是就草104单元来说还存在早期防砂失效的问题。为了解决此问题，对纤维复合体的配方进行了优化，并对高温树脂涂覆砂的性能进行了改进。

2.1 纤维复合体配方的优化

通过研究砂体中有无纤维、纤维的掺入比例、纤维长度、纤维直径等对砂体稳定性的影响，确定纤维复合体的最优配方，提高防砂的有效性。表1为纤维砂体实验条件。

表1 纤维砂体实验条件Table 1 Experimental conditions of fiber sand bodies

2.1.1 纤维对砂体稳定性的影响

按照实验号1、2进行实验，研究有无纤维对砂体稳定性的影响。实验结果表明：在砂体粒径相同的情况下，有纤维的砂体的临界出砂流量是无纤维砂体的17.6倍，有纤维的砂体的临界出砂压力是无纤维砂体的31.3倍，如图1 所示。这说明纤维能高效增加砂体的稳定性，所以在砂体中要加入纤维。

2.1.2 纤维掺入比例对砂体稳定性的影响

按照实验号5、6进行实验，研究纤维掺入比例对砂体稳定性的影响。实验结果表明：在其他条件相同的情况下，纤维浓度为1.5%的砂体的临界出砂流量是浓度为1%的1.75倍，纤维浓度为1.5%的砂体的临界出砂压力是浓度为1%的2.2倍，如图2 所示。这说明纤维的浓度对砂体的稳定性影响较大，但当纤维的浓度大于2%时，纤维之间会出现缠绕与抱团导致纤维分散不均，降低涂层砂的固结强度。因此确定纤维的浓度为1%～2%。

图1 有无纤维对砂体稳定性的影响Fig.1 Effect of fiber on the stability of sand body

图2 纤维掺入比例对砂体稳定性的影响Fig.2 Effect of fiber blending ratio on sand body stability

2.1.3 纤维长度对砂体稳定性的影响

按照实验号2、3进行实验，研究纤维长度对砂体稳定性的影响。实验结果表明：在其他条件相同的情况下，不论是临界出砂流量还是临界出砂压力，纤维长度为25 mm的是纤维长度为10 mm的2倍左右，如图3 所示。这说明长纤维对砂体的稳定性更好，但是考虑到实际情况，长纤维不易与支撑剂混合均匀，且油田射孔孔径最大一般不超过15 mm，若纤维长度大于10 mm，泵入地层有难度。因此确定纤维长度为10 mm。

图3 纤维长度对砂体稳定性的影响Fig.3 Effect of fiber length on sand body stability

2.1.4 纤维直径对砂体稳定性的影响

按照实验号3、4、5进行实验，研究纤维直径对砂体稳定性的影响。实验结果表明：在其他条件相同的情况下，纤维直径对临界出砂流量的影响很小，但对临界出砂压力的影响较大，直径为15 μm的纤维的临界出砂压力明显优于直径为23 μm和33 μm的纤维的临界出砂压力，如图4所示。这说明直径为15 μm的纤维对砂体的稳定性更好。因此，确定纤维的直径为15 μm。

图4 纤维直径对砂体稳定性的影响Fig.4 Effect of fiber diameter on sand body stability

2.2 高温树脂涂覆砂性能的改进

2.2.1 树脂加量对涂覆砂强度的影响

按偶联剂、增强剂、改性剂、增韧剂、ER树脂粉末、石英砂之间的质量比为0.05∶0.5∶0.5∶1∶3∶100，研究树脂的加入比例对涂覆砂强度的影响。

由表2可知，当树脂与石英砂的质量比超过10%时，涂覆砂的抗压强度变化幅度很小，且考虑到树脂价格相对较贵，最终确定树脂的加量为石英砂质量的10%。

表2 树脂加量对涂覆砂强度的影响Table 2 Effect of resin addition on the strength of coating sand

2.2.2 高温树脂加量对涂覆砂强度的影响

高温树脂是由常温树脂和高温树脂按一定的比例混合而成。由于树脂加量为石英砂质量的10%时涂覆砂的强度较高，为了提高树脂的耐温性能，在常温树脂中加入高温树脂，当常温树脂与高温树脂的质量比在5∶5或6∶4时，抗压强度较高为4 MPa(表3)。考虑到高温树脂价格较贵，确定常温树脂与高温树脂的质量比为6∶4，即常温树脂与石英砂的质量比为6∶100，高温树脂与石英砂的质量比为4∶100。

表3 常温树脂与高温树脂加入比例对涂覆砂强度的影响Table 3 Effect of the ratio of normal temperature resin to high temperature resin on the strength of coating sand

2.3 高温树脂纤维复合砂体耐温性能评价

由2.2确定出纤维复合体的配方为偶联剂、增强剂、改性剂、增韧剂、ER树脂粉末、常温树脂、高温树脂、石英砂之间的质量比为0.05∶0.5∶0.5∶1∶3∶6∶4∶100。分别取温度为200 ℃、240 ℃、280 ℃、320 ℃、350 ℃，研究高温涂覆砂和纤维复合体的耐温性能，如图5所示。

图5 砂体耐温性能Fig.5 Comparison of temperature resistance of sand bodies

当温度高于240 ℃后，纤维复合体和高温树脂涂覆砂的抗压强度都不同程度地下降，但高温树脂涂覆砂的下降更快，在350 ℃时，高温树脂涂覆砂的抗压强度为4.2 MPa，而纤维复合体的抗压强度大于6 MPa，远高于高温树脂涂覆砂，具有更好的耐温性能，有利于砂体的稳定性。

3 现场实例

针对草104区块储层岩性细、黏度高，泥质、粉细砂运移易造成近井地带和防砂层堵塞，多轮次吞吐后期防砂有效期变短的问题，配套采用了筛管+纤维复合防砂技术，通过封隔高压一次充填防砂，用大排量高砂比携砂液，通过纤维和覆膜砂在地层形成连续稳定的高强度充填砂体，阻止地层砂向井筒运移，同时在井筒配套机械滤砂管，解决出砂问题，释放油井产能。

在草104区块先后实施纤维复合防砂9井次，不仅改善了地层的渗流条件，而且增加了产能，抑制了油井含水的上升。相比常规机械防砂(表4)，周期增油5 051.1 t，平均油气比提高0.38，大大提高了措施增油效果。其中C104-XN64峰值日产油13.3 t，周期平均日产液增加23.8 t，周期平均日产油增加3.5 t；C104-21峰值产油9 t，周期平均日产液增加21.8 t，周期平均日产油增加3 t，增油效果显著，实现了对失控储量的有效动用。实施的9口井中，平均含水降低2.3%，其中含水下降最大的井为C104-X28，含水下降33.3%，C104-X35含水下降17.8%，含水下降显著，有效地抑制了油井出水，实现了控水增油。同时取得了较好的经济效益，产出投入比达到4.6，实现了该区块的效益发展。

表4 不同防砂方式对比表Table 4 Comparison of different sand control methods

下一步将在草104单元东区开展有针对性的扶长停工作，其中有8口井已有初步方案，达到综合治理草104东区出砂井的目的，使储量实现有效动用。

4 结论

(1)通过实验研究优化出防砂纤维的浓度为1%～2%，纤维长度为10 mm，纤维的直径为15 μm。

(2)高温树脂涂覆砂性能的改进确定出纤维防砂体配方为：偶联剂、增强剂、改性剂、增韧剂、ER树脂粉末、常温树脂、高温树脂、石英砂之间的质量比为0.05∶0.5∶0.5∶1∶3∶6∶4∶100。在350 ℃时，纤维复合体的抗压强度优于高温树脂涂覆砂。

(3)纤维复合防砂在草104区块的应用取得了突破，相比常规机械防砂周期增油5 051.1 t，平均含水降低2.3%，平均油气比提高0.38，产出投入比达到4.6，取得非常好的经济效益，在类似稠油区块具有很高的推广价值。