HD-1注汽井新型防砂材料的研究與應用

沈朝霞,梁富春,高成元,刁俊西,孫理達

(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司孤島采油廠,山東東營 257231)

HD-1注汽井新型防砂材料的研究與應用

沈朝霞,梁富春,高成元,刁俊西,孫理達

(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司孤島采油廠,山東東營 257231)

孤島油田屬稠油疏松砂巖油藏,生產過程中油井出砂嚴重,現有的涂敷砂人工井壁防砂注蒸汽后強度較低,造成防砂成功率低,注汽后高強度采液生產周期較短。為此,通過室內試驗,優選出耐高溫樹脂、高強度骨架顆粒、偶聯劑、固化劑,進行室內配方優化試驗,評價固結體耐高溫性能,測定其滲透率,研制出一種適用于疏松砂巖油藏注蒸汽熱采井的HD-1注汽井新型防砂材料。在孤島油田稠油注蒸汽熱采區共試驗72口井,成功率為91.0%,截止目前,累計產油為121 572 t,單井平均有效期為233 d。現場應用表明:HD-1注汽井新型防砂材料耐高溫、強度高,防砂成功率高,有效期長,能夠有效改善注蒸汽熱采井的防砂效果。

疏松砂巖油藏;注蒸汽;防砂工藝;試驗研究

膠結疏松的砂巖油層在開發過程中,防止油層出砂是維持油井正常生產的一項重要措施。目前,國內外注蒸汽井多采用繞絲管防砂,可基本滿足防砂需要。但在地層疏松嚴重、虧空較大的油井上,環空充填的石英砂被蒸汽擠入地層,繞絲篩管被刺破,造成防砂成功率低、熱效率低、修井費用高。高溫涂敷砂防砂強度在高溫條件下隨時間下降較快,防砂有效期較短,很大程度上影響了注汽生產井產能和注汽熱效率[1-2]。為此,研究了強度高、耐高溫的新型熱采新型防砂材料,提高了化學防砂效果,達到了高效開采目的。

1 工藝原理

HD-1注蒸汽井防砂工藝是在特制的QZ顆粒表面涂敷一層帶有潛伏性固化劑的TPF樹脂高溫黏合劑,在油層溫度下,固化劑將黏合劑交聯成不熔的體型產物,在油層近井地帶形成一個具有一定強度和滲透性的擋砂屏障,防止油井在注蒸汽和生產過程中出砂。TPF樹脂是一種改性酚醛樹脂,與原有樹脂相比其固化強度更高、耐溫性更好,QZ顆粒是一種多孔材料,比表面較大,與石英砂相比與樹脂的結合力更大,因此,HD-1注汽井新型防砂材料綜合性能遠遠優于高溫涂敷砂。

2 室內試驗

2.1 高溫材料選擇

2.1.1 樹脂選擇

注蒸汽熱采井,井底溫度高。因此,對配方中所選用的材料需進行高溫試驗。選擇了幾種能夠耐高溫、又能滿足工藝實施條件的黏合劑進行室內試驗。將樹脂與固化劑按比例混合在一起,裝入玻璃管內,固化后放入330℃、16.6 MPa的高溫高壓反應釜中,恒溫96 h[3],測得的抗壓強度值見表1。

表1 黏合劑抗壓強度對比Tab.1 Comparison of compressive strengthof adhesion agents

2.1.2 骨架顆粒選擇

生產樹脂模塑料時,同種樹脂選用不同的填料,可使模塑料具有不同的性質。為此,選擇了幾種物質顆粒作骨架試驗。將樹脂、骨架顆粒、固化劑按比例混合在一起,晾干壓散,裝入Φ25 mm× 300 mm的玻璃管內加清水振實,放入60℃恒溫水浴固化3 d,制得Φ25 mm×130 mm的巖心。放入330℃、16.6 MPa的高溫高壓釜內,恒溫96 h,取出,在常溫下,測得不同材料作骨架顆粒時的抗折強度分別為:石英砂1.05 MPa,鵝卵石粉碎砂1.24 MPa,核桃殼0.56 MPa,碳渣1.37 MPa, QZ顆粒作骨架顆粒抗折強度最高為2.52 MPa。

2.1.3 偶聯劑選擇

偶聯劑能改善骨架顆粒表面的潤濕性,以增加樹脂與骨架顆粒的親合力[4]。本試驗選擇了既具有和QZ顆粒反應的基團、又具有能和J F-3樹脂反應的基團的幾種偶聯劑做試驗。試驗結果見表2。

表2 偶聯劑選擇對比試驗Tab.2 Optimization of coupling agents

按QZ顆粒100 g、樹脂40 g、固化劑8 g、偶聯劑0.5 g的配方涂制成涂敷砂后進行試驗。根據試驗結果,選擇了在高溫條件下性能較好的ST -3偶聯劑進行室內配方試驗。

2.2 室內配方試驗

根據以上試驗,選用J F-3樹脂,ST-3偶聯劑進行樹脂用量、固化劑用量和偶聯劑試驗。固化劑用量直接關系到HD-1注蒸汽井新型防砂材料的固化強度。

配方:QZ顆粒100 g,固化劑15%(占樹脂含量),偶聯劑1%(占樹脂含量)。試驗溫度60℃、時間3 d,介質為清水。試驗結果見表3。

表3 樹脂、固化劑和偶聯劑用量對比Tab.3 Optimization of thermostable resin coupling agents and solidifying agents

2.3 耐高溫試驗

為了確定HD-1高溫新型防砂材料在高溫條件下的防砂效果,做耐高溫試驗。強度與溫度關系的試驗條件:介質為水蒸汽,pH值為8,高溫時間4天。強度與高溫時間關系試驗條件:溫度為330℃,介質為水蒸汽,壓力15.6 MPa,pH值為8。試驗結果見圖1、圖2。

圖1 強度與溫度關系曲線Fig.1 Relation curve of resistance and temperature

圖2 強度與高溫時間關系曲線Fig.2 Relation curve of resistance and high temperature time

2.4 滲透率測定

HD-1注蒸汽井新型防砂材料為在60℃制得的巖心[5],長度57.3 mm,直徑25.1 mm,經GD-1氣體滲透率儀測定其滲透率為34.6μm2。測試壓差568.8 Pa。

2.5 結論

(1)室內試驗表明,所研制的HD-1注蒸汽井新型防砂材料在油層溫度為60℃、固化3 d,抗折強度可達到3.0 MPa以上、滲透率大于30 μm2。

(2)在330℃、壓力15.6 MPa、pH值為8的水蒸汽條件下,HD-1注蒸汽井新型防砂材料恒溫7 d,抗折強度大于4.0 MPa。

3 現場應用

2008年5月至2010年4月,在孤島油田稠油注蒸汽熱采區共試驗72口井,可對比67口井,成功61口井,成功率為91.0%,截止至目前,累計產油為121 572 t,單井平均有效期為233 d。

HD-1注蒸汽井新型防砂材料成功應用于稠油注蒸汽井防砂,它解決了高滲透疏松砂巖油藏注蒸汽井防砂的難題,為類似油田注汽開發提供了有效的防砂方法,具有廣闊的應用前景。

[1]小喬治.O.蘇曼,理查德.C.埃利斯,羅伯特.E.斯芮德.防砂手冊[M].北京:石油工業出版社,1988:42-44.

[2]胡玉國,鄧大智,宿輝,等.我國化學防砂工藝技術現狀和發展趨勢[J].精細與專用化學品,2002,(23)11:14-16.

[3]Howard P R,James S G,David Milton-Tayler.High-Permeability Channels in Proppant Packs Containing Random Fibers[J]. SPE Production&Facilities,1999,14(3):197-202.

[4]夏文干.膠粘劑和膠結技術[M].北京:國防工業出版社, 1986:108-112.

[5]Krismartopo B D,Notman L,Kritzler T,et al.A Fracture Treatment Design Optimization Process to Increase Production and Control Proppant Flowback for Low-temperature,Low-pressure Reservoirs[C].SPE93168,2005:29-34.

Research on new sand control material HD-1 applied to steam injection wells in Gudao Oilfield

Shen Zhaoxia,Liang Fuchun,Gao Chengyuan,Diao Junxi,Sun Lida
(Gudao Oil Production Plant of SINOPEC Shengli Oilf ield Company,Dongying257231)

There are unconsolidated sand reservoirs which produce viscous crude oil in Gudao Oilfield,and sand production in the course of oil production is severe.The sand control ability of coated sand artificial borehole wall is low and the production cycle is short after steam injection.For this reason,high temperature resistance resin,high strength skeleton particle,coupling agent,and solidifying agent were selected to formulate a new sand control material through indoor experiment,and its high temperature resistance ability was evaluated and permeability was measured.Field experiments of 72 thermal production wells in Gudao Oilfield were made,and 91.0%of these wells were controlled successfully.Furthermore,cumulative oil production was 121 572 t,and average validity time of single well is 233 d.Field test showed HD-1 sand control material can improve recovery of steam injection wells effectively.

unconsolidated sand reservoirs;steam injection wells;sand control

book=3,ebook=134

TE358+.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.03.061

1008-2336(2010)03-0061-03

2010-04-08;改回日期:2010-06-01

沈朝霞,1976年生,男,1999畢業于南京大學有機化學專業,現從事油水井防砂技術研究。E-mail:gcyuan@slof.com。