分枝井眼連接處固砂液體系室內研究

2013-08-14 09:08:52李玉光林科雄舒福昌向興金

化學與生物工程 2013年10期

李玉光，林科雄，舒福昌，向興金，王珊，陳歡

（1．中海油研究總院，北京100027；2．海洋石油高效開發國家重點實驗室，北京100027；3．荊州市漢科新技術研究所，湖北荊州434000）

采用分枝井技術能更加有效地開采油氣藏，已引起石油工業界的高度關注。但該技術也存在著一些問題，如在井下作業及生產過程中，由于分枝井眼連接處疏松砂巖膠結強度差，使得該處井壁坍塌，導致分枝井眼連接處井段失效，嚴重時甚至會導致井眼報廢。為了保證分枝井鉆井和完井作業的順利進行，必須提高分枝井眼的穩定性。

鑒于此，作者室內初步研制了低粘度有機固砂劑HFN－HY并以其配制固砂液體系5%HFN－HY＋1．5%HGH－8，利用化學防砂固砂方法，對分枝井眼連接處井壁進行固化處理，提高其膠結強度，以防止井壁坍塌引起分枝井眼連接處井段失效［1］。

1 有機固砂劑HFN－HY的研制

目前市售的各種樹脂，如酚醛樹脂、環氧樹脂、脲醛樹脂及呋喃樹脂，因為其相對分子質量大、粘度高，在固結地層砂時流動性差，堵塞嚴重，膠結強度低，很難滿足分枝井夾壁墻固化要求。為此室內研制了一種新型有機固砂劑HFN－HY，它是一種低聚物，粘度低、流動性好，對砂粒膠結能力強［2－5］。其理化性能見表1。

2 固砂液體系的確定

取200g 40～80目（0．18～0．38mm）石英砂，先加入不同種類固化劑，混合均勻；再加入有機固砂劑HFN－HY，混合均勻，裝模候凝。測定其固化性能，結果見表2。

表1 有機固砂劑HFN－HY的理化性能Tab．1 Physicochemical properties of organic sandconsolidation HFN－HY

表2 不同固化劑作用下，有機固砂劑HFN－HY的固化性能Tab．2 Consolidation properties of HFN－HY with different consolidation agents

從表2可以看出，HGH－8作為固化劑時，有機固砂劑HFN－HY的固化性能最好。以1．5%HFN－HY＋0．75%HGH－8作為固砂液體系時，固結體抗壓強度達到4．01MPa。因此，選擇HGH－8作為固化劑。

在固化溫度為60℃、固化時間為24h的條件下，改變HGH－8、HFN－HY的加量，室內考察不同固砂液體系對固結體抗壓強度的影響，結果見圖1。

圖1 不同固砂液體系對抗壓強度的影響Fig．1 Effect of different sand－consolidation fluid systems on compressive strength

從圖1可以看出，當固化劑HGH－8加量一定時，隨著有機固砂劑HFN－HY加量的增加，固結體的抗壓強度相應升高，當有機固砂劑HFN－HY的加量為4%、固化劑 HGH－8加量為1．5%或2．0%時，固結體抗壓強度均達到10MPa以上；當有機固砂劑HFNHY加量一定時，隨著固化劑HGH－8加量的增加，固結體的抗壓強度略微升高，當HFN－HY加量由4%增至5%時，添加1．5%HGH－8的固化效果反而較添加2．0%HGH－8的更好。因此，確定5%HFN－HY＋1．5%HGH－8為分枝井眼夾壁墻固砂液體系。

3 固砂液體系性能評價

3．1 評價方法

室內研究中利用“拌砂法”制作實驗用固結體。具體方法是：將一定量不同目數的石英砂和固砂液體系混合均勻裝入固結體制作模具中，置于一定溫度恒溫烘箱或水浴中固化一定時間，脫模測試性能。

3．2 砂粒含土量對固結體抗壓強度的影響

選擇不同粒徑砂粒，以固砂液體系5%HFN－HY＋1．5%HGH－8在60℃下固化不同含土量砂粒24h，室內考察砂粒含土量對固結體抗壓強度的影響，結果見圖2。

從圖2可以看出，隨著砂粒粒徑的減小，固結體的抗壓強度總體有所升高，但并不明顯；隨著砂粒含土量的增加，固結體的抗壓強度逐漸降低。

圖2 砂粒含土量對抗壓強度的影響Fig．2 Effect of soil content in sand on compressive strength

3．3 砂粒含水量對固結體抗壓強度的影響

有機固砂劑作用的地層都飽和一定地層流體，以固砂液體系5%HFN－HY＋1．5%HGH－8在60℃下固化不同含水量（以砂粒質量計）砂粒24h，室內考察砂粒含水量對固結體抗壓強度的影響，并以普通防砂固砂劑代替HFN－HY進行對比，結果見圖3。

圖3 砂粒含水量對抗壓強度的影響Fig．3 Effect of water content in sand on compressive strength

從圖3可以看出，在砂粒含水情況下，固結體抗壓強度均隨著含水量的增加而降低，相比較而言，添加有機固砂劑HFN－HY時的下降幅度較小，當砂粒含水量為9%時，固結體抗壓強度能保持在10MPa以上；而添加普通防砂固砂劑時固結體在含水量超過2%后就幾乎完全失去抗壓強度。說明固砂液體系5%HFN－HY＋1．5%HGH－8在固砂過程中具有良好的抗水污染性能。