高滲透濾砂管的研制與應(yīng)用

高 聚 同

（中國石化勝利油田有限公司孤東采油廠，山東東營 257000）

高滲透濾砂管的研制與應(yīng)用

高 聚 同

（中國石化勝利油田有限公司孤東采油廠，山東東營 257000）

針對目前金屬濾、化學(xué)濾對孤東油田注聚區(qū)存在防砂周期短、提液效果不明顯等問題，通過室內(nèi)實驗，從6種樹脂中優(yōu)選出濕熱性能好、力學(xué)性能及耐熱性能佳的氰酸酯樹脂作為基底，結(jié)合實驗得到的最佳配比進(jìn)行成型改進(jìn)，最終得到一種具有高強(qiáng)度、高滲透率、抗堵塞的高滲透濾砂管。該濾砂管濾的砂器與中心管保持5 mm的過油間隙，增加了過油面積，提高了滲透率，同時具有更強(qiáng)的抗壓抗折性，以及擋砂能力強(qiáng)、不易堵塞、耐化學(xué)性等優(yōu)點，適合在疏松砂巖油藏的注聚區(qū)廣泛應(yīng)用。目前，現(xiàn)場已試驗6井次，平均單井日增液34.2 m3，增液幅度91.9%，單井日增油1.8 t，動液面上升159.2 m，提液增油效果明顯。

氰酸酯樹脂；注聚區(qū)；濕熱性；高滲透濾；疏松砂巖油藏

注聚區(qū)塊油藏大部分是易出砂的疏松砂巖油藏，油井防砂后才能正常生產(chǎn)，防砂效果直接影響了注聚區(qū)的開發(fā)效果［1-4］。目前國內(nèi)外濾砂篩管防砂技術(shù)主要向金屬濾方向發(fā)展，對孤東油田聚合物堵塞狀況適應(yīng)性不強(qiáng)，因此需要重新對化學(xué)濾砂管進(jìn)行研究改進(jìn)，以滿足化學(xué)驅(qū)油井防砂的需要，提高產(chǎn)液量，延長有效期。

1 研制思路

立足于解決油田三采驅(qū)出砂加劇、防砂有效期短、提液困難的現(xiàn)狀，結(jié)合前期各種濾砂管在孤東油田的應(yīng)用瓶頸，通過優(yōu)選具有更好性能的樹脂、固化劑，優(yōu)化比例組合，在一定的條件下固結(jié)成型，制成具有較高強(qiáng)度和滲透性的濾砂器。主要對樹脂、固化劑進(jìn)行合理選擇，并優(yōu)化配比，設(shè)計合理的組裝結(jié)構(gòu)，形成新型高滲透濾砂管，在擋砂提液的同時達(dá)到延長防砂有效期的目的。

2 樹脂選擇與配比優(yōu)化

2.1 樹脂篩選

對環(huán)氧樹脂（EP）、酚醛樹脂（PF）、聚乙烯樹脂（PE-LD）、聚苯乙烯樹脂（SAN）、聚氯乙烯樹脂（PVC）、氰酸酯樹脂（CE）在力學(xué)性能、耐熱性、濕熱性能等方面進(jìn)行了室內(nèi)篩選。

2.1.1 力學(xué)及耐熱性能對比 濾砂器基底材質(zhì)需滿足以下條件：大于80 ℃的耐熱水平；機(jī)械性能上拉伸強(qiáng)度35～75 MPa，拉伸性能按GB 1458—1998測試，試樣尺寸為?30 mm×150 mm；抗壓強(qiáng)度按GB 1461—1998測試，試樣尺寸為?25 mm×40 mm。實驗測試的性能數(shù)據(jù)見表1。

表1 樹脂性能對比

綜合分析排除耐熱性差的PE-LD、PVC，選擇力學(xué)性能好的SAN、PF、EP、CE進(jìn)行了濕熱性能對比。

2.1.2 濕熱性能對比 鑒于疏松砂巖地層的濕熱環(huán)境，需要保證所篩選出的樹脂在油層下能夠保持良好的力學(xué)性能，而濕熱性能的好壞直接影響到樹脂各性能的持久度。樹脂材料的吸濕是一個緩慢的濕度彌散過程［5］，吸濕率的大小決定了濕熱性能的優(yōu)劣，吸濕率越大越會加快樹脂各性能的衰減。

將篩選出的4種等量的固化樹脂材料分別在烘箱中干燥至恒重（W1），再完全浸泡于80 ℃恒溫水浴中120 h，間隔24 h取出試樣，用濾紙迅速擦去表面殘留水分稱重（W2），按下式計算吸濕率：（W1–W2）/W1×100%，并描繪其吸濕曲線見圖1。

圖1 4種固化樹脂的吸濕曲線

由圖1分析，同一時間吸濕率：SAN ＞EP ＞PF ＞ CE。整個過程CE、PF、EP均較快達(dá)到了吸濕平衡狀態(tài)，吸濕率分別為0.65%、0.75%、0.92%，更適合作為濾砂器樹脂基底的材料，CE耐濕熱性能更為突出。

2.1.3 成型性能對比 對以上篩選的3種樹脂分別混合石英砂、固化劑進(jìn)行抗壓抗折對比實驗。固化劑采用常規(guī)的改性胺化合物，砂、固化劑、樹脂按20∶0.5∶1質(zhì)量比配比，分別在固化溫度下固化24 h。

（1）抗折和抗壓強(qiáng)度比較。在滲透率相同情況下，將成型的3種濾砂器試樣進(jìn)行抗折和抗壓強(qiáng)度測定，對比數(shù)據(jù)見表2。

表2 濾砂器試樣抗折抗壓對比

（2）抗老化比較。將標(biāo)準(zhǔn)的3種樹脂濾砂器同時浸泡在80 ℃恒溫水浴中，在不同時間分別進(jìn)行了強(qiáng)度測定，對比數(shù)據(jù)見表3。

表3 濾砂器試樣抗老化對比

對實驗數(shù)據(jù)綜合分析，同一滲透率條件下，CE型與PF型濾砂器抗壓抗折性能相當(dāng)，均優(yōu)于EP型濾砂器。但PF型濾砂器斷裂伸長率低，脆性大，容易在鉆井作業(yè)過程中斷裂。

綜合以上實驗，選擇抗壓抗折強(qiáng)度高、抗老化性良好、斷裂伸長率大、耐熱性佳且不易在施工中斷裂、易后期處理的氰酸酯作為濾砂器的樹脂基底。

2.2 配比優(yōu)化

為優(yōu)化濾砂體的配比，分別在溫度170 ℃、180℃、190 ℃下，變化石英砂、CE樹脂、固化劑質(zhì)量比制備濾砂器，得到溫度與固化時間、配比與CE濾砂器的強(qiáng)度及滲透率的關(guān)系（見表4）。

表4 濾砂器材料配比與強(qiáng)度及滲透率的關(guān)系

從表4數(shù)據(jù)分析，樹脂含量對強(qiáng)度有較大影響。CE樹脂含量越高，強(qiáng)度越大，滲透率越小；不同溫度下固化時間隨固化劑的添加而減少，當(dāng)固化劑質(zhì)量比例達(dá)到1.5時，固化時間趨于穩(wěn)定；溫度≥180℃時固化時間趨于穩(wěn)定；各溫度下，當(dāng)樹脂質(zhì)量比例達(dá)到20以上時，滲透率下降趨勢加大。綜合以上分析，180 ℃下石英砂、氰酸酯樹脂與固化劑以100∶20∶1.5的質(zhì)量比制備的濾砂器在強(qiáng)度、滲透率、固化時間上更適于孤東油田的現(xiàn)場應(yīng)用。

3 濾砂管成型及性能測試

3.1 成型及改進(jìn)

濾砂管構(gòu)成主要為2部分：外層濾砂器和中心鋼管。濾砂器分3段粘合而成，接頭由ABS塑料接頭與中心鋼管粘合固定。

濾砂管的總體結(jié)構(gòu)包括濾砂器、中心鋼管、可鉆式管狀連接管和可鉆式墊圈。濾砂器長度與中心鋼管相同，中心鋼管設(shè)置于濾砂器內(nèi)，相鄰兩中心鋼管之間通過可鉆式管狀連接管相連接；濾砂器和中心鋼管之間設(shè)置有可鉆式墊圈，濾砂器和中心鋼管之間設(shè)置有5 mm的過油縫隙，中心鋼管的管壁上設(shè)置有孔徑為10 mm的過油孔，過油面積占中心管外表總面積3.6%（圖2）。

圖2 濾砂管縱向剖面

3.2 性能測試

3.2.1 強(qiáng)度測試 將成型濾砂管試樣浸泡在80 ℃恒溫水和聚合物混合體中，在不同浸泡時間下，分別對試樣進(jìn)行抗折和抗壓強(qiáng)度測定，結(jié)果見表5。對數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，氰酸酯型高滲濾砂管試樣在浸泡6 240 h（260 d）后仍保持較高的強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度8 MPa，抗壓強(qiáng)度15 MPa，遠(yuǎn)高于施工標(biāo)準(zhǔn)，說明高滲透濾砂管在注聚區(qū)油井的提液周期可以達(dá)到260 d以上。

表5 成型濾砂管試樣抗折抗壓強(qiáng)度

通過線性擬合可以求出400 d（即9 600 h）的抗壓強(qiáng)度。擬合公式為

經(jīng)計算400 d時抗壓、抗折強(qiáng)度分別為8 MPa、15 MPa，證明氰酸酯高滲濾砂管可在地層溫度80 ℃下長期使用，滿足施工標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2.2 滲透率測試 在長為L、橫截面積為A的松散砂柱兩端施加恒定的壓差Δp，如果清水的流量為Q，根據(jù)達(dá)西定律，該松散砂的滲透率為

式中，Q為壓差Δp下通過砂柱的流量，cm3/s；A為砂柱截面積，cm2；L為砂柱長度，cm；μ為通過砂柱的流體黏度，mPa·s；Δp為流體通過砂柱前后的壓差，10–1MPa；k為砂柱的絕對滲透率，D。

實驗裝置見圖3，由砂體裝料管、壓力測量系統(tǒng)和流量測量系統(tǒng)3個主要部分組成。整個裝置除連接管外，均為有機(jī)玻璃制成。被測砂粒裝填于有機(jī)玻璃管內(nèi)，砂柱有效高度L可直接測量。實驗過程中，保持液面在一恒定高度，通過液面高度求出恒定壓差Δp。高滲透濾砂管的滲透率實驗數(shù)據(jù)見表6，其滲透率優(yōu)于普通濾砂管，平均為14.9 D。

圖3 測試裝置

表6 高滲濾與普通濾滲透率對比

3.2.3 耐化學(xué)性測試 將成型的濾砂管在不同流體中相同溫度浸泡30 d后，其強(qiáng)度測定見表7。對數(shù)據(jù)分析可知，該濾砂管的耐化學(xué)性良好，在苯、二甲基甲酰胺、甲醛、柴油、石油、濃醋酸、三氯醋酸、磷酸鈉溶液和30%H2O2中力學(xué)性能穩(wěn)定，但易被25%氨水、4%氫氧化鈉水溶液、50%硝酸和濃硫酸侵蝕，因此不宜與強(qiáng)酸及強(qiáng)堿接觸。

表7 高滲濾砂管受不同化學(xué)流體介質(zhì)的影響

4 現(xiàn)場應(yīng)用

自2013年以來，針對注聚區(qū)液量低的防砂油井應(yīng)用該工藝，共實施6井次，可對比6井次，成功率100%；平均日產(chǎn)液71.4 m3，日產(chǎn)油3.9 t，含水94.5%，動液面575 m；平均單井日增液34.2 m3，增幅91.9%，單井日增油1.8 t，動液面上升159.2 m，階段累增油790.5 t。可以看出，高滲濾砂管有明顯的提液增油效果，能夠滿足注聚區(qū)油井的防砂要求。

5 結(jié)論

（1）通過室內(nèi)評價，高滲透濾砂管具有滲透率高、力學(xué)性能好、耐溫耐腐蝕等特點。該濾砂管適用于注聚區(qū)、水區(qū)等堵塞出砂且有待提液的油井，不適用于稠油區(qū)注汽油井。

（2）高滲透濾砂管現(xiàn)場應(yīng)用簡易，應(yīng)用配套設(shè)施少，提液增油效果好，成本低，投入少，適于大規(guī)模推廣。

［1］王毅，楊海波，彭志剛.精密復(fù)合濾砂管防砂完井技術(shù)［J］.石油機(jī)械，2008，36（6）：60-61，94.

［2］王紹先，魏新芳，徐鑫，等.高強(qiáng)高滲濾砂管的研制及實驗研究［J］.石油鉆采工藝，2010，32（1）：50-52.

［3］李波，吳曉東，安永生，等.水平井精密濾砂管完井表皮因子計算模型［J］.石油鉆采工藝，2012，34（3）：52-56.

［4］鄭偉林.水平井可鉆濾砂管的研制與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2012，34（3）：94-100.

［5］張駿華，盛租銘，孫繼桐.導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計指南［M］.北京：宇航出版社，1999：98.

（修改稿收到日期 2014-04-25）

〔編輯 付麗霞〕

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.高滲透濾砂管的研制與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：116-119.

TE931.2

：B

1000–7393（2014）04–0116–04

10.13639/j.odpt.2014.04.029

高聚同，現(xiàn)為副總工程師。電話：15954657657。E-mail：45203541@.com。