樹脂固砂工藝在葡萄花油田的應用

2017-02-05 07:12:56葛偉亮大慶油田有限責任公司第七采油廠

石油石化節能 2017年12期

葛偉亮（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

化學防砂是利用化學藥劑的化學反應把地層中的砂礫或充填到地層的砂石膠結起來，穩定地層結構或形成具有一定強度和滲透率的人工井壁，從而達到防止地層出砂的目的[1]。葡萄花區塊屬于低滲透油田，地層壓力高，部分油井由于出砂嚴重導致無法正常生產，影響產量完成，應用現有的水泥封堵固砂工藝存在壓力高注不進去或注入后返吐留塞的風險，施工成功率低。截至2017年4月，臺肇油田發現出砂油井40口，而肇212區塊就有31口，占區塊出砂井數的77.5%，其中正常生產10口，停井21口，日影響液量25t，日影響油量10.9t。因此，探討應用新型樹脂固砂工藝，解決該類井出砂問題，恢復產量。

1 樹脂固砂劑的選擇

常用的樹脂固砂劑有酚醛樹脂、脲醛樹脂、糠醇樹脂［2］，三種樹脂均可達到防砂的目的，但效果有差別。以下通過室內實驗選擇最適合的固砂劑。

1.1 三種固結砂樣抗壓強度、抗折強度及滲透率對比實驗

1）砂樣制作。采用規格為0.4～0.8mm的實驗砂，裝在2.5cm×32cm的玻璃管中，抽真空（200～300mmHg），分別注入各種樹脂液，置于45℃恒溫水浴中固結。砂樣制作裝置見圖1。圖2、圖3、圖4所示為酚醛樹脂膠結砂樣、脲醛樹脂膠結砂樣、糠醇樹脂膠結砂樣。

圖1 砂樣制作裝置

2）抗壓強度、抗折強度測定。使用液壓萬能試驗機（圖5）。按照SY/T5276—2000《化學防砂人工巖心抗折強度、抗壓強度及氣體滲透率的測定》標準，測定標準巖心抗壓強度、抗折強度。

3）實驗結果如表1所示。由表1可知，糠醇樹脂抗壓強度、抗折強度及滲透率最高，固結時間短，因此選用糠醇樹脂作為固砂劑。

表1 三種砂樣性能指標對比

1.2 地層流體浸泡及耐酸堿性實驗

將三種砂樣放入鹽酸、NaOH、過硫酸銨中分別浸泡，對比強度和滲透率變化，得出以下結果（表2）。

圖2 酚醛樹脂膠結砂樣

圖3 脲醛樹脂膠結砂樣

圖4 糠醇樹脂膠結砂樣

表2 不同介質的浸泡實驗

圖5 液壓萬能試驗機

從浸泡結果來看，在HCl中浸泡后抗壓強度、抗折強度及滲透率都有所增加，而在過硫酸銨中浸泡后各項指標基本不變，在NaOH中浸泡后各項指標都有所下降，因此選擇HCl作為固化劑。

2 糠醇樹脂固砂工藝原理

2.1 糠醇基本性能

糠醇分子式如圖6所示。糠醇為無色易流動液體，暴露在日光或空氣中會變成棕色或深紅色，有苦味，能與水混溶，但在水中不穩定，易溶于乙醇、乙醚、苯和氯仿，不溶于石油烴。其各項參數如表3所示。

圖6 糠醇分子式

表3 糠醇各項參數

2.2 糠醇樹脂固砂原理

糠醇在酸性條件下很容易縮聚成樹脂。以無機酸或有機酸作固化劑，強酸（如硫酸或對甲苯磺酸）)可使樹脂室溫固化。弱酸(如苯二甲酸酐、順丁烯二酸酐、磷酸)需在95～200℃下數小時后方能使樹脂固化。在縮聚過程中糠醇分子中的羥甲基可以與另一個分子中的α氫原子縮合，形成次甲基鍵，縮合形成的產物中仍有羥甲基，可以繼續進行縮聚反應，最終形成線型縮聚產物糠醇樹脂[3]。糠醇低聚物分子中含有的強極性基團(如羥甲基、酰氨基等)對砂粒的極性基團有親和作用，可產生較強的吸附［4］，向砂粒表面遷移而強烈地黏附在砂粒表面上[5]。簡易方程式如圖7所示。固化物耐酸（不耐強氧化性酸）、耐堿、耐有機溶劑、耐水[6]，耐熱性較好，硬度較高，與碳、石墨、石棉、玻纖有較好的粘接性。缺點是脆性大，對非多孔性物質表面的附著力差，固化收縮率大。