氟硼酸防砂技術試驗與應用

韓漢培

摘 要：目前防砂措施主要有機械類防砂、壓裂防砂及化學防砂。其中化學防砂主要以樹脂類防砂為主，但防砂后影響滲透率，氟硼酸防砂技術最早來自于油井的酸化工藝。當時發現氟硼酸進入地層后可以水解生成 HF，并且水解反應速度較慢。因此用氟硼酸可以使酸化范圍更加深入地層深部，提高酸化效果。同時，氟硼酸通過水解產生的氫氟酸可以與地層礦物發生化學反應，其與地層粘土的化學反應能夠溶蝕、膠結粘土顆粒，從而起到穩定粘土層防止細小顆粒運移的作用。而且經氟硼酸處理過的粘土敏感性下降，不易膨脹和分散。

關鍵詞：氟硼酸;解堵;防砂

一、出砂現狀

出砂是油井日常生產中經常遇到的影響油井生產的重要問題之一。由于地層出砂，將給油井的正常生產帶來嚴重的危害，影響油井正常生產，造成嚴重的環境危害和成本浪費。

興隆臺采油廠目前共有各類出砂井95口。主要集中在大洼，大平房和榮興屯油田。近幾年大洼、榮興區塊部分由于生產時間較長，對地層破壞較嚴重，油井出砂粒徑逐年變小，以泥質細粉砂為主，有時還會有泥漿返出，單純實施機械類防砂措施效果逐年變差。

對于出砂粒徑小、高泥質含量等油井，由于機械類防砂措施增加的一級或多級擋砂屏障會導致近井地帶滲透率的下降，易造成油井液降。所以針對這部分井采用氟硼酸防砂體系進行防砂施工，通過氟硼酸與地層顆粒接觸反應，將小片粘土“溶合”呈骨架，從而有助于阻止其分散和運移，這種穩定粘土效應是氟硼酸酸化的顯著優點。

二、氟硼酸防砂技術原理

（一）氟硼酸防砂機理

氟硼酸防砂技術最早來自于油井的酸化工藝。當時發現氟硼酸進入地層后首先可以水解生成氫氟酸，并且水解反應可控。因此用氟硼酸可以使酸化范圍更加深入地層深部，提高酸化范圍。

氟硼酸通過水解產生的氫氟酸可以與地層礦物中的二氧化硅及鋁硅酸鹽發生化學反應，這種化學反應能夠溶蝕細粉砂及粘土顆粒，對粘土礦物中鋁離子的溶解，還可以使粘土鈍化，減少膨脹，起到疏通油層的作用。同時反應生成的氫氟酸、氟硅酸及羥基氟硼酸還能進一步與地層巖石礦物反應，生成硅凝膠及硅硼酸鹽覆蓋物，從而起到提高地層膠結強度，穩定粘土層和細小顆粒的位移作用。經氟硼酸處理過的粘土敏感性下降，不易膨脹和分散。通過氟硼酸處理后的地層能夠達到防砂、增產的作用。

（二）氟硼酸防砂室內試驗

氟硼酸對地層礦物的溶解作用主要表現在對粘土礦物的溶解作用，因此泥質含量的高低影響氟硼酸的溶蝕率。相同條件下，泥質含量較高的Ⅱ類巖芯氟硼酸的溶蝕率也高于Ⅰ類巖芯。隨著氟硼酸濃度的增大，溶蝕率增加，當20%增加到25%時，氟硼酸溶蝕率相比較增加量較小，因此可以認為20%左右的氟硼酸濃度是比較適宜的濃度。同時可以看出，在泥質含量由11.4%提高到13.6%時，15%的氟硼酸與20%氟硼酸對比溶蝕率差距由4%降低2%，所以在泥質含量越高時，不同濃度氟硼酸溶蝕率差距越小。

在氟硼酸對地層砂固砂性能實驗中，將等量地層砂分別加入等量的濃度為15%、20%、25%的氟硼酸中，放置反應，48小時后，濃度為20%膠結砂樣手感硬度較高，25%的膠結砂樣次之，15%膠結砂樣手感強度最弱。

綜合上述實驗我們可以得出結論：

1、在對地層礦物溶蝕率方面，15%的氟硼酸要弱于20%，但在泥質含量越高的情況下這個差距會減小，泥質含量達到13.6%以上時，兩者溶蝕率差距僅為2%。

2、對地層砂膠結程度來看，20%氟硼酸膠結強度最大。25%的膠結強度次之，15%膠結砂樣強度最弱。

三、氟硼酸防砂實際應用

（一）選井條件

1、油井出砂量主要為細粉砂或粘土類物質。

2、地層溫度一般要求50℃以上。

3、儲層的粘土含量較高，膠結物主要為泥質膠結。

4、對注水開發油藏，要求油井含水低于90%，若油井含水太高，大部分粘土礦物被溶解或隨產出液帶出，酸化后難以達到穩定地層的目的。

（二）防砂劑量確定

氟硼酸防砂劑的使用可以增大油層的處理深度，從而獲得更加有效的長期防砂效果，在實際應用中按照油井處理半徑為1-2m，依據油井地層孔隙度計算油井防砂劑用量，計算公式如下：

Q=KπR2ΦHρ

式中：Q——每米油層需要防砂劑的用量，m3;

R——處理半徑，m; K——注入系數;

Ф——地層平均孔隙度，%;ρ——防砂劑密度，g/cm3

（三）2016-2017年應用情況

2016-2017年，根據其選井條件，對井溫、出砂情況、泥質含量、綜合含水進行綜合分析篩選后，興隆臺采油廠共實施氟硼酸防砂技術6井次，至2017年底累計增油2595.3噸，累計增氣61.14萬方。

六、結論

（一）氟硼酸防砂，是直接作用于油層的化學防砂手段，施工簡單，效果較明顯，在防砂施工的工藝體系中提供了一種新的視角。

（二）氟硼酸針對地層粘土質礦物進行反應，具有防砂、解堵的雙重功效，防砂的同時改善地層出液情況，防止了作業施工造成粘土膨脹、滲透率降低的問題。

（三）針對出砂較重、泥質含量較高、在傳統防砂方式的基礎上使用氟硼酸防砂技術，建立多層擋砂屏障，能取得更好的防砂效果。