荷電分子膜固砂劑防砂技術研究

邵現振 鄭英杰 李文軒 李棟 李彬

摘要：出砂是影響疏松砂巖油藏生產的重要因素。化學防砂施工簡單、投入低，主要用化學膠結劑，但對地層滲透率傷害大。研制了荷電分子膜固砂劑。能夠酸化處理地層， 從而有效降低固砂劑對地層滲透率的傷害，在適當的pH 值下，在砂粒表面形成凍膠膜， 實現膠結防砂， 增加固砂強度。有效解決了疏松砂巖油藏出砂堵塞油井的問題，取得了較好的應用效果。

關鍵詞：出砂;荷電分子膜;固砂;膠結

前言

疏松砂巖油藏出砂是影響油田生產的重要因素。化學防砂施工簡單、投入低，是目前低油價情況的使用較多的防砂方式。化學防砂主要是用化學膠結劑，包括樹脂、凍膠等。樹脂膠結強度高，但對地層滲透率傷害大。這是一種酸性固砂劑，能夠酸化地層，從而有效降低固砂劑對地層滲透率的傷害。隨著酸化的進行，pH值逐漸升高，在適當的pH值下，交聯劑將稠化劑交聯，在砂粒表面形成凍膠膜，實現膠結防砂，增加固砂強度。該技術將酸化與防砂結合起來，有效解決了疏松砂巖油藏出砂堵塞油井的問題，取得了較好的應用效果[6，7]。

1、實驗部分

1.1 儀器藥品與材料

主要用到的試驗儀器包括：PB303-N電子天平、JJ-1增力電動攪拌器、JN-A 型精密扭力天平（量程為0～250mg）、德國產RS-75型流變儀、中間容器、驅替裝置及壓力采集系統。

所用試驗藥品主要包括：低水解度聚丙烯酰胺、丙烯酰胺和乙烯基吡咯烷酮共聚物、交聯劑，鹽酸（分析純，37%）;砂子（40-60目：52.3g;100-120目：100g;高嶺土：2.70g;CaCO3：5g）、標準鹽水（2%KCl+5.5%NaCl+0.45%MgCl2·6H2O+0.55%CaCl2）。

1.2 實驗方法

1.2.1荷電膜固砂劑的制備

①用去離子水配0.5%的聚合物水溶液和1%的交聯劑水溶液

②取25mL的聚合物溶液于100mL燒杯中，加入1mL的交聯劑溶液，充分攪拌后即得到荷電膜固砂劑（0.5%的聚合物與1%交聯劑的體積比為100：4）

③滴加一定質量分數的HCl溶液，調整到不同pH值。

1.2.2 荷電膜固砂劑固化強度的測定

用流變儀測定固化物的彈性模量來表征其強度。

1.2.3 砂粒間拉力測量

凍膠膜對砂粒的粘結力可用精密扭力天平測定。將邊長約5mm的蓋玻片粘在一個銅絲掛鉤上，另一粒體積大體相同的砂粒粘在玻璃載片上。測定時，先用扭力天平稱量有掛鉤蓋玻片的質量m1，然后調節升降臺高度，使另一玻璃載片與掛鉤上的蓋玻片剛好接觸，再用5μL微量進樣器注膠結劑2μL（先用1μL微量進樣器注0.8μL質量分數為0.01的GL-6，再用5μL微量進樣器注2μL質量分數為0.01的PAM），靜置15min，旋轉扭力天平旋鈕，直至兩個蓋破片被拉開為止，讀出此時數值m2，然后再稱量有掛鉤的砂粒質量m3，則砂粒間的粘結力為m2-m3。

1.2.3荷電膜固砂劑固砂物模試驗

2、結果與討論

2.1交聯聚合物防砂機理

低水解度聚丙烯酰胺、丙烯酰胺與乙烯基吡咯烷酮共聚物可以與改性密胺樹脂在弱酸性條件下反應形成交聯聚合物。其反應速度主要取決于體系pH值，因此將成膠液配置稀酸溶液注入出砂地層，隨著酸和巖石反應的進行，體系PH值升高至3后發生交聯反應將砂粒固結在一起。

2.2交聯聚合物強度和穩定性

交聯聚合物的強度可以用彈性模量來表示。一般強凍膠的彈性模量是幾帕，環氧樹脂固化的彈性模量是幾千帕。固定改性密胺樹脂質量分數為0.1%，研究了不同質量分數聚合物配置的成膠液在pH值為5時形成的交聯聚合物放置1天的彈性模量。

2.3防砂性能

在玻璃管中填制的砂柱，不加防砂劑時以10ml/min的流量注水即會大量出砂。

向砂柱中反向注入1.5PVPAM固砂液后70℃放置24h，發現砂柱固結在一起。測定滲透率發現，滲透率保留率低于85%，主要原因是在強酸性條件下酰胺發生亞胺化反應，導致固砂液中出現絮體（玻璃管壁的白色物質），這些物質降低了砂柱滲透率。

向上述填砂管中以90ml/min流量正向注水10min，產出液中未見明顯砂粒;當注水流量提高到100ml/min時，砂柱開始垮塌，有少量砂粒出現。這些數據說明由PAM形成的交聯體系具有較好的防砂性能。

對比了AM-NVP、PAM形成的交聯體系的防砂性能，可以看出，未老化的體系防砂性能相近，但PAM體系滲透率保留率略低。

向砂柱中注入AM-NVP固砂液，實驗結果有兩種不同，一是固砂液中并未出現絮體（即沒有發生亞胺化反應），因此固結后的砂柱滲透率保留率高，二是以平流泵的最大流量100ml/min沖砂時，砂柱斷開，但并未出現明顯出砂現象，說明AM-NVP固砂效果好于PAM。

另外，分別將PAM和AM-NVP形成的砂柱70℃老化30d、60d、90d，再評價防砂能力，發現AM-NVP防砂能力基本不變化，而PAM防砂能力老化90天后防砂能力明顯下降。

PAM體系老化后防砂能力之所以下降，主要有兩個原因，一個PAM交聯體系的抗熱降解能力弱于AM-NVP，另一方面是聚合物分子中的酰胺基團水解生成羧酸根，交聯體系負電性增強，因而對砂粒的粘附作用減弱。圖12是PAM和AM-NVP 70℃放置不同時間的水解度，圖13是PAM交聯體系和AM-NVP 交聯體系70℃放置不同時間后對砂粒粘附能力對比。

AM-NVP交聯體系固砂性能優于PAM，主要原因是分子中的酰胺基團和吡咯烷酮五元環有較強的氫鍵作用，由此穩定了酰胺基團，提高了交聯體系的固砂能力。

3 結論

（1）AM-NVP交聯體系強度和PAM交聯體系相近，但穩定性明顯優于PAM交聯體系。

（2）AM-NVP固砂體系對砂柱滲透率傷害小于PAM，長期固砂能力明顯優于PAM交聯體系。

（3）M-NVP分子中的酰胺基團和吡咯烷酮五元環有較強的氫鍵作用，提高了交聯體系的穩定性。

參考文獻：

[1]吳建平.疏松砂巖油藏高含水期控水防砂技術.石油鉆采工藝，2011，33（1）：88—90.

[2]戴彩麗，王業飛，趙福麟，等.凍膠膜固砂劑的研究.鉆采工藝. 2003，26（2）：75～78.

[3]曲占慶，曲冠政，張永昌，等.控水防砂劑室內評價及現場應用研究.科學技術與工程.2012，12（21）：5144-5148.

[4]戴彩麗，葛際江，張貴才，等.表面稠化酸的防砂作用研究.西南石油學院學報，2001，23（6）：60～62.