蒸汽驅(qū)井組地層深部防砂技術(shù)研究與應(yīng)用

陳 楠

（中國(guó)石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤(pán)錦 124010）

遼河油田是國(guó)內(nèi)最大的稠油生產(chǎn)基地，生產(chǎn)原油中60%為稠油，由于稠油黏度大、流動(dòng)性差，稠油的開(kāi)采方式主要為蒸汽吞吐熱采。隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，蒸汽吞吐輪次的采油效果越來(lái)越差，采出液中油水比達(dá)到1 ∶9的油井越來(lái)越多。為此需要一種更為有效的熱力采油方式，油井將吞吐開(kāi)采轉(zhuǎn)換為蒸汽驅(qū)開(kāi)采。根據(jù)已有實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，油井轉(zhuǎn)換成蒸汽驅(qū)開(kāi)采后，將新增30%采收率。在遼河油田齊40塊進(jìn)行的蒸汽驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)取得了較好的效果，表明蒸汽驅(qū)技術(shù)是油井蒸汽吞吐生產(chǎn)后較好的替代技術(shù)[1]。由于稠油油藏地質(zhì)上存在油藏埋藏淺，多為泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)較為疏松，稠油油藏普遍存在著出砂的問(wèn)題，再加上注入蒸汽對(duì)地層巖石骨架的破壞作用與稠油的拖曳作用，熱力開(kāi)采油藏出砂情況較為嚴(yán)重。為提高汽驅(qū)質(zhì)量、保證汽驅(qū)效果，需要解決防砂問(wèn)題。目前熱采防砂技術(shù)具有耐高溫能力，但存在防治有效期短的缺點(diǎn)。比如多輪次注汽后，防砂材料強(qiáng)度下降、防砂過(guò)濾單元堵塞、重復(fù)防砂施工等問(wèn)題。對(duì)于汽驅(qū)井組來(lái)說(shuō)，無(wú)論注氣井還是產(chǎn)油井，都要經(jīng)受成年累月的高溫蒸汽環(huán)境，重新進(jìn)行防砂施工對(duì)生產(chǎn)以及防砂工藝都會(huì)帶來(lái)很多影響，甚至施工的可能性幾乎沒(méi)有，對(duì)防砂有效期的要求很高，急需研究適用于蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)井的長(zhǎng)效的防砂技術(shù)[2]。

1 汽驅(qū)井組防砂原理

對(duì)于出砂的汽驅(qū)井組，不但要對(duì)生產(chǎn)井采取防砂措施，對(duì)注汽井也應(yīng)采取防砂措施。本研究以化學(xué)壓裂防砂為主要措施進(jìn)行研究[3]。為了延長(zhǎng)防砂有效期，提高熱采油井防治效果，將熱固性酚醛樹(shù)脂以及耐熱助劑以復(fù)雜的涂覆方式，涂覆到焦炭顆粒支撐劑上形成耐熱樹(shù)脂覆膜砂。由于焦炭顆粒支撐劑表面具有豐富的孔隙，樹(shù)脂以及助劑涂覆時(shí)，會(huì)被孔隙吸收進(jìn)焦炭顆粒內(nèi)部，因此，相對(duì)于其他支撐劑，焦炭顆粒可涂覆更多的樹(shù)脂，在極大提高樹(shù)脂涂覆砂強(qiáng)度的同時(shí)使覆膜砂具有較高的滲透率。

2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

2.1 樹(shù)脂砂覆膜及巖芯的制備

（1）實(shí)驗(yàn)材料

支撐劑為粒度0.45～0.9mm 石英砂；0.3～0.6mm 焦炭顆粒；熱固性酚醛樹(shù)脂；偶聯(lián)劑；工業(yè)酒精；工業(yè)鹽酸等。（2）樹(shù)脂砂覆膜工藝

樹(shù)脂覆膜砂的包覆工藝可分為冷包覆和熱包覆兩種。冷包覆加工比較簡(jiǎn)單，但包覆質(zhì)量差，表現(xiàn)在涂覆率低、粉塵含量高、樹(shù)脂砂的抗壓強(qiáng)度及滲透率較低；熱包覆加工比較復(fù)雜，但包覆質(zhì)量好，表現(xiàn)為涂覆率高、粉塵含量低、能提高樹(shù)脂砂的抗壓強(qiáng)度和滲透率。表1是在原材料配比一致的情況下，采用不同的包覆方式測(cè)得的樹(shù)脂砂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1 兩種包覆方式下測(cè)定的樹(shù)脂砂相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)

從表1看出，熱包覆樹(shù)脂砂的最終抗壓強(qiáng)度、滲透率等各項(xiàng)指標(biāo)都明顯好于冷包覆樹(shù)脂砂。

（3）樹(shù)脂砂覆膜溫度

通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出不同的包覆溫度能夠影響成品砂質(zhì)量和成品率，溫度過(guò)高，成品砂的樹(shù)脂活性降低，固化強(qiáng)度下降；溫度過(guò)低，破碎篩分困難，不利于加工，成品率低。表2是不同包覆溫度下成品砂主要特點(diǎn)描述

表2 不同包覆溫度下成品砂主要特點(diǎn)描述

分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，包覆溫度過(guò)低時(shí)，樹(shù)脂在支撐劑表面結(jié)塊現(xiàn)象嚴(yán)重，樹(shù)脂砂篩分困難，包覆溫度過(guò)高時(shí)，樹(shù)脂溶液無(wú)法進(jìn)入焦炭顆粒內(nèi)部孔隙，而是迅速在表面涂覆完成后堆積于表面上，造成抗壓強(qiáng)度低，樹(shù)脂砂篩分困難的問(wèn)題。為了制備出符合要求的樹(shù)脂砂，包覆溫度應(yīng)≤100℃。

（4）制備巖芯評(píng)價(jià)性能

將200g 耐熱樹(shù)脂涂覆砂倒入500mL 燒杯中，加入4%的稀鹽酸溶液，攪拌1min 后，撈出樹(shù)脂砂并裝入一端帶銅網(wǎng)的不銹鋼筒中，另一端也蓋上銅網(wǎng)，用中央帶孔的螺絲擰緊不銹鋼筒；完成后將帶螺絲的鋼筒一端深入3%酸液中，另一端用吸耳球把酸液吸入不銹鋼筒中，密封后放到水浴中，溫度35℃以上，固化48h，制成巖芯。

2.2 結(jié)果與討論

（1）巖芯抗壓強(qiáng)度及滲透性實(shí)驗(yàn)

巖芯的抗壓強(qiáng)度和滲透率是油井防砂的最重要參數(shù)。油井地層是一個(gè)復(fù)雜的高壓環(huán)境，在油井生產(chǎn)過(guò)程中，由于井內(nèi)流體的拖拽作用、井下作業(yè)施工以及地層應(yīng)力變化會(huì)造成固化強(qiáng)度較低的樹(shù)脂涂覆砂破裂返吐，砂埋井筒，造成防砂措施無(wú)效。因此樹(shù)脂涂覆砂在膠結(jié)固化后需要有較高的抗壓強(qiáng)度。表3是樹(shù)脂含量與巖芯抗壓強(qiáng)度和滲透率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表3 樹(shù)脂含量與巖芯抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

從表3看出，樹(shù)脂含量越高，巖芯的抗壓強(qiáng)度越大，過(guò)高的強(qiáng)度固然理想，但巖芯的滲透率會(huì)大大降低，甚至失去過(guò)濾能力；而且過(guò)高的樹(shù)脂含量也會(huì)增加成本。選擇合適的強(qiáng)度，同時(shí)考慮滲透能力是本實(shí)驗(yàn)的最終目的。

（2）巖芯耐高溫性能評(píng)價(jià)

將制得的多塊巖芯放入高壓釜中，在350℃恒溫下，將耐熱樹(shù)脂涂覆砂制備成標(biāo)準(zhǔn)巖芯進(jìn)行90d 耐熱測(cè)試，90d 后取出巖芯，測(cè)得該巖芯滲透率為30.3μm2，抗壓強(qiáng)度為9.5MPa，抗折強(qiáng)度在4.7MPa，各項(xiàng)性能指標(biāo)較平穩(wěn)，能夠滿足稠油蒸汽驅(qū)井組防砂的要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 施工工藝的選擇

汽驅(qū)井組間應(yīng)具備較好的連通性，而由于地質(zhì)儲(chǔ)層條件、采油工藝措施等原因會(huì)造成井組間的連通性具有差異性，與注汽井連通性好的油井注汽受益好，產(chǎn)液量增加；與注汽井連通性差的油井受益少，產(chǎn)液量減少或增產(chǎn)效果差。如蒸汽過(guò)早突破連通好的井，將降低蒸汽利用率，影響整個(gè)井組的采收率。

為此，在蒸汽驅(qū)井組化學(xué)壓裂防砂措施施工設(shè)計(jì)時(shí)選用兩種施工方式。在注汽連通性好、地層孔隙度高、滲透率好的井組上采用擠注充填防砂工藝，即降低施工排量，以小于地層破裂壓力的方式將耐熱樹(shù)脂涂覆砂擠注填充到井內(nèi)射孔炮眼及附近地層，形成防砂屏障；這種施工工藝成本也較低。對(duì)井組間連通性差、地層孔隙度小、滲透率較低的油井，提高施工排量，現(xiàn)場(chǎng)施工排量要≥2.5m3/min，以高于地層破裂壓力的排量，壓開(kāi)地層裂縫，向地層裂縫以及裂縫周?chē)畛淠蜔針?shù)脂涂覆砂。這種工藝在防砂的同時(shí)，有效改善了措施井近井地層的滲透率及連通性，在防砂的同時(shí)達(dá)到均衡生產(chǎn)的目的。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

歡127-17-31井是遼河油田歡喜嶺采油廠歡127東塊的一口生產(chǎn)井，生產(chǎn)井段778.2～816.7m，20.1m/7層，施工前該井頻繁檢泵，油層出砂嚴(yán)重，導(dǎo)致油層滲流能力差，注汽難受益，屬于長(zhǎng)停井，2015年2月14日實(shí)施壓裂防砂措施，21—25日注汽4 308m3，悶井6d，放噴后初期日產(chǎn)液20.2m3，日產(chǎn)油5.3t，該井在壓裂防砂措施結(jié)束后，生產(chǎn)平穩(wěn)，增產(chǎn)效果顯著，與措施前對(duì)比，日增油達(dá)4.2t，目前累計(jì)產(chǎn)液量1 197.1m3，累計(jì)增油量480.4t。

4 結(jié)論

稠油熱采井蒸汽驅(qū)井組應(yīng)用的耐熱樹(shù)脂涂覆砂，巖芯滲透率為30.3μm2，抗壓強(qiáng)度為9.5MPa，抗折強(qiáng)度在4.7MPa，在高溫下可長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，適用于汽驅(qū)井組的防砂采用擠注充填與壓裂充填兩種施工工藝，起到有效平衡防砂與生產(chǎn)的目的，提高了蒸汽波及范圍，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)顯示，防砂增產(chǎn)效果良好。