葛偉亮（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

化學(xué)防砂是利用化學(xué)藥劑的化學(xué)反應(yīng)把地層中的砂礫或充填到地層的砂石膠結(jié)起來，穩(wěn)定地層結(jié)構(gòu)或形成具有一定強(qiáng)度和滲透率的人工井壁，從而達(dá)到防止地層出砂的目的[1]。葡萄花區(qū)塊屬于低滲透油田，地層壓力高，部分油井由于出砂嚴(yán)重導(dǎo)致無法正常生產(chǎn)，影響產(chǎn)量完成，應(yīng)用現(xiàn)有的水泥封堵固砂工藝存在壓力高注不進(jìn)去或注入后返吐留塞的風(fēng)險(xiǎn)，施工成功率低。截至2017年4月，臺(tái)肇油田發(fā)現(xiàn)出砂油井40口，而肇212區(qū)塊就有31口，占區(qū)塊出砂井?dāng)?shù)的77.5%，其中正常生產(chǎn)10口，停井21口，日影響液量25t，日影響油量10.9t。因此，探討應(yīng)用新型樹脂固砂工藝，解決該類井出砂問題，恢復(fù)產(chǎn)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(dá)到防砂的目的，但效果有差別。以下通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)選擇最適合的固砂劑。

1.1 三種固結(jié)砂樣抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及滲透率對(duì)比實(shí)驗(yàn)

1）砂樣制作。采用規(guī)格為0.4～0.8mm的實(shí)驗(yàn)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(jié)。砂樣制作裝置見圖1。圖2、圖3、圖4所示為酚醛樹脂膠結(jié)砂樣、脲醛樹脂膠結(jié)砂樣、糠醇樹脂膠結(jié)砂樣。

圖1 砂樣制作裝置

2）抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度測(cè)定。使用液壓萬能試驗(yàn)機(jī)（圖5）。按照SY/T5276—2000《化學(xué)防砂人工巖心抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及氣體滲透率的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)巖心抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度。

3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表1可知，糠醇樹脂抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及滲透率最高，固結(jié)時(shí)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(biāo)對(duì)比

1.2 地層流體浸泡及耐酸堿性實(shí)驗(yàn)

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

圖2 酚醛樹脂膠結(jié)砂樣

圖3 脲醛樹脂膠結(jié)砂樣

圖4 糠醇樹脂膠結(jié)砂樣

表2 不同介質(zhì)的浸泡實(shí)驗(yàn)

圖5 液壓萬能試驗(yàn)機(jī)

從浸泡結(jié)果來看，在HCl中浸泡后抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及滲透率都有所增加，而在過硫酸銨中浸泡后各項(xiàng)指標(biāo)基本不變，在NaOH中浸泡后各項(xiàng)指標(biāo)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(dòng)液體，暴露在日光或空氣中會(huì)變成棕色或深紅色，有苦味，能與水混溶，但在水中不穩(wěn)定，易溶于乙醇、乙醚、苯和氯仿，不溶于石油烴。其各項(xiàng)參數(shù)如表3所示。

圖6 糠醇分子式

表3 糠醇各項(xiàng)參數(shù)

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(jī)酸或有機(jī)酸作固化劑，強(qiáng)酸（如硫酸或?qū)妆交撬幔?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(shù)小時(shí)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(gè)分子中的α氫原子縮合，形成次甲基鍵，縮合形成的產(chǎn)物中仍有羥甲基，可以繼續(xù)進(jìn)行縮聚反應(yīng)，最終形成線型縮聚產(chǎn)物糠醇樹脂[3]。糠醇低聚物分子中含有的強(qiáng)極性基團(tuán)(如羥甲基、酰氨基等)對(duì)砂粒的極性基團(tuán)有親和作用，可產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附［4］，向砂粒表面遷移而強(qiáng)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(qiáng)氧化性酸）、耐堿、耐有機(jī)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(diǎn)是脆性大，對(duì)非多孔性物質(zhì)表面的附著力差，固化收縮率大。

表4 試驗(yàn)井效果

圖7 糠醇樹脂與砂粒反應(yīng)方程式

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果

3.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)施工工藝流程如圖8所示。采用“五段塞”注入法。首先注入前置液清洗地層孔道，然后注入樹脂液，再注入隔離液，用于隔離樹脂液與固化劑，防止提前固化；再注入鹽酸作為固化劑，最后注入鹽水及清水替擠井筒。

圖8 樹脂固砂施工工藝流程

3.2 應(yīng)用效果

2017年現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)7口井，措施成功率100%，試驗(yàn)后日恢復(fù)產(chǎn)油5.8t。截至2017年11月初，累計(jì)恢復(fù)產(chǎn)油579.6t，效果如表4所示。按當(dāng)前油價(jià)計(jì)算，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約140萬元，，投入產(chǎn)出比1∶1.33。目前仍然有效，下步計(jì)劃擴(kuò)大試驗(yàn)規(guī)模，逐步探索該工藝技術(shù)的適應(yīng)性。

4 結(jié)論

1）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，糠醇樹脂固砂強(qiáng)度、滲透率指標(biāo)均優(yōu)于其他樹脂液，且耐酸堿性較強(qiáng)。

2）糠醇分子中含有的強(qiáng)極性基團(tuán)對(duì)砂粒的極性基團(tuán)有親和作用，可產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附；向砂粒表面遷移而強(qiáng)烈地黏附在砂粒表面上，通過物理吸附和化學(xué)強(qiáng)交聯(lián)將游離砂固結(jié)起來。

3）糠醇樹脂固砂體系施工簡單，在臺(tái)肇區(qū)塊試驗(yàn)效果好，適應(yīng)性強(qiáng)，有著較為廣闊的應(yīng)用前景。

[1]曾慶坤，金千歡，陳文秋.提高化學(xué)防砂效果關(guān)鍵技術(shù)探討[J].斷塊油氣田，1997，4（2）：64-66.

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