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        油田生產(chǎn)中壓裂防砂技術(shù)的應(yīng)用

        2017-12-19 22:28:49袁彬
        商情 2017年41期
        關(guān)鍵詞:壓裂防砂

        袁彬

        [摘要]在油氣開采過程中,必須采用有效的防砂措施。有必要研究一種防砂效果好,防砂有效期長(zhǎng),還不影響油井產(chǎn)能的防砂方法,壓裂與防砂相結(jié)合的復(fù)合技術(shù),稱為壓裂防砂。

        [關(guān)鍵詞]防砂;出砂機(jī)理;壓裂;壓裂防砂

        1油氣井出砂機(jī)理與危害

        從巖石力學(xué)角度來說,油層出砂有兩個(gè)機(jī)理:即剪切破壞和拉伸破壞機(jī)理。除了上述兩個(gè)機(jī)理外,還包括微粒運(yùn)移出砂機(jī)理。

        1.1剪切破壞機(jī)理

        由于井筒及射孔孔眼附近巖石所受周向應(yīng)力及徑向應(yīng)力差過大,造成巖石剪切破壞,引起地層出砂。

        1.2拉伸破壞機(jī)理

        開采時(shí),在井筒周圍應(yīng)力梯度及流體的摩擦攜帶作用下,巖石承受拉伸應(yīng)力當(dāng)此應(yīng)力超過巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí),巖石發(fā)生拉伸破壞。

        1.3微粒運(yùn)移出砂機(jī)理

        在生產(chǎn)時(shí),生產(chǎn)壓差或產(chǎn)量過大,作用在地層顆粒上的拽曳力過大,地層微粒就會(huì)移動(dòng),進(jìn)而導(dǎo)致井底周圍地層滲透率降低,從而增大流體的拽曳力,并可能誘發(fā)固相顆粒的產(chǎn)出。

        出砂的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)減產(chǎn)或停止作業(yè):(2)地面和井下設(shè)備磨蝕;(3)套管損壞、油井報(bào)廢;(4)生產(chǎn)時(shí)間的損失:(5)油氣井的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)損失。

        2壓裂防砂機(jī)理

        2.1填充砂形成由粗到細(xì)的砂拱

        填充砂的粒徑通過地層砂的粒徑進(jìn)行選擇,將流體攜帶的砂粒阻擋于填充砂層之外,通過自然選擇在填充砂層外形成一個(gè)由粗到細(xì)的砂拱,有良好的流通能力。

        2.2壓裂后地層流體的流動(dòng)特征

        油井壓裂后,流體沿著具有高導(dǎo)流能力的裂縫流動(dòng)時(shí),流動(dòng)阻力非常小,因此地層流體流人井底不再遵循徑向流動(dòng)模式,而是形成雙線性流動(dòng)模式,先是地層內(nèi)部向裂縫面流動(dòng)時(shí)的線性流,再是流體沿裂縫向井筒流動(dòng)時(shí)的線性流。

        2.3水力壓裂可以避免和緩解地層巖石的破壞

        具有高導(dǎo)流能力的水力裂縫將地層流體的流態(tài)由原來的徑向流動(dòng)變成雙線性流,在一定程度上降低了生產(chǎn)壓差并大幅度降低了流體壓力梯度。從而緩解或避免了巖石骨架的破壞,也就緩解了出砂趨勢(shì)和出砂程度。

        2.4裂縫可以降低流體沖涮攜帶砂粒的能力

        因裂縫而產(chǎn)生的雙線性流動(dòng)模式及巨大的裂縫面積可以發(fā)揮良好的分流作用,使壓后流速大幅度降低,從而降低了對(duì)地層微粒的沖刷和攜帶作用。

        3壓裂填充砂的選擇

        3.1填充砂尺寸的確定

        在壓裂充填設(shè)計(jì)時(shí),必須正確選擇填充砂尺寸。若填充砂尺寸過大,地層砂可以自由通過填充砂孔隙,雖然裂縫滲透率和充填層的滲透率保持不變,但沒有防砂效果。若填充砂尺寸過小,填充砂能完全阻止地層砂侵入填充層,雖然可完全防止地層砂隨液體產(chǎn)出,但是整個(gè)填充層的滲透率很低,使整個(gè)井的產(chǎn)能變小。

        填充砂尺寸需根據(jù)地層砂的尺寸來確定。當(dāng)填充砂直徑略小于地層砂直徑,地層砂在填充砂與地層砂接觸面上形成穩(wěn)定的砂橋,阻止了地層砂在充填層中的運(yùn)移。

        3.2填充砂種類的選擇

        目前世界上控制支撐劑返排技術(shù)中最成熟、應(yīng)用也最廣泛的樹脂涂敷砂封口技術(shù)。樹脂涂敷砂是在壓裂砂顆粒表面涂敷一層薄而有一定韌性的樹脂層,該涂層可以將原支撐劑改變?yōu)橛幸欢娣e的接觸。當(dāng)該支撐劑進(jìn)入裂縫后,由于溫度影響,樹脂層首先軟化,然后在固化劑的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)而固化。從而使砂粒之間由于樹脂的聚合而固結(jié)在一起,將原來砂粒之間點(diǎn)與點(diǎn)接觸變成小面積接觸,降低了作用在砂粒上的負(fù)荷,增加了砂粒的抗破碎能力。同時(shí),固結(jié)在一起的砂粒形成帶有滲透率的網(wǎng)狀濾段,阻止壓裂砂外吐。

        使用熱塑性酚醛樹脂砂進(jìn)行的壓裂防砂平均有效期在180天以上,很好的避免了壓裂砂回吐造成的出砂,具有良好的應(yīng)用效果。

        4攜砂液的確定

        防砂攜砂液配方的確定是地質(zhì)特點(diǎn)、施工因素決定的。既要將樹脂順利攜入地層,同時(shí)也要考慮攜砂液進(jìn)入地層后所引起的粘土膨脹,乳化堵塞和賈敏效應(yīng)問題,根據(jù)這些要求,攜砂液配方應(yīng)體現(xiàn)五大作用,即具有增粘作用、防膨作用、固化作用、助排作用和破乳作用。這些體系在高溫時(shí)具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性,只有在井底溫度大于148℃時(shí)才能形成。有機(jī)交聯(lián)液的穩(wěn)定性使其具有極強(qiáng)的支撐劑懸浮能力。

        5壓裂防砂施工工藝的優(yōu)化

        根據(jù)壓裂防砂的基本原理,結(jié)合水力壓裂的基本要求,確定壓裂防砂的基本原則為:(1)設(shè)計(jì)目標(biāo)為形成短寬裂縫;(2)壓裂液泵注程序特點(diǎn)是前置液少,初期砂比低,最終砂比盡量高;(3)壓裂液濾失能力較強(qiáng);(4)支撐劑的選擇原則是使導(dǎo)流能力盡量大。在以上基本原則的前提下,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況,對(duì)壓裂防砂施工中出現(xiàn)的特殊情況作出優(yōu)化。

        6壓裂防砂的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        6.1低溫地層井的應(yīng)用

        當(dāng)樹脂預(yù)包砂進(jìn)入裂縫后,由于溫度影響,樹脂層首先軟化,然后在固化劑的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)而固化。從而使砂粒之間由于樹脂的聚合而固結(jié)在一起,起到防砂的作用。樹脂預(yù)包砂的固化溫度為40℃,因此當(dāng)?shù)貙訙囟鹊陀?0℃時(shí),樹脂在地層中就不能固化,也就起不到防砂的效果。以前壓裂防砂在選井時(shí)往往都是避開低溫地層井。為使壓裂防砂能夠應(yīng)用到低溫地層井,樹脂砂在低溫地層中也能起到防砂的的效果,就必須采用人工辦法,迫使樹脂砂在地層中固化。

        6.2有套變井的應(yīng)用

        對(duì)于某些套管變形的井,常規(guī)的防砂方法很難施工,后期的作業(yè)(大修)費(fèi)用相當(dāng)高,無形之中就增加了油井的開發(fā)成本。填砂完成立即用填砂管柱沖砂至人工井底,并用熱水洗井直到膠結(jié)砂在近井地帶完全固化。這樣就避免了后期的沖鉆砂工藝,避開了影響整個(gè)施工過程的套變因素,確保了壓裂防砂的成功。

        7結(jié)論與建議

        (1)通過優(yōu)化完善后壓裂防砂工藝,能夠很好的解決油水井出砂的問題,并能起到增產(chǎn)作用,作業(yè)的一次成功率提高。

        (2)采用樹脂涂敷砂作為壓裂防砂的支撐劑,由于支撐劑表面涂敷了樹脂,這在一定程度上有所降低裂縫的導(dǎo)流能力。并且,樹脂涂敷砂較其他常用的支撐劑成本略微偏高,樹脂涂敷砂防砂井受固化強(qiáng)度的限制。

        (3)若能將增油效果很好的液態(tài)二氧化碳作為攜砂液,防砂與增油效果將得到提高。有待于進(jìn)一步研究。

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