氟硼酸可水解產生HF[2 ] ,即BF4- + H2O =BF3OH- + HFBF3OH- 陰離子可進一步依次水解成BF2 (OH) 2- 、BF(OH) 3- 、H3BO3 ,同時產生HF。各級水解生成的HF 與砂巖中的黏土和地層骨架礦物顆粒的反應為HF + Al2SiO16 (OH) 2 H2SiF6 + AlF3 + H2O與此同時,羥基氟硼酸和硼酸亦與地層礦物顆粒如高嶺石反應,生成硼硅酸鹽和硼酸鹽。
錦州油田現生產區塊主要有錦45 塊、錦7 塊、歡17 塊、錦25 塊、錦16 塊等,在長期的開采過程中,油井出砂一直是制約油田正常生產的一個主要因素。據統計2000 年出砂井數873 口, 2005 年上升到1056 口。論文 這些區塊呈現的特征是出砂的套變油井逐年增多,出砂粒徑逐年變細,出砂量逐年增多。
其中錦45 塊和錦7 塊由于成巖作用差,膠結疏松,油井出砂極為嚴重。機械防砂、壓裂防砂、螺桿泵排砂等防排砂技術受井下工具的限制,均不適用于出細粉砂油井和套變油井防砂,而化學防砂具有其他防砂措施不可替代的優越性,具有固化強度高、有效期長、對地層傷害性小、施工簡便的特點,所建立的人工井壁能有效地阻擋地層出砂,具有普遍性,能很好地解決各種油井防砂問題,是解決套變油井和出細粉砂油井防砂難題的有效方法。
1 化學防砂技術的發展歷程
錦州油田已開發15 年,油井出砂一直是影響油田開發水平提高的主要因素之一,畢業論文 化學防砂技術的應用和發展在油田開發中起了至關重要的作用。1992~2005 年期間化學防砂技術的發展可分為四個階段。
(1) 1992~1995 年,在稀油和稠油區塊分別使用以長效黏土穩定劑為主的FSH2901 稀油固砂劑和以無機物為主的BG-1 高溫固砂劑。
(2) 1996~1997 年,稠油井化學防砂技術有了新突破,先后開發并研制了含有有機成分的三氧固砂劑、高溫泡沫樹脂和改性呋喃樹脂溶液防砂劑。
(3) 1998~2002 年,以具有溶解和溶合作用的氟硼酸綜合防砂技術代替長效黏土穩定劑成為稀油井化學防砂技術的主流,以含有水泥添加劑的有機硅固砂劑代替了三氧固砂劑。
(4) 2003~2005 年,改性呋喃樹脂防砂技術由于有效率較高和有效期較長,醫學論文 成為化學防砂技術的主流,其余早期的化學防砂技術不再使用,同時LH-1 高強度固砂劑防砂技術通過了現場試驗。
2 化學防砂技術的應用效果
2.1 FSH-901 稀油井固砂劑防砂技術
(1) 防砂機理 FSH-901 固砂劑主要成份為線性的高分子陽離子型聚合物N2胺甲基聚丙烯酰胺,這種聚合物中陽離子與黏土晶格中的陽離子發生交換作用,中和黏土表面的靜電荷,消除黏土片層間的排斥力,使黏土呈吸縮狀態,阻止黏土膨脹引起砂粒運移。由于與黏土發生交換的陽離子是連接成鏈狀的,可在黏土顆粒表面形成強大的吸附膜,包裹黏土顆粒,使黏土顆粒與泥砂顆粒牢固地黏結在一起,又可防止其他陽離子的侵入和交換,達到固砂和防止油層出砂的目的。
(2) 應用效果 1992~1997 年,使用FSH-901稀油井固砂劑總計施工136 井次,有效107 井次,有效率78.7 %。
2.2 BG-1 高溫固砂劑防砂技術
(1) 防砂機理 該高溫固砂劑是以含鈣的無機化合物為主體,加入有機硅化物及分散劑,經密閉表面噴涂工藝處理制得的白色粉末狀固體顆粒。在快速攪拌下將該劑分散在水介質中,配制成微堿性的懸浮液,在注汽條件下擠入井內,其中的硅化物在井筒近井地帶高溫表面發生脫水反應,將地層砂牢固地結合在一起,從而達到固砂的目的。
(2) 應用效果 1992~1995 年,使用BG-1 高溫固砂劑總計施工79 井次, 有效63 井次, 有效率79.7 %。
2.3 三氧固砂劑防砂技術
(1) 防砂機理 三氧固砂劑由粉狀氫氧化鈣、碳酸鈣、甲基三乙氧基硅烷,二甲基二乙氧基硅烷、分散劑、助乳化劑及其他助劑組成。承載于氫氧化鈣和碳酸鈣上的乙氧基硅烷在高溫條件下遇水分解,乙氧基變為硅醇基,硅醇基與砂粒表面的氫氧基( —OH) 之間和硅醇基相互之間發生脫水縮合反應,硅醇基與鈣化合物之間也會發生某些反應,其結果是砂粒和鈣化合物顆粒之間形成網狀結構的有機硅大分子,使松散的砂粒膠結在一起。
(2) 應用效果 1996~1997 年,使用三氧固砂劑總計施工98 井次,有效81 井次,有效率82.7 %。
2.4 高溫泡沫樹脂防砂技術
(1) 防砂機理 當高溫可發泡樹脂液擠入地層后,一部分樹脂液在砂粒之間吸附而形成膠結點,樹脂固結后將地層砂固結;進入地層虧空處的另一部分樹脂在發泡劑作用下發泡并形成固體泡沫擋砂層,起人工井壁的作用。這一技術是高溫樹脂固砂與固體泡沫人工井壁防砂的結合。
(2) 應用效果 1997 年,使用高溫泡沫樹脂總計施工4 井次,有效2 井次,有效率50 %。
2.5 改性呋喃樹脂防砂技術
(1) 防砂機理 改性呋喃樹脂防砂劑由改性呋喃樹脂、固化劑、催化劑及抗高溫老化劑、吸附劑及后處理劑組成,在紊流狀態下易分散于水中,職稱論文 不結團、不沉降。防砂劑在清水或污水攜帶下進入油井目的層段,分散并吸附在砂粒表面,在地層條件下固化,在套管外地層中形成不熔化不溶解的阻砂井壁,水則作為增孔劑使其具有一定的滲透率[1 ] 。這種防砂劑形成的人工井壁,抗壓強度為5~15 MPa ,可阻擋粒徑> 0106 mm的砂粒通過。
(2) 應用效果 1997~2005 年,使用改性呋喃樹脂防砂劑總計施工99 井次,有效94 井次,有效率94.9 %。
2.6 氟硼酸綜合防砂技術
(1) 防砂機理 硼硅酸鹽可將小片黏土溶合在一起,阻止其分解和運移,使氫氟酸進一步與地層骨架礦物反應。在這些反應中,黏土中的鋁生成取決于F - 的某種氟鋁酸鹽絡離子而溶解在溶液中。在礦物表面富集了硅和硼,在硅酸鹽和硅細粒上則形成非晶質硅和硼硅玻璃的覆蓋層,溶合成骨架,使顆粒運移受阻。
(2) 應用效果 1998~2002 年,使用氟硼酸綜合防砂技術總計施工130 井次,有效106 井次,有效率81.5 %。
2.7 YL971 有機硅固砂劑防砂技術
(1) 防砂機理 該固砂劑能改變黏土表面的電荷性質,其中的主體成份聚合物還能與地層中的硅氧結構礦物(包括黏土中的硅氧結構礦物和砂礫中的SiO2) 反應,形成牢固的化學鍵;同時在油層條件下固砂劑分子之間相互交聯,形成牢固的網狀結構,既穩定了膠結物,又固結了疏松砂粒。
(2) 應用效果 1998~2002 年,使用YL971 有機硅固砂劑總計施工89 井次,有效76 井次,有效率85.4 %。
2.8 LH-1 高強度固砂劑防砂技術
(1) 防砂機理 在高溫下該固砂劑中的有機硅化物經水解、表面脫水,以硅氧鍵與地層砂結合,并在各種添加劑的共同作用下將地層砂緊密連接在一起,留學生論文形成具有一定滲透率和高強度的立體蜂窩網狀結構濾砂層,阻止地層砂流入井筒。
(2) 應用效果 2005 年,使用LH21 高強度固砂劑總計施工11 井次,有效11 井次,有效率100 %。
3 現場施工中出現的問題
以上各種化學防砂技術在錦州油田開發的不同時期發揮了極其重要的作用,有力地保障了油田生產的正常運行。隨著各個區塊開發力度的加大及上產措施的實施,化學防砂主要面臨以下幾種狀況。
3.1 出砂套變井逐年增加
據統計,隨著錦州油田各采油區塊遞減幅度的加大,出砂油井數每年遞增, 2000 年共有873 口,2005 年已增加到1056 口。其中出砂的套變油井數也逐年上升,2000 年為163 口,2005 年底已上升到316 口。出砂的套變油井如不及時采取防砂措施,套管變形將更加嚴重,甚至發生套管損壞、油井報廢。雖然套管嚴重損壞的油井可以采取注灰、補層、側鉆等補救措施,但會大大增加采油成本。對于套變油井,最好在出砂初期便采用化學防砂法防治出砂。
3.2 長井段油井化學防砂的難度加大
進入油田開發中后期,錦州油田在布井上采取了井網加密策略,在油層開發上采取了幾套層系合采措施,油井開發層系增多,油層厚度加大,井段加長,也加大了化學防砂的難度。有些油井由于井段長,層間差別大,籠統的化學防砂方式已不再適用,只能根據不同油層的地質狀況、出砂量及出砂粒徑,設計不同濃度、不同組成、不同藥劑用量的合理的分層防砂方案,并利用井下工具來完成分層化學防砂措施。該技術正在逐步完善之中。
3.3 油井出砂粒徑逐年變細
以錦45 塊為例,根據463 個采集砂樣的篩選分析結果,2000 年砂樣平均粒度中值為01243 mm ,2005 年為01156 mm ,呈現逐年變細的趨勢,出細粉砂油井逐漸增多。另外,在少數油井采集的砂樣中,有大粒砂和近似泥漿的細粉砂,說明油層骨架已遭到破壞,如不及時采取防砂措施,將發生地層虧空嚴重、套管變形、破裂損壞的危險現象。
4 開發中后期化學防砂技術發展方向
4.1 開發新型常溫固化、耐高溫的化學防砂技術有一些出砂比較嚴重的套變的檢泵油井,由于油層溫度低,不能采用現有的化學防砂技術防砂。曾嘗試使用常溫環氧樹脂防砂技術,由于固化強度低而被淘汰。目前錦州油田使用的改性呋喃樹脂防砂技術和LH21 高強度固砂劑防砂技術,所用藥劑都是高溫固化類型的,不適用于常溫檢泵油井,有待開發常溫固化、耐高溫的化學防砂技術。
4.2 逐步完善配套分層防砂工藝
針對多層合采,井段加長的出砂油井,籠統防砂方法已不再適用,分層防砂是有效措施之一。目前的分層防砂技術應逐步完善各層系的設計方案、藥劑的選用和施工方式方法,以適應這類油井防砂的需要。
參考文獻:
[1 ] 蘭艾芳,趙海龍,傅奎仕,等. 改性呋喃樹脂固砂劑用于熱采稠油井防砂[J ] . 油田化學,1998 :15 (3) :228 —232.
[2 ] 萬仁溥. 采油工程手冊(下) [M] . 北京:石油工業出版社,2000 :188 —189.
