纤维复合防砂工艺技术研究与应用

陈　飞，康玉阳，陈　丽，徐文敏

（中石化江苏油田采油一厂，江苏扬州　225265）

纤维复合防砂工艺技术研究与应用

陈飞，康玉阳，陈丽，徐文敏

（中石化江苏油田采油一厂，江苏扬州225265）

针对传统工艺防砂后地层近井地带渗透率下降引起油井产量降低问题，引进推广了纤维复合防砂技术。该工艺采用“软、硬”两种特种纤维与覆膜砂在出砂层及近井地带形成高强度高渗透挡砂层，在提高近井地带渗流能力的同时，可有效地防止地层出砂，特别是细粉砂的产出，为解决细粉砂、泥质运移问题提供了有效解决方法。纤维复合防砂工艺在江苏油田周43、沙埝、陈堡等油田现场推广应用4井次，达到防砂增产双重效果。

防砂；疏松砂岩油气藏；细粉砂；纤维复合防砂

1　疏松砂岩油藏出砂状况研究

1.1出砂现状调研

采油一厂存在出砂及泥质运移问题主要为许浅1、周43以及陈堡区块的部分油井。上述区块为较典型疏松砂岩油藏，具有埋藏浅，压实较差，胶结疏松的特性，严重出砂井数占到全厂出砂总井数的85%。以许浅1和周43区块为例。

许浅1块目前有油水井31口，具有严重出砂井史的有22口，严重出砂井占比高达71%。周43块目前有油水井28口，具有严重出砂井史的有11口，出砂井占比达39%。

根据许浅1及周43块出砂井砂样的粒径统计，许浅1块出砂粒径范围在0.1 mm～0.4 mm，粒径中值约为0.15 mm；周43块出砂粒径范围在0.1 mm～0.5 mm，粒径中值约为0.2 mm（见表1）。

表1　许浅1块、周43块出砂粒径统计表

1.2出砂敏感因素研究

1.2.1地质因素颗粒胶结程度是影响出砂的主要因素。一般来说，地层埋藏越深，压实作用越强，地层岩石强度越高，反之亦然。许浅1块及周43块均具有埋藏浅、成岩性差的特点，胶结程度为中等到疏松，从地质情况可判断为胶结疏松易出砂油藏类型。

1.2.2流体性质许浅1块地面原油相对密度0.938 1，地面黏度444.2 mPa·s，地层压力12.89 MPa～13.73 MPa，地饱压差1.1 MPa～3.3 MPa。周43块地面原油相对密度为0.951 4，地面黏度平均352.5 mPa·s，周43块K2t1油藏原始地层压力为14.8 MPa，地饱压差1.5 MPa～3.0 MPa。由这两个区块流体性质及油品全分析实验可知，原油为高密度、高黏、低含蜡沥青基石油，生产时施加在岩石颗粒上的拖曳力大，易造成出砂。

1.2.3开采因素部分井生产制度不合理导致井底压降过大，流速加快，使岩石颗粒受到的应力负荷及拖曳力增大，造成岩石剪切破坏，导致地层大量出砂。

2　纤维复合防砂技术的引进及优化

纤维复合防砂技术是采用两种可分别起“稳砂”和“挡砂”作用的特种纤维［1-3］，一种稳砂，将细粉砂聚集成较大的细粉砂结合体，另一种挡砂，挡住细粉砂结合体进入井筒。

2.1纤维复合防砂原理

“软纤维”是一种长链阳离子聚合物，在水溶液中其支链阳离子基团可吸附在细粉砂上，将分散的砂粒桥接起来，成为细粉砂结合体（类似于大颗粒），起到了稳砂固砂作用。“硬纤维”是经过选择和特殊处理的特制无机纤维，可相互勾结形成稳定的三维网状结构将砂粒束缚于其中，并形成较为稳定的过滤体从而达到挡砂目的（见图1、图2）。

图1　“软纤维”稳砂原理图

图2　“硬纤维”挡砂原理图

2.2纤维的选择与性能评价

防砂用纤维主要有两大类：无机纤维和有机纤维。无机纤维有陶瓷纤维、G纤维等；有机纤维有碳纤维、尼龙纤维等。一般来讲，无机纤维的强度要大于有机纤维，抗温、抗盐、抗酸碱液的腐蚀也较好，因此一般优选无机纤维。目前采油一厂现场应用涂覆砂的密度在2.60 g/cm3左右，根据密度相近易混合原理，所选纤维的密度尽量应与之相近。因此从密度因素及成本角度考虑优先选用G纤维（见图3、图4）。

图4　G纤维微观图片

防砂纤维要求具有良好的化学稳定性才能适应复杂油藏环境，其化学稳定性包括抗酸、碱和地层水侵蚀能力及耐温性。取周43、许浅1等出砂区块地层水样进行室内模拟地层温度下耐酸、碱、盐及耐温性实验。结果表明纤维具耐各种介质侵蚀能力且化学稳定性强（见表2、表3）。

表2　纤维抗酸、碱、盐水腐蚀数据实验表

表3　G纤维耐温实验表

2.3纤维复合体优化研究

2.3.1覆膜砂的优化选择许浅1、周43、陈堡的出砂井油层埋深一般在2 500 m之内，地层压力通常不超过25 MPa，在加压施工及该闭合压力条件下石英砂的破碎率很低，完全可以满足储层需要。因此选用树脂涂层的石英砂为纤维复合体支撑剂。考虑采油一厂储层出砂粒径等因素，树脂涂覆砂粒径选择0.4 mm～0.8 mm（见图5）。

图5　纤维对砂体稳定性影响

2.3.2纤维的长度、直径、浓度的选择优化通过纤维复合体的坍塌实验来确定复合体纤维长度、直径以及浓度。纤维复合体的坍塌实验的评价指标主要是液体通过砂体的临界流量和临界压力（见图6～图8）。

图6　纤维长度对砂体稳定性影响

图7　纤维直径对砂体稳定性影响

图8　纤维浓度对砂体稳定性影响

通过室内对砂体坍塌实验临界流量和临界压力进行测定，确定防砂纤维长度、直径、浓度分别为10 mm，15 μm，1.5%。因此最终确定了纤维复合体的组成：即使用0.4 mm～0.8 mm覆膜石英砂通过添加1.5%的G纤维构成（纤维的长度为10 mm，直径为15 μm）。

3　纤维复合防砂施工工艺优化

根据出砂井油层亏空状态及油水层分布情况，优化形成了端部脱砂工艺与挤压充填工艺两种施工工艺。

3.1端部脱砂工艺

纤维复合防砂技术系统中使用端部脱砂压裂技术，将储层压开裂缝，使原来的径向流改善为拟线形流，降低近井地带压降，改善油气的流动条件，从而达到增产与防止地层出砂的双重目的（见图9）。

图9　端部脱砂压裂防砂示意图

3.2挤压充填工艺

挤压充填防砂主要是指采用低于地层破裂压力的高压将炮眼及近井地带挤满覆膜砂纤维复合体，在地层近井亏空地带及炮眼附近形成一层具有较高强度的高渗透挡砂屏障。

3.3施工参数优化

3.3.1覆膜砂用量计算覆膜砂的设计量为预计量，施工时根据泵压变化情况决定加砂量。地层填砂按地层出砂量多少计算。纤维复合防砂体人工井壁厚度为1.05 m（原则上在0.5 m～3 m）。

设计砂量=地层出砂量+充填砂量+留塞砂量

3.3.2最小排量的确定根据经验和实验结果，为保持砂粒在井筒中不发生沉降，液流速度必须保持在砂粒在静止液体中沉速的8～10倍。

3.3.3软纤维优化设计软纤维稳砂的设计主要是确定合适的软纤维、携砂液和顶替液的用量。

式中：V软-纤维溶液用量，m3；φ-有效空隙比率；R-处理半径，m；H-油层厚度，m。

携砂液用量：根据砂量及泵注排量计算。

顶替液用量：顶替液通常为清水。顶替量为管柱容积及地面管线容积之和的1.0～1.3倍。

4　实施概况与效果

纤维复合防砂技术分别在沙埝、陈堡、周43等区块4口井进行了推广实施。其中沙23-22井与周43-6井实施了端部脱砂工艺，周43-18与陈2-19则实施了挤压充填工艺。

4.1端部脱砂工艺实施情况及效果

以周43-6井为例：该井生产层位为K2t1段2#层，日产液量10 t，含水27%。2013年8月4日因出砂严重导致砂埋管柱126 m。砂样粒径中值0.25 mm。

4.1.1施工工艺设计

（1）10%软纤维溶液处理出砂地层。

（2）施工压力30 MPa（在地层破裂压力之上）挤注携砂液80 m3，施工排量1.5 m3/min，砂比控制在10%～25%，硬纤维浓度为1.5%。

（3）防膨液顶替井筒携砂液进地层。

4.1.2实施效果实施后初期增油效果显著（见图10），日产油8.2 t。

图10　周43-6井生产曲线图

4.2挤压充填工艺实施情况及效果

以周43-18井为例：该井生产层位为K2t1段7#层，正常生产时日产液12.9 t，含水25%。2013年10月底因出砂严重导致泵砂卡，砂埋油层管柱20 m，出砂粒径中值0.25 mm。该生产层下部5 m处为水层，生产层与水层之间夹层较薄。

4.2.1施工工艺设计

（1）20%解堵剂处理出砂地层。

（2）10%软纤维溶液处理出砂地层。

（3）控制施工压力低于地层破裂压力下（12 MPa）挤注携砂液30 m3，施工排量0.5 m3/min，砂比控制在3%～5%，硬纤维浓度为1.5%。

（4）防膨液顶替井筒携砂液进地层。

4.2.2实施效果周43-18井增油效果较好（见图11），日产油量由措施前的3.8 t上升至6.8 t，日增油3 t左右。

图11　周43-18井生产曲线图

5　结论

（1）在近井地带及出砂层中形成的覆膜砂纤维复合体具有高渗透、高强度的特点，能够满足较高的生产制度防砂需求，可以同时实现防砂与增产两个目的。

（2）纤维复合防砂工艺可有效防治细粉砂的出砂危害。

（3）形成端部脱砂工艺与挤压充填两种互补型纤维复合防砂工艺，可根据地层是否能够压裂进行灵活选择，拓宽了纤维复合防砂的应用范围。

［1］ 齐宁，等.纤维复合防砂技术在孤岛油田的应用［J］.钻采工艺，2006，29（6）：50-52.

［2］ 吕芬敏，金建国.纤维复合压裂防砂技术研究与应用［J］.石油钻采工艺，2008，30（3）：97-100.

［3］ 董成.一种新型纤维复合防砂新工艺研究［J］.中国石油和化工标准与质量，2011，（3）：61.

TE358.1

A

1673-5285（2016）05-0051-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.05.014

2016-02-01