压裂防砂

压裂防砂（精选四篇）

压裂防砂 篇1

一、压裂防砂工艺技术分析

压裂防砂就是在压裂石英砂颗粒表面涂抹一层树脂涂层, 通过压裂泵车产生的高压对油层进行压裂造缝, 提高导流能力, 在裂缝和亏空井段中挤入不同粒径和类型的树脂砂作为支撑剂, 其进入裂缝后, 在温度的作用下, 树脂层首先被软化, 然后又在固化剂的作用下发生聚合反应而固化, 使得砂粒因树脂的聚合反应而固结在一起, 有效防止出砂[1]。

1. 工艺原理

地层出砂的岩石破坏机理与拉伸破坏、剪切破坏、粘结破坏和孔隙坍塌有关。F.Sanfilippo等通过岩心实验分析地层出砂的机理, 结果表明:地层出砂的首要原因是剪切破坏, 造成地层岩石的输送, 流体的拖曳作用促使岩石颗粒从岩石表面滚落下来。而压裂防砂技术在地层中造缝, 使原先的流体径向流变成双线性流。流体属于径向流状态时, 原油以辐射状从远处渗流到井底, 导致井底地带的压力变化大, 井壁在压降的作用下形成一个陡峭的漏斗, 越靠近井壁, 压力梯度越大, 而这一压力分布状况使得供给边缘和井底之间的压差绝大部分消耗在井底附近区域, 而该区域又正好是钻井应力集中区域, 非常容易出现结构破坏, 进而导致出砂问题。流体变成双线性流状态时, 井底附近的压差变化小, 压力梯度小, 作用在地层砂上的应力也小, 而且原油的泄流区域延伸到地层深部, 流压提高, 减小其渗流阻力。而较大面积裂缝的产生增加原油的渗流面积, 一定程度上分流流体, 降低其流速, 降低流体对地层颗粒冲蚀携带作用, 稳定地层砂。另外, 压裂支撑带则对地层砂起到桥堵作用, 选择合适粒径的压裂砂、涂料砂、石英砂等充填裂缝, 起到良好的防砂效果[2]。

2. 压裂防砂工艺技术优点

压裂工艺作为一项常规增产措施, 在低渗透油田开采中广泛应用, 将压裂技术与防砂技术结合起来, 达到抑制出砂、提高产能的效果, 与常规防砂工艺相比, 压裂防砂工艺具有以下优势:1) 实现防砂与增产的协调统一, 且防砂效果好;2) 能有效提高裂缝的导流能力。

二、应用案例分析

美国哈里伯顿公司根据油井出砂历史、储层受伤害程度、地层强度、出砂时间这四个方面的参数, 结合多年的实践经验, 总结出一套压裂防砂工艺的应用选择方法。若油井已经出砂, 而储层受伤害程度小, 渗透率高、地层强度低, 则可采用绕丝筛管填充。若地层渗透率高、出砂历史短, 应采用压裂充填。若地层强度大, 渗透率低, 则应采用防砂压裂方法, 且不添加固结剂。油井在设计压裂防砂技术方案时, 应系统分析, 根据实际情况以及压裂防砂技术原理设计防砂方案, 施工时若无脱砂现象, 则通过调整施工排量、砂比等措施提升裂缝内的充填压力, 直到支撑带的形成[3]。

大庆油田应用压裂防砂技术早, 采取该措施的成功率高达100%, 有效率为85%左右, 在增产方面取得良好成效。大庆油田的某油井于1992年投产, 1993年发现套管破损问题, 由于技术限制一直处于关井状态, 2002年进行大修对套管破坏处进行了维修, 恢复生产。2005年4月份进行调层上返, 之后试油时发现该井出砂严重, 且该油井的套管存在补贴现象, 补贴处的内径为100mm, 耐压≤7MPa, 因此, 无法采用常规防砂方法, 之后决定采用压裂防砂技术, 考虑到埋藏浅、井温低的特点, 在树脂中添加一定量的固化剂提高人工井壁的固化强度, 并在加砂前先加入膨胀剂, 使其紧贴在套管壁上, 使套管不承受过多的外在压力, 起到保护套管的效果。另外, 使用软硬摩擦副实现柱塞与泵筒的无间隙密实, 增强抗砂性能。压裂防砂技术的具体施工参数为:砂比为25%-30%, 排量为1.7m3/min, 施工压力28-27MPa, 填入粒径为0.4mm的石英砂13.6t。实施压裂防砂技术后半个月开井投产, 初期日产油为9t, 含水1%, 截至目前, 该油井生产仍属于正常范畴, 取得了良好的防砂增产效果。

结束语

随着科学技术的不断发展, 压裂防砂技术逐渐趋于完善, 其应用范围越来越广泛, 得到了广大油田企业的青睐。采用压裂防砂工艺技术, 能有效解决地层出砂问题, 对地层进行压裂改造, 解决近井地带的污染问题, 控制井底微粒的迁移。由于压裂防砂技术是一项技术含量高, 兼顾增产与抑制出砂的新技术, 实践经验表明其具有良好的效果, 可大范围推广应用, 从而为油田企业原油增产提供技术支撑。

参考文献

[1]刘北羿.压裂防砂技术进展及存在问题[J].油气地质与采收率.2008 (04) .

[2]陈军, 李媛媛, 贝君平, 等.压裂防砂机理与工艺选择研究[J].内江科技, 2012 (3) :56-57.

压裂防砂支撑剂导流能力研究与分析 篇2

压裂防砂实现油井增产的技术关键是通过端部脱砂技术在疏松砂岩这类中高渗地层中建立具有较高导流能力的“短宽裂缝”渗流通道[1]。因此, 支撑剂充填层的导流能力直接影响到压裂防砂后油井增产效果和有效期。本文研究了各因素对支撑剂导流能力的影响, 为支撑剂的优选、压裂防砂设计优化提供了相关实验依据。

1 实验装置及实验程序

研究所用主要实验装置为F C E S-100型裂缝导流仪, 该装置设计指标符合API标准。实验所用的支撑剂为20/40目石英砂、20/40目陶粒和16/20目陶粒, 流体介质为蒸馏水。实验在不同的闭合压力条件下流体流过支撑剂充填层时, 测量支撑剂充填缝宽、压差流量, 根据公式计算出支撑剂充填层导流能力[2]。

2 实验结果

2.1 不同类型支撑剂导流能力对比实验

实验选用20/40目粒径的石英砂和陶粒, 实验结果如图1。以闭合压力40MPa为例, 石英砂导流能力为12.09μm2·c m, 陶粒的导流能力为97.85μm2·c m, 石英砂导流能力仅为陶粒的12%。实验结果表明在相同条件下, 陶粒的导流能力优于相同粒径的石英砂。

2.2 不同粒径支撑剂导流能力对比实验

实验选用20/40目、16/20目两种粒径的陶粒, 其导流能力曲线如图2。尽管当闭合压力大于50MPa后, 随压力的增加两种支撑剂的导流能力差距逐渐减小, 但是16/20目陶粒的导流能力高于20/40目陶粒, 即支撑剂粒径尺寸越大, 导流能力越高。

2.3 不同铺置浓度导流能力的实验

对20/40目陶粒不同铺置浓度下导流能力实验结果如图3。实验表明:在闭合压力一定的条件下, 支撑剂的铺置浓度越大, 其导流能力越高。

2.4 加载循环应力导流能力实验

选用20/40目陶粒作为支撑剂, 初始加载压力为30M P a, 然后加至50M P a, 再减至30M P a, 为一个循环, 每次压力加载间隔为15min, 分别进行1次、5次和10次循环应力加载, 对加载后支撑剂破碎率和导流能力进行测试。测得破碎率分别为4%、5.3%和6%, 对应导流能力分别为126.91μm2·cm、103.37μm2·cm和94.75μm2·cm。结果表明, 陶粒的破碎率随加载次数的增加而增加, 导流能力随加载次数的增加而减小。

3 影响因素分析

裂缝支撑剂导流能力C f定义是:在闭合压力下, 渗透率K f与裂缝支撑剂缝宽W f的乘积, 其物理意义是流体在单位压力梯度作用下通过单位高度裂缝支撑剂的截面的流量。

3.1 应力的影响

对比实验结果 (图1、2) , 支撑剂的导流能力与闭合压力成反比。这是因为:随着闭合压力的增加, 支撑剂颗粒产生塑性形变并破碎, 孔道半径减小、迂曲度增大, 破碎的微粒堵塞了一部分孔道, 导致支撑剂充填层的渗透率减小, 从而使其导流能力减小。

3.2 支撑剂性能的影响

(1) 抗压强度

因此支撑剂的抗压强度是影响其导流能力的关键因素。实验中20/40目陶粒在69M p a破碎率仍小于5%, 而20/40目石英砂在闭合压力为28M P a时, 破碎率就已达到14%左右。在50MPa闭合压力下, 抗压强度高的陶粒破碎率低, 能够有效支撑裂缝, 保持较高的渗透率和导流能力。

(2) 粒径

支撑剂的粒径大小对导流能力的影响较为明显。其原因是:大粒径的支撑剂所形成的大孔隙, 对流体介质的力度阻力较小, 导流能力比小粒径支撑剂的要高。

3.3 铺置浓度的影响

由于仪器导流室的测试面积固定, 支撑剂充填宽度W f与铺置浓度c的关系式为:Wf=0.1c/r (其中ρ为支撑剂体积密度) 。在铺置浓度—导流能力实验中, 同规格20/40目陶粒的体积密度相同, 充填宽度与铺置浓度成正比关系, 故导流能力随铺置浓度增加而增大。

4 改善导流能力方法

针对压裂防砂技术在胜利油田疏松砂岩油藏的应用情况, 提出以下几点改善支撑剂导流能力的方法:

根据油藏埋深和地层闭合压力的情况选择合适类型的支撑剂:对于闭合压力小于20MPa的地层, 选取石英砂作为支撑剂能够满足施工要求;对于闭合压力为20～40M P a的地层, 应选取陶粒作为支撑剂, 才能满足施工的要求。

在粒径选择上不仅要考虑支撑剂粒径大小对支撑剂导流能力的影响, 而且还要兼顾支撑剂粒径对挡砂效果的影响。支撑剂粒径选择原则是根据Saucier公式设计后, 选择大一级粒径。这样不仅能够获得较大的导流能力, 而且能够减少地层砂的运移, 建立有效的挡砂屏障。

减少施工和生产中的压力波动对充填层导流能力的影响, 建议使用压裂防砂一体化管柱, 减少外界循环应力对支撑剂导流能力造成的不利影响。

在施工条件允许的情况下, 应选用悬砂效果优良的携砂液和高砂比进行施工, 以提高裂缝中支撑剂的有效支撑率和铺置浓度, 从而提升支撑剂充填层的导流能力。

摘要：本研究使用FCES-100型裂缝导流仪, 进行了支撑剂导流能力实验, 观察了支撑剂性能、闭合压力、循环应力和铺置浓度对支撑剂导流能力的影响, 分析了各因素对导流能力的作用机理, 并提出了改善导流能力的方法。本文对压裂防砂中支撑剂的选择、设计优化以及现场施工都有积极的指导意义。

关键词：压裂防砂,裂缝导流能力,影响因素,提高方法

参考文献

[1]智勤功, 谢金川, 吴琼, 等.疏松砂岩油藏压裂防砂一体化技术[J].石油钻采工艺, 2007, 29 (2) :56-60.

压裂防砂堵水一体化技术研究与应用 篇3

在压裂防砂过程中, 压裂液是沿着高渗透带推进的, 而高渗透带往往是注入水或地层水最先突进的方向。若在储层改造前缘和充填支撑通道中进行油水相对渗透率调控, 是可以实现稳油控水和降低油水采出比例的。因此, 通过反复论证, 确定以下技术方案:在压裂防砂过程中, 首先打入选择性调堵剂, 再高压预充填孚盛砂或覆膜砂。选择性调堵剂优先进入高渗透层或高渗透条带, 增大高渗透带的水相流动阻力;孚盛砂支撑裂缝, 建立高导流通道, 依靠油水相对渗透率差异, 实现稳油、控水目标;覆膜砂胶结固化形成人工挡砂屏障, 实现压裂-防砂-堵水一体化。

1 聚丙烯酰胺调堵剂

聚丙烯酰胺调堵剂具有可控性强, 施工简单, 有选择性, 能优先进入出水层和高渗层, 技术成熟, 适应性强的优点, 能适应低中高渗透砂岩油藏、存在裂缝和大的水流通道油藏的堵水、调剖, 在油田应用面广。如聚丙烯酰胺类无机交联冻胶堵水调剖剂、聚丙烯酰胺有机交联冻胶调剖剂和聚丙烯酰胺共聚物类堵水调剖剂等。聚丙烯酰胺的封堵机理是由于分子链上有许多反应基团, 它们与交联剂发生交联作用, 形成网状结构, 这种结构把水包含在晶格结构中形成具有粘弹性的冻胶体, 在孔隙介质中间形成物理堵塞, 阻止水流通过或改变水流方向通过而产生封堵作用。它对水造成堵塞是由以聚合物冻胶的物理堵塞为主, 兼有吸附和残余阻力作用。

聚丙烯酰胺按电荷性质分为非离子型聚丙烯酰胺 (PAM) 、阴离子型聚丙烯酰胺 (HPAM) 、阳离子聚丙烯酰胺 (CPAM) 和两性聚丙烯酰胺 (Am PAM) 。CPAM是聚丙烯酰胺家族中出现较晚的一种, 它与HPAM相比, 有更好的耐温性能和耐盐性能, 并且具有HPAM所具有的各项优点, 在防砂堵水技术中使用具有较大的潜力。

阳离子聚丙烯酰胺 (CPAM) 与酚醛树脂交联反应的本质是酚醛树脂中的羟甲基 (—CH2OH) 与酰胺基 (—CONH2) 脱去一个水分子 (H2O) 形成 (—CH2—NH—CO—) 键的过程。通过室内实验确定了CPAM主剂的基础配方 (0.3%~0.6%CPAM+0.6%~0.8%酚醛树脂) 。 (表1)

2 绒囊工作液

绒囊是由聚合物和表面活性剂自然形成的可变形材料, 粒径15~150μm, 60μm居多, 壁厚3~10μm。可根据井下条件, 改变性能和形状全面封堵地层漏失通道。中国石油大学郑力会等人通过显微镜下观察和对绒囊作用效果分析, 认为绒囊具有“一核二层三膜”的微观结构。绒囊的特殊结构, 使得具有高效封堵漏失地层的能力, 按照不同的孔隙尺寸大小, 绒囊的封堵机理各不相同。当遇到大洞大缝时, 囊泡随着高温和低压, 堆积成水平放置的锥状体, 分解了液柱压力。当作用在前端的绒囊分得的压力和地层压力相等时, 流体不再向地层流动。而且, 由于低剪切速率下高粘度, 使流体稳定下来, 称之为分压封堵模式。绒囊在向大小和自己相当的漏失地层通道移动中, 有两种情况发生。

一是单个囊泡往低压区移动时, 阻力增加, 流动阻力提高;

二是连续进入了漏失通道绒囊膨胀充填。

流动速度下降, 绒毛吸附, 低剪切下高粘度, 消耗液柱压力, 实现防漏堵漏。称之为耗压封堵模式。绒囊工作流向微孔微缝时, 凝胶强度由于低剪切速率降低而升高。绒囊首先吸附在低压入口处。在低压吸引下静止后, 表面活性剂和大分子聚合物聚集在一起构成过渡层, 即长绒毛。进一步增大了凝胶强度, 强化膜强度。与低渗透膜不同, 它包含着绒囊, 称之为撑压封堵模式。2014年我们在油井上进行了绒囊堵水试验, 验证了绒囊工作液具有一定的选择性堵水能力。

3 孚盛砂

鉴于许多油田面临高含水状况, 如何降低含水率提高油产量的技术要求, 北京硅砂资源利用国家重点实验室, 借鉴砂基透水砖“破坏水的表面张力”的透水原理, 创造性提出“多项选择性渗透原理”, 把风积砂加工成具有优异的透油阻水功能的新一代压裂支撑剂, 即孚盛砂 (FSS) 。该支撑剂解决了美国与俄罗斯10年来未攻克的“透油与阻水”技术难题。经过大庆、胜利等油田实际应用, 同比陶粒平均提高油产量15%以上, 含水率下降约5%。

孚盛砂 (FSS) 在常压下, 透油不透水;在有压力情况下, 选择性透油阻水。通过密闭容器、不同驱替压力下液体通过FSS流量对比, 表明原油流量是活性水的3倍。

4 应用效果

压裂防砂堵水一体化技术, 2014年11月在曙光油田曙3-3-003C井进行了首次一体化应用试验, 施工成功率100%, 初期单井含水下降了5个百分点, 日增油0.5吨以上, 目前还继续稳定生产, 压裂防砂堵水效果明显。该井的试验成功为今后解决同类油藏油井出砂出水难题提供了新的方法和思路。

摘要：随着油田注水开发的深入, 水对出砂井的影响日趋明显。国内外研究发现, 利用油水相对渗透率的不同进行适度控水, 是一个可行的降低采出油水比例的方法, 既可以保持地层的渗透性, 也能达到稳油控水的效果。本文通过对聚丙烯酰胺、绒囊工作液等选择性堵剂, 以及孚盛砂等功能性材料的研究, 成功在曙3-3-003C井上完成了压裂防砂堵水一体化技术试验并获得效果, 为今后解决同类油藏油井出砂出水难题提供了技术借鉴。

关键词：聚丙烯酰胺,绒囊工作液,孚盛砂,防砂堵水一体化

参考文献

[1]张永昌.水驱油田高含水期控水防砂一体化技术研究[D].中国石油大学, 2011.6.

[2]黄安华.CPAM交联机理及在高温高盐油藏堵水中的应用研究[D].中国石油大学, 2007.4.

[3]吴建平.压裂防砂一体化技术研究[D].中国石油大学, 2009.

[4]张永昌.水驱油田高含水期控水防砂一体化技术研究[D].中国石油大学, 2011.

[5]张楠.辽河油区油井防砂工艺技术研究[D].东北石油大学, 2015.

压裂防砂 篇4

在油井作业中对压裂酸化技术进行应用,能够将酸液在地层中进行挤压,保证人工裂缝得以形成,并且能够具有导流能力,从而为原油产量提供巨大的潜力。

1井下作业压裂液类别和测压压裂的作用

我们平常所用的酸化液添加剂按照种类来进行划分,可以分为防腐、表明活性、稳定和缓速等几个方面,酸化液添加剂又可以分为酸洗、压裂酸化和基质酸化等三个方面,酸洗主要在砂岩中进行应用,在对射孔孔眼进行疏通的过程中主要采用碳酸盐油气层。在油气层近井地带会存在一定的堵塞情况,需要对堵塞进行充分解除,而采用基质酸化能够有效的达到这一目的,并且地层渗透能力也会因此而提高。采用压裂酸化能够保证在碳酸盐地层中裂缝被完全压开,对堵塞问题进行充分解决,保证渗流液面积极大增加,对裂缝系统进行重新沟通,保证原油产量因此增加,地质酸化是在地层面中对酸液进行注射,三爷荣福地层岩石就是为了保证油层穿透能力得以提高,对通道进行充分连通和扩大,深部酸化的目的就是为了对油层污染区域堵塞基质酸化等进行解决。采用深部酸化能偶对地层深部污染堵塞情况进行充分解决,所以污染井产量也会随之而提高。

2套管井防砂暂堵剂选择性酸化与其原理

在酸处理液采用泵入的方式进入地层之后,因为高渗透层吸水启动具有很小的压力,暂堵剂处理液会最先考虑进入渗透层中,酸化微小颗粒对渗透层孔道进行堵塞,其启动压力不断提高,渗透层酸液进量减少,后面的酸碱液会在中低渗透层进入,对其进行充分改善,采用的暂堵剂在原油和有机溶剂中得以溶和,在施工中,暂堵剂灰在原油或者有机剂中进行融合,开机后井生产,暂堵剂在原油中融合,并随之排出,从而高渗透层出油效果提高。

3套管井防砂油井作业砂管防砂相关技术解决方案

第一是井下作业出砂地层要按照地层砂胶的强度,井下作业出砂地层会按照地层砂胶的强度具体进行划分,主要包括流砂、脆性及胶结地层三种,采用井底捞砂技术来对砂样进行充分获取。关于油气井出砂的原因主要有以下两个方面,分别是先天性和开发性,对于先天性,主要是砂岩地层交接强度,交接矿物其数量较多,类型较好,主要遍及在地质年代较早的地方,该地油气藏胶接强度较大,如果年代较晚,交接强度较小。另一种是开发原因,主要是人为原因,从而导致在油井中有砂石的存在。

第二是机械防砂原理和条件,此机械防砂具有一定的原理,在井下油层井段管套内设置装置,该装置能够起到挡砂过瘾的作用,只能允许油气经过,砂子全部阻挡在装置外围,砂子难以进入油层井段上方套管内,能保证油井难以出砂,采用机械防砂的方式能够在油井先期防砂的情况下应用,其机械液能够在油井后期防砂中应用。

第三化学防砂的原理及应用范围,其原理主要是对油层挤于化学溶液胶结剂,在井筒周围砂岩层通过人工方式进行胶结,砂岩层胶结强度能够迅速提高,不仅能够防止油层出砂,采用化学防砂能够保证油井先期防砂。

第四是滤砂管防砂种类和应用条件,采用滤砂管进行防砂采用的胶结剂其性能较好,能够对硬度达标的颗粒物骨料进行筛选,保证其比例能混合,在按照一定比例过程中,其固结可以形成,其滤砂管强度和渗透性也能得以保证,和其他工具一起进入井内,在出砂层位对地层砂进行阻挡,从而防止砂子进入生产管柱。

第五,滤砂管防砂施工注意事项,要对滤砂管下井前做好充分检查,如果存在树脂富集,不能进行应用,如果滤砂管性能不好,在下井后不能较长连接,防止折裂,滤砂管在下井之前要充分干净,不能有有油污,否则难以起到防砂作用。

第六,预涂层砾石双层筛管防砂,主要是把砾石放入内外层筛管中环形空间,保证其固结,形成预涂层砾石双层筛管,下井后要对谁成为,对砂石进行阻挡,其主要应用于砂层较粗、原油粘度直径在标准下的油层或油井,另外其在边远油井和不分早期晚期、套管完好的油井中也能得到应用。

所以要保证其质量要求,预涂层砾石双层筛管防砂能够均匀,没有空洞和裂缝,能牢固胶结,连接部件要完美禁锢,中心管要畅通,封隔器要灵活,接头负荷要达到标准以上,下筛管过程中,井筒不能有油污存在。

4油井出水危害和找水堵水技术应用

首先其危害严重,会影响油井运行,减低产量,地层压力降低,因为在注水开发地层中,通过注水来对地层压力进行补充,水从高渗透到达油层,油层压力下降,难以达到水驱油效果。另外出砂严重,流沙岩层胶结物蒙脱石遇水膨胀,导致出砂严重,不仅如此,还对采油设备产生危害,加大成本,需要投入大量人力物力。其次是对油井出水成为进行判断,主要采用综合分析对比法、封隔器找水法、水比学分析法及生产动态分析对比法。再次是堵水目的和措施,主要采用机械堵水和化学堵水,然后是堵水原理,堵剂在地层中发生化学反应生成物质,对出水孔道进行封堵,最后国内外堵水发展趋势,将油井进行单井处理降低含水量,提高采收率,该方法发展了油井层选择性控制含水技术,其效果显著,将注水井中注入聚合物,能达到控制含水和提高采收率的目的。

参考文献

[1]季涛.浅谈油井作业压裂酸化及防砂堵水技术研究[J].企业文化(下旬刊),2015(07):244.

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[4]付民,方立新,张松明等.疏松砂岩、细粉砂岩油藏防砂堵水及大孔道封堵工艺技术[J].油气井测试,2012,21(02):51-53.