油水井化學(xué)防砂法

1、第二專題：油水井防砂法第二專題：油水井防砂法一、油水井出砂的原因一、油水井出砂的原因 油井會不會出砂，主要取決于砂層中砂粒間油井會不會出砂，主要取決于砂層中砂粒間的膠結(jié)狀況。若砂粒間沒有膠結(jié)物，或雖有膠結(jié)物的膠結(jié)狀況。若砂粒間沒有膠結(jié)物，或雖有膠結(jié)物但數(shù)量很少強(qiáng)度很差，它們就會在流體的沖刷下引但數(shù)量很少強(qiáng)度很差，它們就會在流體的沖刷下引起出砂。起出砂。 二、二、 油井出砂的危害油井出砂的危害油井出砂會將油層砂埋、油管砂堵，嚴(yán)重時(shí)會使井油井出砂會將油層砂埋、油管砂堵，嚴(yán)重時(shí)會使井底坍塌，損壞套管，使油井停產(chǎn)。底坍塌，損壞套管，使油井停產(chǎn)。油井出砂會加速井下設(shè)備、工具等的磨蝕，甚至磨油井出砂會加速

2、井下設(shè)備、工具等的磨蝕，甚至磨損。損。1) 油井出砂，會造成停產(chǎn)而影響產(chǎn)量、增加井下作業(yè)油井出砂，會造成停產(chǎn)而影響產(chǎn)量、增加井下作業(yè)量，從而提高了采油成本。量，從而提高了采油成本。三、化學(xué)防砂法三、化學(xué)防砂法 油水井的防砂法有油水井的防砂法有化學(xué)化學(xué)橋接橋接防砂法、化防砂法、化學(xué)學(xué)膠接膠接防砂法防砂法等。等。化學(xué)膠接防砂法化學(xué)膠接防砂法是用膠結(jié)劑將松散的或膠是用膠結(jié)劑將松散的或膠結(jié)不牢的砂粒，在它們接觸點(diǎn)處膠接起來，結(jié)不牢的砂粒，在它們接觸點(diǎn)處膠接起來，達(dá)到防砂的目的。達(dá)到防砂的目的。四、化學(xué)膠接防砂法四、化學(xué)膠接防砂法（一）膠結(jié)砂層中的砂粒所需要的步驟（一）膠結(jié)砂層中的砂粒所需要的步驟1、預(yù)

3、處理液的注入、預(yù)處理液的注入 膠結(jié)之前，砂層是要預(yù)處理：膠結(jié)之前，砂層是要預(yù)處理：p 若要除去砂粒表面的油，預(yù)處理劑可用液若要除去砂粒表面的油，預(yù)處理劑可用液化石油氣、汽油、柴油等；化石油氣、汽油、柴油等；p若為若為極性膠結(jié)劑極性膠結(jié)劑準(zhǔn)備一個(gè)準(zhǔn)備一個(gè)極性（即親水）極性（即親水）表面表面，預(yù)處理液可用活性劑水溶液。，預(yù)處理液可用活性劑水溶液。 所用的活性劑應(yīng)是那些所用的活性劑應(yīng)是那些親水的活性劑親水的活性劑如如烷基磺酸鈉、烷基苯磺酸鈉、聚氧乙烯聚氧烷基磺酸鈉、烷基苯磺酸鈉、聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚丙烯丙二醇醚-2070-2070等。由于極性膠結(jié)劑能等。由于極性膠結(jié)劑能很好地潤濕極性表面，因而有

4、較好的膠結(jié)效很好地潤濕極性表面，因而有較好的膠結(jié)效果。果。 2、膠結(jié)劑的注入、膠結(jié)劑的注入p 目的在于將膠結(jié)劑注入到要膠結(jié)的砂層目的在于將膠結(jié)劑注入到要膠結(jié)的砂層中去。中去。p 由于砂層的滲透性不均質(zhì)，故膠結(jié)劑將由于砂層的滲透性不均質(zhì)，故膠結(jié)劑將更多地沿高滲透層進(jìn)入砂層，影響防砂效果。更多地沿高滲透層進(jìn)入砂層，影響防砂效果。p 為了使防砂膠結(jié)劑均勻注入，在膠結(jié)前為了使防砂膠結(jié)劑均勻注入，在膠結(jié)前可先注一段可先注一段分散劑分散劑。 p分散劑是這樣一種物質(zhì)，它可以降低高滲透層的分散劑是這樣一種物質(zhì)，它可以降低高滲透層的滲透率，從而使砂層的滲透率拉平，因而膠結(jié)劑滲透率，從而使砂層的滲透率拉平，因而膠

5、結(jié)劑可以比較均勻地進(jìn)入砂層。可以比較均勻地進(jìn)入砂層。 例如異丙醇、柴油和羥乙基纖維素的混合物例如異丙醇、柴油和羥乙基纖維素的混合物就是這樣一種分散劑。由于乙基纖維素可在柴油就是這樣一種分散劑。由于乙基纖維素可在柴油中溶脹，所以當(dāng)把它注入砂層時(shí)，它將更多地進(jìn)中溶脹，所以當(dāng)把它注入砂層時(shí)，它將更多地進(jìn)入高滲透層，從而引起高滲透層滲透率的下降。入高滲透層，從而引起高滲透層滲透率的下降?？梢姡瑸榱颂岣叻郎靶Ч?，是應(yīng)該注意分散劑的可見，為了提高防砂效果，是應(yīng)該注意分散劑的使用。使用。3、增孔液的注入、增孔液的注入p 由于對砂粒起膠結(jié)作用的膠結(jié)劑是沾在砂粒接由于對砂粒起膠結(jié)作用的膠結(jié)劑是沾在砂粒接觸點(diǎn)上的

6、膠結(jié)劑。在砂?？紫吨械哪z結(jié)劑是不需要觸點(diǎn)上的膠結(jié)劑。在砂?？紫吨械哪z結(jié)劑是不需要的，因它固化以后引起砂層的堵塞，降低膠結(jié)以后的，因它固化以后引起砂層的堵塞，降低膠結(jié)以后砂層的滲透率。因此要用增孔液將這部分多余的膠砂層的滲透率。因此要用增孔液將這部分多余的膠結(jié)劑推至地層深處。結(jié)劑推至地層深處。 例如柴油可作增孔液，因?yàn)樗鼈兪欠菢O性物質(zhì)，例如柴油可作增孔液，因?yàn)樗鼈兪欠菢O性物質(zhì)，不會溶解極性物質(zhì)，并且由于砂粒表面是親水表面，不會溶解極性物質(zhì)，并且由于砂粒表面是親水表面，煤油和柴油不會將膠結(jié)劑全部帶走。煤油和柴油不會將膠結(jié)劑全部帶走。 4、膠結(jié)劑的固化、膠結(jié)劑的固化 對不同的膠結(jié)劑有不同的固化方法，

7、主對不同的膠結(jié)劑有不同的固化方法，主要用化學(xué)方法。膠結(jié)劑固化以后，就可將砂要用化學(xué)方法。膠結(jié)劑固化以后，就可將砂粒膠結(jié)住，達(dá)到防砂的目的。有些膠結(jié)劑固粒膠結(jié)住，達(dá)到防砂的目的。有些膠結(jié)劑固化時(shí)需要高溫，則要用井底加熱器或通入蒸化時(shí)需要高溫，則要用井底加熱器或通入蒸汽、熱空氣等。汽、熱空氣等。 （二）、主要的防砂膠結(jié)劑（二）、主要的防砂膠結(jié)劑1、酚醛樹脂、酚醛樹脂p 一種是地面預(yù)縮聚好的熱固性酚醛樹脂。這種一種是地面預(yù)縮聚好的熱固性酚醛樹脂。這種樹脂用樹脂用10%的鹽酸作固化劑。的鹽酸作固化劑。p 因鹽酸使之迅速固化，因此鹽酸是在增孔以后因鹽酸使之迅速固化，因此鹽酸是在增孔以后再注入的。再注入的

8、。p 另一種是地下合成的酚醛樹脂，這種樹脂常用另一種是地下合成的酚醛樹脂，這種樹脂常用SnCl2做固化劑，因做固化劑，因SnCl2與與H2O反應(yīng)可以緩慢地放反應(yīng)可以緩慢地放出鹽酸，從而使酚醛樹脂固化。出鹽酸，從而使酚醛樹脂固化。 在地下合成的酚醛樹脂中，苯酚、甲醛、在地下合成的酚醛樹脂中，苯酚、甲醛、SnClSnCl2 2的質(zhì)量比為的質(zhì)量比為1: 2: 0.241: 2: 0.24。 由于這種形式的酚醛樹脂需在地下進(jìn)行由于這種形式的酚醛樹脂需在地下進(jìn)行縮聚，因此，只適用于高于縮聚，因此，只適用于高于60的地層。的地層。2、CaSiO3 為了在砂粒接觸處生成為了在砂粒接觸處生成CaSiO3。水玻

9、璃。水玻璃可先分散在柴油中注入砂層，再用可先分散在柴油中注入砂層，再用CaCl 2溶溶液將它固化。液將它固化。 3、SiO2 為了產(chǎn)生膠結(jié)用的為了產(chǎn)生膠結(jié)用的SiOSiO2 2，可依次向砂層，可依次向砂層注入水玻璃、增孔柴油和鹽酸，即可在砂粒注入水玻璃、增孔柴油和鹽酸，即可在砂粒接觸處生成接觸處生成H H2 2SiOSiO3 3。然后升高地溫，使硅酸。然后升高地溫，使硅酸脫水生成脫水生成SiOSiO2 2。NaSiO3 + HCl H2SiO3 + NaCl H2O + SiO2 4、水泥、水泥 在防砂中，水泥常以兩種形成使用：在防砂中，水泥常以兩種形成使用：p 一種是水泥砂漿。一種是水泥砂漿

10、。 水泥砂漿是將水、水泥、石英砂按水泥砂漿是將水、水泥、石英砂按0.5: 0.5: 1: 41: 4的質(zhì)量比配成，它主要用于填充虧空的的質(zhì)量比配成，它主要用于填充虧空的砂層，形成人工井壁。砂層，形成人工井壁。 p另一種是水泥熟料。由石灰石和粘土按一另一種是水泥熟料。由石灰石和粘土按一定比例燒結(jié)而成。定比例燒結(jié)而成。 若將塊狀的水泥熟料粉碎到一定的粒度若將塊狀的水泥熟料粉碎到一定的粒度既可用于防砂，也可用于填充虧空的砂層，既可用于防砂，也可用于填充虧空的砂層，水泥熟料的顆粒間可在水作用下互相膠結(jié)起水泥熟料的顆粒間可在水作用下互相膠結(jié)起來，用于人工造井壁。來，用于人工造井壁。 目前主要使用樹脂、目

11、前主要使用樹脂、CaSiO3、水泥作防、水泥作防砂膠結(jié)劑。砂膠結(jié)劑。 井例井例 有一抽油井，采油段在有一抽油井，采油段在18821888m18821888m，出，出砂嚴(yán)重，常常因?yàn)榭ū枚．a(chǎn)。油層溫度砂嚴(yán)重，常常因?yàn)榭ū枚．a(chǎn)。油層溫度6363，故采用地下合成法。在防砂施工中，依次向地層故采用地下合成法。在防砂施工中，依次向地層注入注入12 m12 m3 3 0.5% 0.5%聚氧乙烯壬基苯酚醚聚氧乙烯壬基苯酚醚-4-4的柴油溶液、的柴油溶液、3.8m3.8m3 3 10% 10%的鹽酸、的鹽酸、1m1m3 3 的隔離柴油、的隔離柴油、4.8m4.8m3 3 由由1.61.6噸苯酚、噸苯酚、3

12、.13.1噸甲醛和噸甲醛和380kgSnCl380kgSnCl2 2配成的合成液、配成的合成液、8.4m8.4m3 3 飽含了合成溶液的增孔柴油。然后關(guān)井候凝飽含了合成溶液的增孔柴油。然后關(guān)井候凝4848小時(shí)。處理后，油井不出砂，生產(chǎn)正常。小時(shí)。處理后，油井不出砂，生產(chǎn)正常。 井例井例 用水泥砂漿防砂用水泥砂漿防砂有一油井，采油段有一油井，采油段1416-1441m1416-1441m，射孔后出砂，射孔后出砂，前后出砂約前后出砂約700kg700kg，故決定用水泥砂漿法防，故決定用水泥砂漿法防砂。施工時(shí)，先注砂。施工時(shí)，先注3.85m3.85m3 3 原油，然后用原油，然后用9.83 m9.8

13、3 m3 3原油將原油將1.42 m1.42 m3 3水泥砂漿攜帶至油層。水泥砂漿攜帶至油層。關(guān)井候凝關(guān)井候凝3 3天。開井后，油井不出砂，生產(chǎn)天。開井后，油井不出砂，生產(chǎn)正常。正常。 五、防砂橋接劑五、防砂橋接劑 指能夠?qū)⑺缮⑸傲蚪悠饋淼幕瘜W(xué)劑。指能夠?qū)⑺缮⑸傲蚪悠饋淼幕瘜W(xué)劑。 分為分為無機(jī)陽離子型聚合物無機(jī)陽離子型聚合物和和有機(jī)陽離子型聚合有機(jī)陽離子型聚合物物。 1、無機(jī)陽離子型聚合物、無機(jī)陽離子型聚合物 羥基鋁和羥基鋯羥基鋁和羥基鋯是兩種最典型的無機(jī)陽是兩種最典型的無機(jī)陽離子型聚合物。離子型聚合物?，F(xiàn)以現(xiàn)以AlClAlCl3 3為例說明羥基鋁的制備過程為例說明羥基鋁的制備過程：i.

14、i. 電離：電離：AlClAlCl3 3 AlAl3+3+ + 3Cl + 3Cl- - ii. ii. 絡(luò)合：絡(luò)合： 6H6H2 2O+ AlO+ Al3+ 3+ Al Al（H H2 2O O）6 6 3+3+ iii. iii. 水解：水解：AlAl（H H2 2O O）6 6 3+ 3+ Al Al（OHOH）（）（H H2 2O O）5 5 2+2+ +H +H+ +iv. iv. 羥橋作用：羥橋作用： 最后產(chǎn)生鋁的最后產(chǎn)生鋁的多核羥橋多核羥橋絡(luò)離子與其相應(yīng)的陰離絡(luò)離子與其相應(yīng)的陰離子一起叫羥基鋁，是一種無機(jī)陽離子型聚合物子一起叫羥基鋁，是一種無機(jī)陽離子型聚合物-聚聚合鋁。整個(gè)聚合過

15、程用堿適度中和至合鋁。整個(gè)聚合過程用堿適度中和至PHPH為為3.2-3.63.2-3.6制得。制得。 由于羥基鋁的由于羥基鋁的多核羥橋絡(luò)離子多核羥橋絡(luò)離子為為高價(jià)無高價(jià)無機(jī)陽離子機(jī)陽離子，所以可以將，所以可以將表面帶負(fù)電的松散砂表面帶負(fù)電的松散砂粒橋接粒橋接起來，減少砂從地層產(chǎn)出。起來，減少砂從地層產(chǎn)出。 羥基鋯，是鋯鹽用堿適度中和至羥基鋯，是鋯鹽用堿適度中和至PH2.4-2.8，它經(jīng)歷了類似它經(jīng)歷了類似AlCl3 同樣的過程，產(chǎn)生鋯的多同樣的過程，產(chǎn)生鋯的多核羥橋絡(luò)離子，它與相應(yīng)的陰離子一起叫做羥核羥橋絡(luò)離子，它與相應(yīng)的陰離子一起叫做羥基鋯。也是一種無機(jī)陽離子型聚合物基鋯。也是一種無機(jī)陽離子

16、型聚合物。 2、有機(jī)陽離子型聚合物、有機(jī)陽離子型聚合物 支鏈上有季銨鹽結(jié)構(gòu)的有機(jī)陽離子型聚合支鏈上有季銨鹽結(jié)構(gòu)的有機(jī)陽離子型聚合物，如：物，如： 這些聚合物可以通過其陽離子鏈節(jié)將表面帶這些聚合物可以通過其陽離子鏈節(jié)將表面帶負(fù)電的松散砂粒橋接起來，起到防砂作用。負(fù)電的松散砂粒橋接起來，起到防砂作用。 此外上述改性的聚丙烯酰胺中的此外上述改性的聚丙烯酰胺中的-CONH2，也可以與砂巖表面的羥基形成氫鍵起到橋接作用。也可以與砂巖表面的羥基形成氫鍵起到橋接作用。 六、防砂方法1.1.制訂合理的開采措施制訂合理的開采措施2)2) 在易出砂油水井管理中，開、關(guān)井在易出砂油水井管理中，開、關(guān)井操作要平穩(wěn)操作

17、要平穩(wěn)，并嚴(yán)防油井激動。并嚴(yán)防油井激動。 要針對油層和油井條件，正確地選擇完井方法，要針對油層和油井條件，正確地選擇完井方法，制訂合理的開采措施：制訂合理的開采措施： 1) 1) 在制訂油井配產(chǎn)方案時(shí)，要通過礦場試驗(yàn)使所確在制訂油井配產(chǎn)方案時(shí)，要通過礦場試驗(yàn)使所確定的定的生產(chǎn)壓差生產(chǎn)壓差不會造成油井大量出砂。如因受壓差限不會造成油井大量出砂。如因受壓差限制而無法滿足采油速度要求時(shí)，只能在制而無法滿足采油速度要求時(shí)，只能在采取其它防砂采取其它防砂措施之后才能提高采油壓差措施之后才能提高采油壓差，否則將無法保證油井正，否則將無法保證油井正常生產(chǎn)。常生產(chǎn)。o在石油界，通常把僅僅依靠巖石膨脹、邊水在石

18、油界，通常把僅僅依靠巖石膨脹、邊水驅(qū)動、重力、天然氣膨脹等天然能量來采油驅(qū)動、重力、天然氣膨脹等天然能量來采油的方法稱為的方法稱為一次采油一次采油；o把通過注氣或注水，提高油層壓力的采油方把通過注氣或注水，提高油層壓力的采油方法稱為法稱為二次采油二次采油；o把通過注入流體或熱量，這些流體能改變原把通過注入流體或熱量，這些流體能改變原油粘度或改變原油與地層中的其他介質(zhì)界面油粘度或改變原油與地層中的其他介質(zhì)界面張力，用這種物理、化學(xué)方法來驅(qū)替油層中張力，用這種物理、化學(xué)方法來驅(qū)替油層中不連續(xù)的和難采原油的方法稱為不連續(xù)的和難采原油的方法稱為三次采油三次采油。 一次采油、二次采油和三次采油一次采油、

19、二次采油和三次采油 o一次采油階段，在地層里沉睡了億萬年的石油，可以依一次采油階段，在地層里沉睡了億萬年的石油，可以依靠天然能量擺脫覆蓋在它們之上的重重障礙通過油井流靠天然能量擺脫覆蓋在它們之上的重重障礙通過油井流到地面。這種能量正是來源于覆蓋在它們之上的巖石對到地面。這種能量正是來源于覆蓋在它們之上的巖石對其所處的地層和地層當(dāng)中的流體所施加的重壓。在上覆其所處的地層和地層當(dāng)中的流體所施加的重壓。在上覆地層的重壓下，巖石和流體中集聚了大量的彈性能量。地層的重壓下，巖石和流體中集聚了大量的彈性能量。當(dāng)油層通過油井與地面連通后，井口是低壓而井底是高當(dāng)油層通過油井與地面連通后，井口是低壓而井底是高壓

20、，在這個(gè)壓差的作用下，上覆地層就像擠海綿一樣將壓，在這個(gè)壓差的作用下，上覆地層就像擠海綿一樣將石油從油層擠到油井中并舉升到地面。隨著原油及天然石油從油層擠到油井中并舉升到地面。隨著原油及天然氣不斷產(chǎn)出，油層巖石及地層中流體的體積逐漸擴(kuò)展，氣不斷產(chǎn)出，油層巖石及地層中流體的體積逐漸擴(kuò)展，彈性能量也逐漸釋放，總有一天，當(dāng)彈性能量不足以把彈性能量也逐漸釋放，總有一天，當(dāng)彈性能量不足以把流體舉升上來時(shí)，地層中新的壓力平衡慢慢建立起來，流體舉升上來時(shí)，地層中新的壓力平衡慢慢建立起來，流體也不再流動，大量的石油會被滯留在地下。就像彈流體也不再流動，大量的石油會被滯留在地下。就像彈簧被壓縮一樣，開始彈力很強(qiáng)，隨著彈簧體積擴(kuò)展，彈簧被壓縮一樣，開始彈力很強(qiáng)，隨著彈簧體積擴(kuò)展，彈力越來越弱，最終失去彈力。力越來越弱，最終失去彈力。 o在二次采油階段，人們通過向油層中注氣或注水，在二次采油階段，人們通過向油層中注氣或注水，可以提高油層壓力，為地層中的巖石和流體補(bǔ)充彈可以提高油層壓力，為地層中