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1、第二专题：油水井防砂法 一、油水井出砂的原因油井会不会出砂，主要取决于砂层中砂粒间 的胶结状况。若砂粒间没有胶结物，或虽有胶结物 但数量很少强度很差，它们就会在流体的冲刷下引 起出砂。二、 油井出砂的危害1) 油井出砂会将油层砂埋、油管砂堵，严重时会使井 底坍塌，损坏套管，使油井停产。 2) 油井出砂会加速井下设备、工具等的磨蚀，甚至磨 损。 3) 油井出砂，会造成停产而影响产量、增加井下作业 量，从而提高了采油成本。三、化学防砂法油水井的防砂法有化学桥接防砂法、化 学胶接防砂法等。化学胶接防砂法是用胶结剂将松散的或胶 结不牢的砂粒，在它们接触点处胶接起来， 达到防砂的目的。四、化学胶接防砂法
2、（一）胶结砂层中的砂粒所需要的步骤 1、预处理液的注入 胶结之前，砂层是要预处理：p 若要除去砂粒表面的油，预处理剂可用液 化石油气、汽油、柴油等；p若为极性胶结剂准备一个极性（即亲水） 表面，预处理液可用活性剂水溶液。所用的活性剂应是那些亲水的活性剂如 烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯聚氧 丙烯丙二醇醚-2070等。由于极性胶结剂能 很好地润湿极性表面，因而有较好的胶结效 果。 2、胶结剂的注入p 目的在于将胶结剂注入到要胶结的砂层 中去。p 由于砂层的渗透性不均质，故胶结剂将 更多地沿高渗透层进入砂层，影响防砂效果 。p 为了使防砂胶结剂均匀注入，在胶结前 可先注一段分散剂。p分散剂是这
3、样一种物质，它可以降低高渗透层的渗 透率，从而使砂层的渗透率拉平，因而胶结剂可以 比较均匀地进入砂层。例如异丙醇、柴油和羟乙基纤维素的混合物就 是这样一种分散剂。由于乙基纤维素可在柴油中溶 胀，所以当把它注入砂层时，它将更多地进入高渗 透层，从而引起高渗透层渗透率的下降。可见，为 了提高防砂效果，是应该注意分散剂的使用。3、增孔液的注入p 由于对砂粒起胶结作用的胶结剂是沾在砂粒 接触点上的胶结剂。在砂粒孔隙中的胶结剂是不需 要的，因它固化以后引起砂层的堵塞，降低胶结以 后砂层的渗透率。因此要用增孔液将这部分多余的 胶结剂推至地层深处。例如柴油可作增孔液，因为它们是非极性物质 ，不会溶解极性物质
4、，并且由于砂粒表面是亲水表 面，煤油和柴油不会将胶结剂全部带走。 4、胶结剂的固化对不同的胶结剂有不同的固化方法，主 要用化学方法。胶结剂固化以后，就可将砂 粒胶结住，达到防砂的目的。有些胶结剂固 化时需要高温，则要用井底加热器或通入蒸 汽、热空气等。 （二）、主要的防砂胶结剂 1、酚醛树脂p 一种是地面预缩聚好的热固性酚醛树脂。这种 树脂用10%的盐酸作固化剂。p 因盐酸使之迅速固化，因此盐酸是在增孔以后 再注入的。p 另一种是地下合成的酚醛树脂，这种树脂常用 SnCl2做固化剂，因SnCl2与H2O反应可以缓慢地放 出盐酸，从而使酚醛树脂固化。在地下合成的酚醛树脂中，苯酚、甲醛 、SnCl
5、2的质量比为1: 2: 0.24。由于这种形式的酚醛树脂需在地下进行 缩聚，因此，只适用于高于60的地层。 2、CaSiO3为了在砂粒接触处生成CaSiO3。水玻璃 可先分散在柴油中注入砂层，再用CaCl 2溶 液将它固化。 3、SiO2为了产生胶结用的SiO2，可依次向砂层 注入水玻璃、增孔柴油和盐酸，即可在砂粒 接触处生成H2SiO3。然后升高地温，使硅酸 脱水生成SiO2。 NaSiO3 + HCl H2SiO3 + NaCl H2O + SiO2 4、水泥在防砂中，水泥常以两种形成使用：p 一种是水泥砂浆。水泥砂浆是将水、水泥、石英砂按0.5: 1: 4的质量比配成，它主要用于填充亏空
6、的 砂层，形成人工井壁。 p另一种是水泥熟料。由石灰石和粘土按一 定比例烧结而成。若将块状的水泥熟料粉碎到一定的粒度 既可用于防砂，也可用于填充亏空的砂层， 水泥熟料的颗粒间可在水作用下互相胶结起 来，用于人工造井壁。 目前主要使用树脂、CaSiO3、水泥作防 砂胶结剂。 井例 有一抽油井，采油段在18821888m，出 砂严重，常常因为卡泵而停产。油层温度63， 故采用地下合成法。在防砂施工中，依次向地层 注入12 m3 0.5%聚氧乙烯壬基苯酚醚-4的柴油溶液 、3.8m3 10%的盐酸、1m3 的隔离柴油、4.8m3 由 1.6吨苯酚、3.1吨甲醛和380kgSnCl2配成的合成液 、8
7、.4m3 饱含了合成溶液的增孔柴油。然后关井候 凝48小时。处理后，油井不出砂，生产正常。 井例 用水泥砂浆防砂 有一油井，采油段1416-1441m，射孔后出砂 ，前后出砂约700kg，故决定用水泥砂浆法 防砂。施工时，先注3.85m3 原油，然后用 9.83 m3原油将1.42 m3水泥砂浆携带至油层 。关井候凝3天。开井后，油井不出砂，生 产正常。 五、防砂桥接剂指能够将松散砂粒桥接起来的化学剂。分为无机阳离子型聚合物和有机阳离子型聚合 物。 1、无机阳离子型聚合物羟基铝和羟基锆是两种最典型的无机阳 离子型聚合物。 现以AlCl3为例说明羟基铝的制备过程： i. 电离：AlCl3 Al3
8、+ + 3Cl- ii. 络合： 6H2O+ Al3+ Al（H2O）63+ iii. 水解：Al（H2O）63+ Al（OH）（H2O）52+ +H+iv. 羟桥作用：最后产生铝的多核羟桥络离子与其相应的阴离 子一起叫羟基铝，是一种无机阳离子型聚合物-聚 合铝。整个聚合过程用碱适度中和至PH为3.2-3.6 制得。由于羟基铝的多核羟桥络离子为高价无 机阳离子，所以可以将表面带负电的松散砂 粒桥接起来，减少砂从地层产出。羟基锆，是锆盐用碱适度中和至PH2.4-2.8 ，它经历了类似AlCl3 同样的过程，产生锆的多 核羟桥络离子，它与相应的阴离子一起叫做羟 基锆。也是一种无机阳离子型聚合物。
9、2、有机阳离子型聚合物 支链上有季铵盐结构的有机阳离子型聚合 物，如： 这些聚合物可以通过其阳离子链节将表面带 负电的松散砂粒桥接起来，起到防砂作用。此外上述改性的聚丙烯酰胺中的-CONH2， 也可以与砂岩表面的羟基形成氢键起到桥接作用 。 六、防砂方法 1.制订合理的开采措施2) 在易出砂油水井管理中，开、关井操作要平稳， 并严防油井激动。要针对油层和油井条件，正确地选择完井方法， 制订合理的开采措施：1) 在制订油井配产方案时，要通过矿场试验使所确 定的生产压差不会造成油井大量出砂。如因受压差限 制而无法满足采油速度要求时，只能在采取其它防砂 措施之后才能提高采油压差，否则将无法保证油井正
10、 常生产。o在石油界，通常把仅仅依靠岩石膨胀、边水 驱动、重力、天然气膨胀等天然能量来采油的 方法称为一次采油；o把通过注气或注水，提高油层压力的采油方 法称为二次采油；o把通过注入流体或热量，这些流体能改变原 油粘度或改变原油与地层中的其他介质界面张 力，用这种物理、化学方法来驱替油层中不连 续的和难采原油的方法称为三次采油。 一次采油、二次采油和三次采油 o一次采油阶段，在地层里沉睡了亿万年的石油，可以依 靠天然能量摆脱覆盖在它们之上的重重障碍通过油井流到 地面。这种能量正是来源于覆盖在它们之上的岩石对其所 处的地层和地层当中的流体所施加的重压。在上覆地层的 重压下，岩石和流体中集聚了大量
11、的弹性能量。当油层通 过油井与地面连通后，井口是低压而井底是高压，在这个 压差的作用下，上覆地层就像挤海绵一样将石油从油层挤 到油井中并举升到地面。随着原油及天然气不断产出，油 层岩石及地层中流体的体积逐渐扩展，弹性能量也逐渐释 放，总有一天，当弹性能量不足以把流体举升上来时，地 层中新的压力平衡慢慢建立起来，流体也不再流动，大量 的石油会被滞留在地下。就像弹簧被压缩一样，开始弹力 很强，随着弹簧体积扩展，弹力越来越弱，最终失去弹力 。 o在二次采油阶段，人们通过向油层中注气或注水， 可以提高油层压力，为地层中的岩石和流体补充弹性 能量，使地层中岩石和流体新的压力平衡无法建立， 地层流体可以始
12、终流向油井，从而能够采出仅靠天然 能量不能采出的石油。但是，由于地层的非均质性， 注入流体总是沿着阻力最小的途径流向油井，处于阻 力相对较大的区域中的石油将不能被驱替出来。即便 是被注入流体驱替过的区域，也还有一定数量的石油 由于岩石对石油的吸附作用而无法采出，这就像用清 水冲洗不能去除衣物上沾染的油污一样。另外，有的 原油在地下就像沥青一样根本无法在油层这种多孔介 质中流动，因此，二次采油方法提高原油采收率的能 力是有限的。 o 在三次采油阶段，人们通过采用各种物理 、化学方法改变原油的粘度和对岩石的吸附性 ，可以增加原油的流动能力，进一步提高原油 采收率。三次采油的主要方法有热力采油法、 化学驱油法、混相驱油法、微生物驱油法等。
