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1、第二专题：油水井防砂法第二专题：油水井防砂法一、油水井出砂的原因一、油水井出砂的原因 油井会不会出砂，主要取决于砂层中砂粒间的油井会不会出砂，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数量很少强度很差，它们就会在流体的冲刷下引起出砂。出砂。 油水井化学防砂法二、二、 油井出砂的危害油井出砂的危害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。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
2、蚀，甚至磨油井出砂会加速井下设备、工具等的磨蚀，甚至磨损。损。3)油井出砂，会造成停产而影响产量、增加井下作业油井出砂，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。量，从而提高了采油成本。油水井化学防砂法三、化学防砂法三、化学防砂法 油水井的防砂法有油水井的防砂法有化学化学桥接桥接防砂法、化防砂法、化学学胶接胶接防砂法防砂法等。等。化学胶接防砂法化学胶接防砂法是用胶结剂将松散的或胶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，结不牢的砂粒，在它们接触点处胶接起来，达到防砂的目的。达到防砂的目的。油水井化学防砂法四、化学胶接防砂法四、化学胶接防砂法（一）胶结砂层中的砂
3、粒所需要的步骤（一）胶结砂层中的砂粒所需要的步骤1、预处理液的注入、预处理液的注入 胶结之前，砂层是要预处理：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；化石油气、汽油、柴油等；油水井化学防砂法p若为若为极性胶结剂极性胶结剂准备一个准备一个极性（即亲水）极性（即亲水）表面表面，预处理液可用活性剂水溶液。，预处理液可用活性剂水溶液。 所用的活性剂应是那些所用的活性剂应是那些亲水的活性剂亲水的活性剂如如烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯聚氧烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚丙烯丙二醇醚-2070-20
4、70等。由于极性胶结剂能等。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很好地润湿极性表面，因而有较好的胶结效果。果。 油水井化学防砂法2、胶结剂的注入、胶结剂的注入p 目的在于将胶结剂注入到要胶结的砂层目的在于将胶结剂注入到要胶结的砂层中去。中去。p 由于砂层的渗透性不均质，故胶结剂将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。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，在胶结前为了使防砂胶结剂均匀注入，在胶结前可先注一段可先注一段分散剂分散剂。 油水井化学防砂法p分散剂是这样一种物质，它可以降低高渗透层的分散剂是这样一种物质
5、，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。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。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可见，为了提高防砂效果，是应该注意分散剂的使用。使用。油水井化学防砂法3、
6、增孔液的注入、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。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，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，并且由于砂粒表面是亲水表面，不会溶解极性物质，并且由于砂粒表面是亲水表面，煤油和柴油不
7、会将胶结剂全部带走。煤油和柴油不会将胶结剂全部带走。 油水井化学防砂法4、胶结剂的固化、胶结剂的固化 对不同的胶结剂有不同的固化方法，主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化时需要高温，则要用井底加热器或通入蒸汽、热空气等。汽、热空气等。 油水井化学防砂法（二）、主要的防砂胶结剂（二）、主要的防砂胶结剂1、酚醛树脂、酚醛树脂p 一种是地面预缩聚好的热固性酚醛树脂。这种一种是地面预缩聚好的热固性酚醛树脂。这种树
8、脂用树脂用10%的盐酸作固化剂。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因盐酸使之迅速固化，因此盐酸是在增孔以后再注入的。再注入的。p 另一种是地下合成的酚醛树脂，这种树脂常用另一种是地下合成的酚醛树脂，这种树脂常用SnCl2做固化剂，因做固化剂，因SnCl2与与H2O反应可以缓慢地放反应可以缓慢地放出盐酸，从而使酚醛树脂固化。出盐酸，从而使酚醛树脂固化。油水井化学防砂法 在地下合成的酚醛树脂中，苯酚、甲醛、在地下合成的酚醛树脂中，苯酚、甲醛、SnClSnCl2 2的质量比为的质量比为1: 2: 0.241: 2: 0.24。 由于这种形式的酚醛树脂需在地下进行由于这种形式
9、的酚醛树脂需在地下进行缩聚，因此，只适用于高于缩聚，因此，只适用于高于60的地层。的地层。2、CaSiO3 为了在砂粒接触处生成为了在砂粒接触处生成CaSiO3。水玻璃。水玻璃可先分散在柴油中注入砂层，再用可先分散在柴油中注入砂层，再用CaCl 2溶溶液将它固化。液将它固化。 油水井化学防砂法3、SiO2 为为了了产产生生胶胶结结用用的的SiOSiO2 2，可可依依次次向向砂砂层层注注入入水水玻玻璃璃、增增孔孔柴柴油油和和盐盐酸酸，即即可可在在砂砂粒粒接接触触处处生生成成H H2 2SiOSiO3 3。然然后后升升高高地地温温，使使硅硅酸酸脱水生成脱水生成SiOSiO2 2。NaSiO3 +
10、HCl H2SiO3 + NaCl H2O + SiO2 油水井化学防砂法4、水泥、水泥 在防砂中，水泥常以两种形成使用：在防砂中，水泥常以两种形成使用：p 一种是水泥砂浆。一种是水泥砂浆。 水泥砂浆是将水、水泥、石英砂按水泥砂浆是将水、水泥、石英砂按0.5: 0.5: 1: 41: 4的质量比配成，它主要用于填充亏空的的质量比配成，它主要用于填充亏空的砂层，形成人工井壁。砂层，形成人工井壁。 油水井化学防砂法p另一种是水泥熟料。由石灰石和粘土按一另一种是水泥熟料。由石灰石和粘土按一定比例烧结而成。定比例烧结而成。 若将块状的水泥熟料粉碎到一定的粒度若将块状的水泥熟料粉碎到一定的粒度既可用于防
11、砂，也可用于填充亏空的砂层，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。来，用于人工造井壁。 目前主要使用树脂、目前主要使用树脂、CaSiO3、水泥作防水泥作防砂胶结剂。砂胶结剂。 油水井化学防砂法 井井例例 有有一一抽抽油油井井，采采油油段段在在18821888m18821888m，出出砂砂严严重重，常常常常因因为为卡卡泵泵而而停停产产。油油层层温温度度6363，故故采采用用地地下下合合成成法法。在在防防砂砂施施工工中中，依依次次向向地地层层注注入入12 12 m m3 3 0.5%0.5%聚聚氧氧乙乙
12、烯烯壬壬基基苯苯酚酚醚醚-4-4的的柴柴油油溶溶液液、3.8m3.8m3 3 10%10%的的盐盐酸酸、1m1m3 3 的的隔隔离离柴柴油油、4.8m4.8m3 3 由由1.61.6吨吨苯苯酚酚、3.13.1吨吨甲甲醛醛和和380kgSnCl380kgSnCl2 2配配成成的的合合成成液液、8.4m8.4m3 3 饱饱含含了了合合成成溶溶液液的的增增孔孔柴柴油油。然然后后关关井井候候凝凝4848小时。处理后，油井不出砂，生产正常。小时。处理后，油井不出砂，生产正常。 油水井化学防砂法 井例井例 用水泥砂浆防砂用水泥砂浆防砂有一油井，采油段有一油井，采油段1416-1441m1416-1441m
13、，射孔后出砂，射孔后出砂，前后出砂约前后出砂约700kg700kg，故决定用水泥砂浆法防，故决定用水泥砂浆法防砂。施工时，先注砂。施工时，先注3.85m3.85m3 3 原油，然后用原油，然后用9.83 m9.83 m3 3原油将原油将1.42 m1.42 m3 3水泥砂浆携带至油层。水泥砂浆携带至油层。关井候凝关井候凝3 3天。开井后，油井不出砂，生产天。开井后，油井不出砂，生产正常。正常。 油水井化学防砂法五、防砂桥接剂五、防砂桥接剂 指能够将松散砂粒桥接起来的化学剂。指能够将松散砂粒桥接起来的化学剂。 分为分为无机阳离子型聚合物无机阳离子型聚合物和和有机阳离子型聚合有机阳离子型聚合物物。
14、 油水井化学防砂法1、无机阳离子型聚合物、无机阳离子型聚合物 羟羟基基铝铝和和羟羟基基锆锆是是两两种种最最典典型型的的无无机机阳阳离子型聚合物。离子型聚合物。现以现以AlClAlCl3 3为例说明羟基铝的制备过程为例说明羟基铝的制备过程：i. i. 电离：电离：AlClAlCl3 3 AlAl3+3+ + 3Cl + 3Cl- - ii. ii. 络合：络合： 6H 6H2 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
15、2+2+ +H +H+ +油水井化学防砂法iv. iv. 羟桥作用：羟桥作用： 最后产生铝的最后产生铝的多核羟桥多核羟桥络离子与其相应的阴离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子一起叫羟基铝，是一种无机阳离子型聚合物-聚聚合铝。整个聚合过程用碱适度中和至合铝。整个聚合过程用碱适度中和至PHPH为为3.2-3.63.2-3.6制得。制得。油水井化学防砂法 由于羟基铝的由于羟基铝的多核羟桥络离子多核羟桥络离子为为高价无高价无机阳离子机阳离子，所以可以将，所以可以将表面带负电的松散砂表面带负电的松散砂粒桥接粒桥接起来，减少砂从地层产出。起来，减少砂从地层产出。油水井化学防砂法
16、 羟基锆，是锆盐用碱适度中和至羟基锆，是锆盐用碱适度中和至PH2.4-2.8，它经历了类似，它经历了类似AlCl3 同样的过程，产生锆的多同样的过程，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基锆。也是一种无机阳离子型聚合物。 油水井化学防砂法2、有机阳离子型聚合物、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支链上有季铵盐结构的有机阳离子型聚合物，如：物，如： 油水井化学防砂法 这些聚合物可以通过其阳离子链节将表面带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。负电的松散
17、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。也可以与砂岩表面的羟基形成氢键起到桥接作用。 油水井化学防砂法六、防砂方法1.1.制订合理的开采措施制订合理的开采措施2)2) 在易出砂油水井管理中，开、关井在易出砂油水井管理中，开、关井操作要平稳操作要平稳，并严防油井激动。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，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：制订合理的开采措施： 1) 1) 在制订油井配产方案时，要通过矿场试验使所确在制订油井配产方案时，要通过矿场
18、试验使所确定的定的生产压差生产压差不会造成油井大量出砂。如因受压差限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，只能在制而无法满足采油速度要求时，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压差措施之后才能提高采油压差，否则将无法保证油井正，否则将无法保证油井正常生产。常生产。油水井化学防砂法o在石油界，通常把仅仅依靠岩石膨胀、边水在石油界，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驱动、重力、天然气膨胀等天然能量来采油的方法称为的方法称为一次采油一次采油；o把通过注气或注水，提高油层压力的采油方把通过注气或注水，提高油层压力的采油方法称为法称为
19、二次采油二次采油；o把通过注入流体或热量，这些流体能改变原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不连续的和难采原油的方法称为三次采油三次采油。 一次采油、二次采油和三次采油一次采油、二次采油和三次采油油水井化学防砂法o一次采油阶段，在地层里沉睡了亿万年的石油，可以依一次采油阶段，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
20、种能量正是来源于覆盖在它们之上的岩石对到地面。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的弹性能量。地层的重压下，岩石和流体中集聚了大量的弹性能量。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
21、体积逐渐扩展，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。力越来越弱，最终失去弹力。 油水井化学防砂法o在二次采油阶段，人们通过向油层中注气或注水，在二次采油阶段，人们通过向油层中注气或
22、注水，可以提高油层压力，为地层中的岩石和流体补充弹可以提高油层压力，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，地层流体可以始终流向油井，从而能够采出仅立，地层流体可以始终流向油井，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，也还有替出来。即便是被注入流
23、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。方法提高原油采收率的能力是有限的。 油水井化学防砂法o在三次采油阶段，人们通过采用各种物理、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，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、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。化学驱油法、混相驱油法、微生物驱油法等。 油水井化学防砂法
