作者：张国荣, 严锦根, 陈应淋, 吕天海, 严锦贵, 高志斌, 尹丽萍(胜利油田孤东采油厂工艺研究所,山东省东营市257237)
前言
在油田的开发过程中,对于胶结较疏松油藏,地层岩石极易受到油层流体或外来入井流体的冲刷破坏,从而引起地层出砂,缩短了采油设备的使用寿命,严重时常造成油井减产、停产,造成了极大的经济损失。针对这一问题,油田科技人员研究开发了多种防砂工艺。但均有一定的局限性,从油田防砂技术的发展趋势来看,走挡砂、固砂相结合的技术路线越来越明显。酚醛树脂作为胶粘剂已应用到许多方面,结合油田挡砂、固砂的技术发展路线,研究开发了一种地下合成酚醛树脂胶粘剂固砂、挡砂的新工艺。
1 试验部分
1.1 地下合成酚醛树脂胶粘剂的主要原材料
苯酚 济南第四化工厂产 工业品 浓度98-100%
甲醛 济南第四化工厂产 工业品 浓度36-40%
1.2 主要试验器材
玻璃管(尺寸:25×30ｍｍ),真空抽滤装置,恒温水浴,气体流量管渗透率测定仪,万能液压试验机。
1.3 地下合成酚醛树脂的室内模拟
将玻璃管一端塞入带孔胶塞,胶塞上铺上一层药棉,装入粒径0.1～0.3ｍｍ的石英砂,敦实摇匀,插在吸滤瓶上(如图1),启动真空泵,按1∶2质量比将苯酚和甲醛混合均匀,加入增孔剂和适量固化剂,搅拌均匀后注入玻璃管内,待溶液浸满整个玻璃管破管后取下,置于恒温水浴中固化成型,一定时间后取出玻璃管后即得到人造挡砂固砂体,进行强度及渗透率测试。
2 结果讨论
2.1 固化剂的选择
固化剂的类型对酚醛树脂的地下合成起着决定性作用,我们选择了卤化盐类(Ａ)和氢氧化物类(Ｂ)两种物质作为固化剂,分别考察树脂合成的反应时间。试验条件是苯酚∶甲醛1∶2(质量比),固化剂加量以苯酚的质量计算(以下相同),结果如表1。 由表1结果可见,随着固化剂加量的增加,酚醛溶液初凝时间与固化时间逐渐缩短,为满足油田现场施工以及油井需要尽早开井生产两方面的要求,
选择Ｂ物质作为固化剂较为适宜,且加量在3%～4%之间时初凝时间在38.7～42.8ｈ之间,能够满足现场施工及井下意外事故处理的时间需要,固化时间在41.3～48.9ｈ之间,不影响油井的正常开井生产。
2.2 温度对反应时间及强度的影响
油层随着井深的增加,地层温度不断升高,因此需要考察在不同温度条件下地下合成酚醛树脂的时间和强度的变化情况,试验结果如表2。
由表2中结果可见,温度在低于55℃时,树脂不能合成,在60℃以下时,树脂初凝和固化时间相对较长,不利于油田生产,且强度较低。因此地下合成酚醛树脂胶粘剂要求地层温度大于60℃,否则不能应用,温度在60-90℃之间时,随着温度的增大,初凝与固化时间都相应缩短,而强度则增大,但大于75℃后增长幅度不大。
2.3 增孔剂对固砂体抗折强度与渗透率的影响
酚醛溶液地下合成树脂之后,形成的人工挡砂体渗透性很差,为了让地层内的原油能渗透进入井筒,就必须保证所形成的人工挡砂体在具有一定强度的条件下具有一定的渗透率。试验选择了用活性柴油(柴油+1%活性剂)作增孔剂,挡砂体增孔后的强度与渗透率的变化情况如表3。
由表3中结果可见,随着增孔剂加量的增大,固砂体强度不断下降,渗透率不断提高。油田防砂要求人工挡砂体抗折强度达到3.0ＭＰａ以下,因此增孔剂加量应为100%左右为宜,此时渗透率可达到2.5μｍ2,完全能满足原油通过所要求的渗透率。
2.4 树脂合成后耐介质浸泡情况考察
酚醛溶液地下合成为酚醛树脂胶粘剂后,将地层疏松砂岩的沙砾胶结,岩石的强度提高了,但必须经受各种入井流体和地层流体的浸泡,强度不能破坏,才能达到长期稳砂、固砂,避免油井出砂的目的。试验将酚醛溶液固化胶结后的固砂体置于油田常见的各种介质中浸泡,考察其强度变化情况,结果如表4。表中数据表明,原油对所形成的挡砂体强度影响不大,自来水、地层污水、卤水对挡砂体稍有增强作用,而5%的ＮａＯＨ溶液对挡砂体有破坏作用,因此在实际应用时应避免让强碱性溶液与挡砂体接触。
3现场应用
通过室内试验,确定了地下合成酚醛胶粘剂的配方如下:苯酚∶甲醛1∶2(质量比),以Ｂ剂作固化剂,加量为苯酚质量的3.5%,增孔剂为活性柴油加量为酚醛溶液体积的100%。现场施工采用400型水泥车将加入固化剂的酚醛溶液与活性柴油混合均匀,迅速泵入地层,关闭井口候凝3天,等树脂完全固化后开井生产。通过在油田近1000口油井上的试验表明,平均防砂有效期达603天,采油强度平均4.9吨/米×天,综合防砂成功率78.4%,取得了巨大的经济效益和社会效益,为油田生产作出了贡献。
4 结论
(1)酚醛树脂地下合成固结地层砂防砂,形成的挡砂体强度高,耐冲刷能力强,能承受较高的采油强度,适用于60℃以上地层,防砂有效期长,成功率高。
(2)酚醛树脂地下合成后,应避免强碱性溶液与固砂体接触,防止固砂体破坏,引起地层出砂。
(3)苯酚甲醛地下合成酚醛树脂固结地层砂,成本投入相对较高,今后应进一步改进配方,降低原材料的投入。 |
