CN104130765B - 胶结支撑剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种胶结支撑剂，而提供一种在低温水浴环境下胶结固化，胶结固化后耐高温的用于稠油热采和煤层气开发的胶结支撑剂。由颗粒粒径为0.35‑1.6mm的铝酸盐熟料砂和高铝砂复配而成，其中，按重量百分比铝酸盐熟料砂为50％‑80％，高铝砂为20％‑50％。本发明的胶结支撑剂由无机耐高温材料复配而成，铝酸盐熟料砂是胶结材料，胶结固化后可耐高温1600℃。高铝砂为胶结骨料，最高耐温2000℃。上述材料通过合理的配比均匀混合后在5℃以上水浴环境中发生水化、硬化反应，而水化、硬化速度随温度升高而加快，经过72h的胶结硬化，便形成一个连续的胶结固化体，能够满足稠油热采井和煤层气井的防砂、堵水和压裂措施的要求。

Description

胶结支撑剂
技术领域
本发明涉及石油和煤层气开发领域，更具体的说，是涉及一种用于稠油热采井和煤层气井的防砂、堵水和压裂措施中的胶结支撑剂。
背景技术
在石油开发领域，浅层稠油的开发需要向含油储层注入高温蒸汽，因此，稠油热采的工艺过程使地下温度达到350℃甚至更高。由于稠油油藏埋深较浅，储层为疏松砂岩，在原油生产过程中，同时有地层砂被采出，久而久之会造成越来越大的地下实体亏空，进而破坏储层结构，造成生产井停产。而解决此类问题的方法是向地下注入有胶结固化性能和满足油井生产所需的渗透性、同时又耐高温的固结材料来建立新的地层结构，防止地层再次出砂，使之恢复正常生产。
根据有关文献介绍，胜利油田的科研人员通过对不同类型的耐高温树脂、高强度骨架颗粒、偶联剂、固化剂进行优选，开发研制出适用于疏松砂岩油藏注蒸汽热采井的防砂材料用于稠油热采井防砂；在特制的颗粒表面涂敷一层带有潜伏性固化剂的高温粘合剂，注蒸汽前挤入地层的防砂材料也用于稠油注蒸汽热采井的防砂措施上。上述介绍的胶结材料均为有机树脂类，其制造工艺采用树脂覆膜方法，利用地层温度在固化剂作用下使树脂发生胶结固化反应而胶结成固结体，从而实现防砂目的。树脂覆膜砂由于制造工艺和材料的特殊性，原材料价格较高，施工工艺复杂，工程造价昂贵，耐高温性能差。据现场技术人员反映，树脂覆膜砂在用于井下温度为290℃的蒸汽吞吐热采井防砂时，其有效生产时间只维持两个吞吐周期，有些井的生产时间还不到两个周期，油井就因出砂而停产。这一现象说明：树脂覆膜砂在290℃高温状况下，其胶结强度逐渐弱化，最后，不能承受生产压差作用而分散垮掉。这一现场实例表明，有机类树脂覆膜砂在290℃井下环境中维持两个吞吐周期便松散失效，如果井下温度达到350℃，有效期会更短。另有文献介绍，利用硅酸盐水泥浆为固砂剂用于热采井的防砂措施。硅酸盐水泥浆的最大缺点是固结后渗透性差，容易堵死地层，使产能下降。在室内理想状态下，制作硅酸盐水泥浆人造岩心，实测渗透率最大值为600×10-3μm2，多数岩心实测渗透率只有200×10-3μm2左右，而保证油井防砂后正常生产的渗透率需要1500×10-3μm2以上。
另外，在煤层气开发的压裂措施中，由于常规压裂支撑剂在闭合裂缝中颗粒间无胶结性能，故煤层气井在排采过程中支撑剂以及煤粉伴随液流被带入井筒，造成砂埋射孔井段，堵塞生产管柱等问题的发生，从而造成生产井停产。解决此类问题同样需要向目的层注入有胶结固化性能和满足煤层气井生产所需的渗透性的固结材料来建立新的地层结构。由于煤层气储层埋深较浅，地层温度低(15℃左右)，在此温度范围，选择胶结固化材料就成为首要问题。
目前，煤层气井压裂措施中，使用石英砂作为支撑剂，由于石英砂返吐和出煤粉，平均检泵周期只有180天。
公开号CN101508890B，发明创造名称为《油田开发用双效胶结砂》的专利文献中公开的双效胶结砂，虽然采用的是无机材料，但是，由于硫铝酸盐胶结固化后最高耐温性能为150℃，超过150℃时会失去胶结强度，因此，不能满足稠油热采井350℃高温地层。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中有机材料价格昂贵，低温时胶结固化速度慢、耐高温性能差，不能满足350℃以上高温环境的问题，而提供一种在低温水浴环境下胶结固化，胶结固化后耐高温的用于稠油热采和煤层气开发的胶结支撑剂。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种胶结支撑剂，由颗粒粒径为0.35-1.6mm的铝酸盐熟料砂和高铝砂复配而成，其中，按重量百分比铝酸盐熟料砂为50％-80％，高铝砂为20％-50％。
在稠油热采井和煤层气井的防砂措施中，按重量百分比铝酸盐熟料砂为80％，高铝砂为20％，颗粒粒径为0.8-1.6mm。
在稠油热采井的堵水措施中，按重量百分比铝酸盐熟料砂为60％，高铝砂为40％，颗粒粒径为0.35-0.8mm。
在煤层气井压裂措施中，按重量百分比铝酸盐熟料砂为50％，高铝砂为50％，颗粒粒径为0.8-1.6mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的胶结支撑剂是由无机耐高温材料复配而成，在低温水浴环境下胶结固化，胶结固化后耐高温。本发明的胶结支撑剂中，铝酸盐熟料砂是胶结材料，胶结固化后可耐高温1600℃。高铝砂为胶结骨料，是一种耐火材料，最高耐温2000℃。上述材料通过合理的配比均匀混合后在5℃以上水浴环境中发生水化、硬化反应，而水化、硬化速度随温度升高而加快，经过72h的胶结硬化，便形成一个连续的胶结固化体，该固结体具有一定的抗压强度、渗透性和耐高温性能，能够满足稠油热采井和煤层气井的防砂、堵水和压裂措施的要求。
2、本发明的胶结支撑剂通过改变铝酸盐熟料砂、高铝砂的粒径以及配比，可调整胶结支撑剂胶结固化后的渗透性和胶结强度。利用铝酸盐熟料砂低温时胶结固化，固化后耐高温性能和胶结支撑剂可调整渗透性的特点，用于石油开发中稠油热采井的防砂、堵水以及煤层气井的压裂和后期措施中。
3、本发明的胶结支撑剂是无机材料，惰性强、性能稳定，对人体无伤害，对环境无污染。胶结支撑剂在水浴环境中颗粒间具有吸附性及胶结固化性能。进入地层后，在水浴环境下胶结固化，胶结固化后形成耐高温(1600℃)的胶结固化体，满足稠油热采井和煤层气井防砂、堵水和压裂措施后所需要的胶结强度和渗透性。施工工艺简单，措施效果好，有效期长。
4、本发明的胶结支撑剂中，铝酸盐熟料砂因其水化热大且放热量集中，使固结体内部温度上升快，即使在5℃时，铝酸盐熟料砂也能在12h内凝结硬化，因此，最适于埋藏浅的低温油气藏。
5、本发明的胶结支撑剂对于稠油热采、煤层气井压裂、防砂、堵水效果好，能够提高油气采收率。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
将铝酸盐熟料(也称为高铝水泥)中的液相结晶球体直接筛选，将大粒径结晶体破碎、筛选获得0.35～1.6mm铝酸盐熟料砂。筛选相同粒径的高铝砂(商品耐火材料)。为了适于不同措施要求，将铝酸盐熟料砂和高铝砂加工筛选为两个规格：0.35～0.8mm和0.8～1.6mm备用。
实施例1
取上述铝酸盐熟料砂和高铝砂，粒径：0.35～0.8mm，重量分别为60kg和40kg，放入搅拌机中搅拌混合后装袋，得到胶结支撑剂。
用于稠油热采井的堵水措施中：将上述胶结支撑剂泵注到目的层，经过72小时的胶结固化反应，形成一个连续的胶结固化体，该固结体充填于目的层的高渗流通道，降低了原来地层的高渗性，使原来的高渗地层不再是主流通道，从而使蒸汽驱油效率增加，含水降低，提高最终采收率。
本发明的胶结支撑剂进行稠油热采井上实施堵水措施现场试验，井下温度330～350℃。因为堵水措施的需要，胶结支撑剂在地下形成固化体的渗透率要低于原始地层渗透率，因此，人造岩心渗透率控制在900×10-3μm2，抗压强度5Mpa最为适宜。措施实施后，含水率平均下降23％，堵水有效期平均为150天，平均生产时间为五个吞吐周期。上述现场实例表明，胶结支撑剂表现出很好的耐高温性能，堵水效果明显。
实施例2
取上述铝酸盐熟料砂和高铝砂，粒径：0.8～1.6mm，重量分别为80kg和20kg，放入搅拌机中搅拌混合后装袋，得到胶结支撑剂。
用于稠油热采井和煤层气井的防砂措施中：将上述胶结支撑剂泵注到出砂的目的层，经过72小时的胶结固化反应，形成一个连续的具有一定胶结强度和渗透性的胶结固化体，由于该固结体的形成，使出砂和出煤粉而造成的亏空空间得到补充，进而稳定了地层结构，达到防砂和防止出煤粉的目的。
本发明的胶结支撑剂进行稠油热采井上实施防砂措施现场试验，井下温度330～350℃，胶结支撑剂人造岩心抗压强度在5Mpa时的渗透率达到1800×10-3μm2。措施实施后，最长生产时间达到七个吞吐周期。上述现场实例表明，胶结支撑剂的各项参数均达到稠油热采井的实际要求，表现出很好的耐高温性能，工程造价只有覆膜树脂砂的一半。
实施例3
取上述铝酸盐熟料砂和高铝砂，粒径：0.8～1.6mm，重量分别为50kg和50kg，放入搅拌机中搅拌混合后装袋，得到胶结支撑剂。
用于煤层气井压裂措施中：应用胶结支撑剂实施煤层气井压裂措施，P1-2井煤岩埋深470m，地下温度21℃，设计支撑剂总量为280吨。现场施工时，石英砂作为前置支撑剂先加240吨，随后改加胶结支撑剂30吨作为后置支撑剂尾追于裂缝的近井地带封口。72h后便形成具有一定胶结强度和渗透性的胶结固化体,由于该固结体的形成，使前置进入地层的无胶结支撑剂以及较大粒径的煤粉被遮挡。这一改进后的压裂工艺，同时完成了压裂和防砂、防煤粉两个作用，延长了压裂措施的有效生产时间，达到“压裂防砂一体化”效果。经试验连续生产260多天无故障。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种胶结支撑剂在稠油热采井或煤层气井的防砂措施中的应用，其特征在于，所述胶结支撑剂按重量百分比铝酸盐熟料砂为80％，高铝砂为20％，颗粒粒径为0.8-1.6mm。
2.一种胶结支撑剂在稠油热采井的堵水措施中的应用，其特征在于，所述胶结支撑剂按重量百分比铝酸盐熟料砂为60％，高铝砂为40％，颗粒粒径为0.35-0.8mm。
3.一种胶结支撑剂在煤层气井压裂措施中的应用，其特征在于，所述胶结支撑剂按重量百分比铝酸盐熟料砂为50％，高铝砂为50％，颗粒粒径为0.8-1.6mm。
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