CN107575186B - 一种过筛管防砂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过筛管防砂工艺，包括：（1）配制入井流体；（2）选择施工程序：对于出砂较少、管柱不能承受高压的井，选择进行不压开储层过筛管防砂，对于胶结疏松出砂严重、老井、管柱可承受高压的井，选择进行压开储层过筛管防砂；（3）不压开储层过筛管防砂：向待防砂层注入分散系B剂；向井筒内注入顶替液，停泵、关井、憋压30min‑200min；泄压；循环洗井；（4）压开储层过筛管防砂：高于地层破裂压力下向待防砂层注入压裂液A剂，使地层产生裂缝；向裂缝注入分散系B剂；向井筒内注入顶替液，停泵、关井、憋压30min‑200min；泄压；循环洗井。本发明有效降低了施工风险及安全隐患，不需要起下管柱作业，施工方便、简单、安全、快捷。

Description

一种过筛管防砂工艺

技术领域

本发明涉及石油开发过程中的防砂技术，特别是涉及一种过筛管防砂工艺。

背景技术

高渗、高孔砂岩储层，由于胶结物含量少、胶结强度低，很容易引起油井出砂；油层钻开后，由于原有的应力平衡受到破坏，井壁附近岩石的应力集中，井壁附近岩石易发生剪切破坏，会引起油井出砂；油井生产过程中，地层压力下降超过了极限，使岩石发生塑性变形，会引起油井出砂；原油有一定的粘度，特别是稠油向井底流入过程中会引起地层出砂；油井工作制度的改变，引起井底压力的改变，也会引起地层出砂；注水井停注，注入水回流会引起储层出砂。

储层出砂会导致地层亏空，地层坍塌，损坏套管，造成油井减产停产，加快磨损井下管柱、工具及地面设备，增加原油处理难度，增加环境污染及运输处理等问题。

目前防砂的方法，有砂拱防砂、化学防砂、机械防砂、砾石充填、压裂防砂，或者这些方法相互结合使用。

化学防砂是向地层注入一定量的固砂剂，就地胶结地层砂；或向射孔孔眼外挤注入砂浆，待砂浆凝固后形成人工井壁，生产时阻止地层砂流动，达到防砂目的。其中固砂剂使用较多的是树脂胶结、水泥胶结，包括注树脂直接固结地层砂、注覆膜砂两种常规方法。但化学防砂不适宜长井段防砂，高温井（＞90℃）胶结质量难以控制且有效防砂寿命期短。

机械防砂是把地层砂阻挡在井筒附近的地层中，有单一筛管、绕丝筛管、多层网布缠绕式筛管、筛孔形金属棉筛管、筛孔形多层金属网筛管、金属棉烧结式筛管、预充填筛管、裸眼砾石充填、管内砾石充填/高速水充填、管内压裂充填、选择性射孔/定向射孔、膨胀筛管等等。机械防砂的局限在于：工具和施工程序复杂、工具制造过程中控制过滤精度（对于金属棉筛管）比较困难、工具对储层及流体有要求（稠油/泥质含量）、易损坏（结垢、生锈、变形、腐蚀）、后期防砂困难（需动管柱）。

目前常用的防砂工艺，不管是化学、机械、压裂还是复合工艺，施工程序都比较复杂。新钻井确定要采取防砂完井工艺的，施工工序是先进行防砂处理再下油管完井，通常施工程序为：探冲捞—探冲砂—通井—套管试压—下防砂管柱—干灰、候凝或压裂冲砂—探钻塞—通井-完井。生产一段时间出砂后再进行防砂作业的井，施工工序更加复杂。

目前使用较多的是冲砂和筛管完井复合防砂工艺。但冲砂作业必须取出井内所有管柱，且冲砂需将砂粒注入防砂层。向储层注砂施工可能会发生一些意外，如携砂困难、注不进砂、井底砂堵等。

特别是对于海上高孔高渗储层，由于海上平台作业空间有限、平台运输成本高昂，为了减少施工作业程序，降低施工成本，本发明提出了一种过筛管防砂技术。利用非互溶、非混相的两种（或多种）流体形成分散系，一是将分散系注入到管柱和地层之间的环形空间，通过化学方法（相变）让管柱和地层的环形空间中流体之一或之二形成化学砂堆（类似于砾石充填），达到防砂目的；二是压开并形成一定几何尺寸的人工裂缝空间，通过化学方法（相变），让裂缝中流体之一或之二在裂缝中形成“化学砂堆”支撑裂缝，形成高导流能力的自生固相化学支撑裂缝，从而达到提高单井产量和防砂作用（类似于压裂填砂防砂技术）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过筛管防砂工艺，通过向产层注入一种不含固相的复合液体体系，即注入非互溶、非混相的两种（或多种）流体形成分散系，分散相中的一相属于超分子材料，将分散系注入井底后超分子材料利用熵驱动有序理论，各组成单元完成自组装成具有一定强度的固相圆球分散颗粒，实现防砂的作用。本发明是一种操作简便、安全、高效的防砂措施，不用向井下携砂、不用起下管柱的修井作业，降低了施工成本。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种过筛管防砂工艺，依次包括以下步骤：

（1）根据作业要求，配制入井流体压裂液A剂、分散系B剂；

（2）根据储层出砂情况选择不同的施工程序：对于出砂较少、管柱不能承受高压的井，选择进行不压开储层过筛管防砂，对于胶结疏松出砂严重、老井、管柱可承受高压的井，选择进行压开储层过筛管防砂；

（3）不压开储层过筛管防砂：

待地面注入管线接好后，通过油套环空循环洗井；过筛管向待防砂层注入分散系B剂，分散系B剂在储层温度下发生化学、物理作用，由液相转变为固相圆球分散颗粒，实现对生产层的防砂作用，分散系B剂的注入总量按防砂层高度和井筒几何尺寸计算体积；向井筒内注入顶替液，顶替液的作用是使井筒内的分散系B剂全部进入储层及储层与井筒的环形空间，停泵、关井、憋压30min-200min，使分散系B剂生成的固相颗粒在筛管后形成防砂层，防止B剂回流入井筒；泄压；循环洗井，从油管注入洗井液油套环空返出或从油套环空注入洗井液油管返出；

（4）压开储层过筛管防砂：

待地面注入管线接好后，通过油套环空循环洗井；对防砂层造缝，在不动管柱、不取筛管的条件下，高于地层破裂压力下利用高压水力泵车向待防砂层注入压裂液A剂，使地层产生裂缝，待产生的裂缝达到设计要求的裂缝几何尺寸后停泵；过筛管向裂缝注入分散系B剂，分散系B剂在储层温度下发生化学、物理作用，由液相转变为固相圆球分散颗粒，实现对生产层的防砂作用，分散系B剂的注入总量按裂缝几何尺寸计算体积；向井筒内注入顶替液，顶替液的作用是使井筒内的分散系B剂全部进入储层及储层与井筒的环形空间，停泵、关井、憋压30min-200min，使分散系B剂生成的固相颗粒在筛管后形成防砂层，防止B剂回流入井筒；泄压；循环洗井，从油管注入洗井液油套环空返出或从油套环空注入洗井液油管返出。

所述压裂液A剂为常规压裂液，如清水、胍胶压裂液、纤维素压裂液或聚丙烯酰胺压裂液。

所述分散系B剂由非相变体系M剂和相变体系N剂按一定比例混合搅拌均匀而成，体系M剂与体系N剂的体积比为0～0.7:0.3～1。

所述非相变体系M剂是常规压裂液、海水、地层水或地面淡水。

所述相变体系N剂为超分子化合物或合成高分子化合物。对相变体系N剂的性能要求是不能与体系M互溶，否则不能形成分散相；且N剂在地面状态下是一种液体，注入地层后在一定条件下需转化成固相颗粒。

所述超分子化合物由以下组份按重量百分比组成：超分子构筑单元10-40%，超分子功能单元0-40%，表面活性剂0.5-2%，无机盐0-5%，氧化剂0.5-2%，助溶剂0-2%，其余为溶剂。所述超分子构筑单元为三聚氰胺、三烯丙基异氰脲酸酯或其混合物；所述超分子功能单元为乙酸乙烯酯、丙烯腈或其混合物；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、吐温20、吐温40、十六烷基三甲基溴化铵其中一种或多种；所述无机盐为磷酸钠、氯化钙、氯化镁其中一种或多种；所述氧化剂为双氧水、过硫酸铵或重铬酸钠；所述助溶剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或其混合物；所述溶剂为甲苯、乙基苯、邻二甲苯、间二甲苯或对二甲苯。

所述合成高分子化合物由以下组份按重量百分比组成：单体20-70%，交联剂0.5-2%，分散剂0.5-2%，其余为溶剂。所述单体为苯乙烯、二乙烯苯或其混合物；所述交联剂为过氧化苯甲酰；所述分散剂为聚乙烯醇；所述溶剂为水。

所述顶替液为柴油、汽油或3质量%的氯化铵溶液、3质量%的氯化钾溶液。

所述洗井液为3质量%的氯化铵溶液或3质量%的氯化钾溶液。

本发明提供的一种全新防砂措施-过筛管防砂技术，适用于高孔高渗砂岩储层、胶结疏松砂岩储层、稠油油藏防砂，或前期采用筛管已经防砂失效的生产井。其原理是将流体分散系注入地层、裂缝、筛管与地层的环形空间，分散系中的相变流体在地层温度下发生相变，形成固体圆球颗粒，实现防砂的作用，非相变流体在环形空间及地层中起占据空间形成流动通道的作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）由于无固相注入，可有效降低管柱摩阻，对施工设备、地面管线及井口和施工管柱要求降低，同时降低施工风险及安全隐患；

（2）有利于环境保护，对环境有影响的相变材料产生相变后全部保留在地层（起支撑作用），非相变流体对环境无污染，可以直接返排再利用；

（3）不需要起下管柱作业，即不用进行修井作业，大大减少了施工程序，特别是对于海上平台作业，有效降低了施工成本，施工方便、简单、安全、快捷。

附图说明

图1为防砂实验装置流程图。

图中：1-正驱入口，2-反驱入口，3-循环清洗出口，4-排液出口，5-筛管网，6-岩板夹持器，7-围压加压腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

下述各组分，如无特别说明，均为重量百分比。

防砂实验装置流程见图1。

实验用疏松砂岩岩板制备：由于储层中的疏松砂岩从地下钻取的过程中很容易破碎成碎块或砂粒，所以实验室直接用渤海PL19-3油田油砂制备岩板。制备方法是将油砂中加入不同比例的胶结剂，混合均匀于常温放置待其固化。胶结剂由环氧树脂、乙二胺、丙酮组成。胶结剂加量少时制备出的岩心疏松，胶结剂加量多时制备出的岩心胶结强度高。

将制备好的岩板放入岩板夹持器中，在岩板正驱入口端放入筛管网5，连接好管线，配置实验样品。

针对不压开储层的过筛管防砂，直接制备12cm×8cm×6cm的岩板置于夹持器6中进行实验。

针对压开储层的过筛管防砂，将12cm×8cm×6cm的岩板放入夹持器6后，驱替的同时通过围压加压腔7加大围压，使岩板被压裂形成裂缝。

实施例1

实施例1采用不压开岩板的防砂实验。

实验温度为90℃。

第一步，从反驱入口2驱替3%NH₄Cl基液模拟生产过程中从地层向井底的流动，从循环清洗出口3测试出砂量。反驱替结束后从正驱入口1驱替3%NH₄Cl基液用于清洗击沉在管线中的砂粒，同样从循环清洗出口测试出砂量。具体的是将两次流出的全部物质过滤后烘干称取出砂质量，计算出砂速度。测试结果为：驱替压力4MPa，出砂量为5.3g/h。

第二步，驱替压力4MPa下从正驱入口驱替B剂，排液出口4见B剂流出即停止驱替。接着从正驱入口驱替3%KCl顶替液，顶替液注入量为入口管线的体积。关闭所有阀门，在90℃下恒温憋压90min。

第三步，泄压后，从反驱入口驱替3%NH₄Cl基液模拟生产过程中从地层向井底的流动，从循环清洗出口测试防砂处理后的出砂量。反驱替结束后从正驱入口驱替3%NH₄Cl基液用于清洗击沉在管线中的砂粒，从循环清洗出口测试出砂量。具体的是将两次流出的全部物质过滤后烘干称取出砂质量，计算出砂速度。测试结果为：驱替压力4MPa，出砂量为1.6g/h。

第四步，拆卸管线后，取出防砂后的岩板观察，入口端面处形成许多0.1-0.4cm的固相颗粒，说明该防砂工艺措施能有效防砂。

分散系B剂由100%体系N剂组成。N剂由30%苯乙烯、30%二乙烯苯、1%过氧化苯甲酰、1%聚乙烯醇、水组成。配制时先将聚乙烯醇完全分散于水中，再依次加入其它物质搅拌均匀。

实施例2

实施例2采用压开岩板的防砂实验。

实验温度为90℃。

第一步，从反驱入口驱替3%NH₄Cl基液模拟生产过程中从地层向井底的流动，从循环清洗出口测试出砂量。反驱替结束后从正驱入口驱替3%NH₄Cl基液用于清洗击沉在管线中的砂粒，同样从循环清洗出口测试出砂量。具体的是将两次流出的全部物质过滤后烘干称取出砂质量，计算出砂速度。测试结果为：驱替压力4MPa，出砂量为7.9g/h。

第二步，驱替压力6MPa下从正驱入口驱替A剂，同时加大围压，听见岩心崩裂的声音即停止增加围压，说明岩块已被压开形成裂缝。

第三步，驱替压力4MPa下从正驱入口驱替B剂，持续驱替B剂至排液出口见其流出即停止驱替。接着从正驱入口驱替3%KCl顶替液，顶替液注入量为入口管线的体积。关闭所有阀门，在90℃下恒温憋压90min。

第四步，泄压后，从反驱入口驱替3%NH₄Cl基液模拟生产过程中从地层向井底的流动，从循环清洗出口测试防砂处理后的出砂量。反驱替结束后从正驱入口驱替3%NH₄Cl基液用于清洗击沉在管线中的砂粒，从循环清洗出口测试出砂量。具体的是将两次流出的全部物质过滤后烘干称取出砂质量，计算出砂速度。测试结果为：驱替压力4MPa，出砂量为2.3g/h。

第五步，拆卸管线后，取出防砂后的岩板观察，入口端面处以及被压裂的裂缝中形成大量0.1-0.5cm的固相颗粒，说明该防砂工艺措施能有效防砂。

A剂：1%胍胶，99%清水。

B剂：20体积%M+80体积%N，M剂（1%胍胶，99%清水），N剂（20%三聚氰胺+15%三烯丙基异氰脲酸酯+35%乙酸乙烯酯+1%十二烷基苯磺酸钠+0.5%磷酸钠+0.5%氯化镁+0.5%重铬酸钠+0.5%聚乙二醇+其余为甲苯）。

实施例3

实施例3采用不压开岩板的防砂实验。

实验温度为85℃。

第一步，从反驱入口驱替3%NH₄Cl基液模拟生产过程中从地层向井底的流动，从循环清洗出口测试出砂量。反驱替结束后从正驱入口驱替3%NH₄Cl基液用于清洗击沉在管线中的砂粒，同样从循环清洗出口测试出砂量。具体的是将两次流出的全部物质过滤后烘干称取出砂质量，计算出砂速度。测试结果为：驱替压力5MPa，出砂量为4.8g/h。

第二步，驱替压力5MPa下从正驱入口驱替B剂，排液出口见着B剂流出停止驱替。接着从正驱入口驱替3%KCl顶替液，顶替液注入量为入口管线的体积。关闭所有阀门，在85℃下恒温憋压120min。

第三步，泄压后，从反驱入口驱替3%NH₄Cl基液模拟生产过程中从地层向井底的流动，从循环清洗出口测试防砂处理后的出砂量。反驱替结束后从正驱入口驱替3%NH₄Cl基液用于清洗击沉在管线中的砂粒，从循环清洗出口测试出砂量。具体的是将两次流出的全部物质过滤后烘干称取出砂质量，计算出砂速度。测试结果为：驱替压力5MPa，出砂量为1.5g/h。

第四步，拆卸管线后，取出防砂后的岩板观察，入口端面处形成许多0.1-0.4cm的固相颗粒，说明该防砂工艺措施能有效防砂。

分散系B剂由100%体系N剂组成。N剂由50%苯乙烯、20%二乙烯苯、0.5%过氧化苯甲酰、0.5%聚乙烯醇、水组成。配制时先将聚乙烯醇完全分散于水中，再依次加入其它物质搅拌均匀。

实施例4

实施例4采用压开岩板的防砂实验。

实验温度为85℃。

第一步，从反驱入口驱替3%NH₄Cl基液模拟生产过程中从地层向井底的流动，从循环清洗出口测试出砂量。反驱替结束后从正驱入口驱替3%NH₄Cl基液用于清洗击沉在管线中的砂粒，同样从循环清洗出口测试出砂量。具体的是将两次流出的全部物质过滤后烘干称取出砂质量，算出砂速度。测试结果为：驱替压力5MPa，出砂量为8.5g/h。

第二步，驱替压力7MPa下从正驱入口驱替A剂，同时加大围压，听见岩心崩裂的声音即停止增加围压，说明岩块已被压开形成裂缝。

第三步，驱替压力5MPa下从正驱入口驱替B剂，持续驱替B剂至排液出口见其流出即停止驱替。接着从正驱入口驱替3%KCl顶替液，顶替液注入量为入口管线的体积。关闭所有阀门，在85℃下恒温憋压120min。

第四步，泄压后，从反驱入口驱替3%NH₄Cl基液模拟生产过程中从地层向井底的流动，从循环清洗出口测试防砂处理后的出砂量。反驱替结束后从正驱入口驱替3%NH₄Cl基液用于清洗击沉在管线中的砂粒，从循环清洗出口测试出砂量。具体的是将两次流出的全部物质过滤后烘干称取出砂质量，计算出砂速度。测试结果为：驱替压力5MPa，出砂量为2.6g/h。

第五步，拆卸管线后取出防砂后的岩板观察，入口端面处以及被压裂的裂缝中形成大量0.1-0.5cm的固相颗粒，说明该防砂工艺措施能有效防砂。

A剂：1%胍胶，99%清水。

B剂：30体积%M+70体积%N，M剂（1%胍胶，99%清水），N剂（40%三聚氰胺+40%乙酸乙烯酯+0.5%十二烷基苯磺酸钠+0.5%磷酸钠+0.5%氯化钙+1%过硫酸铵+0.5%聚乙二醇+其余为乙基苯）。

Claims (6)

1.一种过筛管防砂工艺，依次包括以下步骤：

（1）配制入井流体压裂液A剂、分散系B剂，所述压裂液A剂为常规压裂液，常规压裂液为清水、胍胶压裂液、纤维素压裂液或聚丙烯酰胺压裂液；所述分散系B剂由非相变体系M剂和相变体系N剂混合搅拌均匀而成，体系M剂与体系N剂的体积比为0～0.7:0.3～1；所述非相变体系M剂是常规压裂液、海水、地层水或地面淡水；所述相变体系N剂为超分子化合物或合成高分子化合物；

所述超分子化合物由以下组份按重量百分比组成：超分子构筑单元10-40%，超分子功能单元0-40%，表面活性剂0.5-2%，无机盐0-5%，氧化剂0.5-2%，助溶剂0-2%，其余为溶剂；所述超分子构筑单元为三聚氰胺、三烯丙基异氰脲酸酯或其混合物；所述超分子功能单元为乙酸乙烯酯、丙烯腈或其混合物；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、吐温20、吐温40、十六烷基三甲基溴化铵其中一种或多种；所述无机盐为磷酸钠、氯化钙、氯化镁其中一种或多种；所述氧化剂为双氧水、过硫酸铵或重铬酸钠；所述助溶剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或其混合物；所述溶剂为甲苯、乙基苯、邻二甲苯、间二甲苯或对二甲苯；

所述合成高分子化合物由以下组份按重量百分比组成：单体20-70%，交联剂0.5-2%，分散剂0.5-2%，其余为溶剂；所述单体为苯乙烯、二乙烯苯或其混合物；所述交联剂为过氧化苯甲酰；所述分散剂为聚乙烯醇；所述溶剂为水；

（2）根据储层出砂情况选择不同的施工程序：对于出砂较少、管柱不能承受高压的井，选择进行不压开储层过筛管防砂，对于胶结疏松出砂严重、老井、管柱可承受高压的井，选择进行压开储层过筛管防砂；

（3）不压开储层过筛管防砂：

通过油套环空循环洗井；过筛管向待防砂层注入分散系B剂，分散系B剂在储层温度下发生化学、物理作用，由液相转变为固相圆球分散颗粒；向井筒内注入顶替液，停泵、关井、憋压30min-200min，使分散系B剂生成的固相颗粒在筛管后形成防砂层；泄压；循环洗井；

（4）压开储层过筛管防砂：

通过油套环空循环洗井；高于地层破裂压力下向待防砂层注入压裂液A剂，使地层产生裂缝，待产生的裂缝达到设计要求的裂缝几何尺寸后停泵；过筛管向裂缝注入分散系B剂，分散系B剂在储层温度下发生化学、物理作用，由液相转变为固相圆球分散颗粒；向井筒内注入顶替液，停泵、关井、憋压30min-200min，使分散系B剂生成的固相颗粒在筛管后形成防砂层；泄压；循环洗井。

2.如权利要求1所述的一种过筛管防砂工艺，其特征在于，所述步骤（3）分散系B剂的注入总量按防砂层高度和井筒几何尺寸计算体积。

3.如权利要求1所述的一种过筛管防砂工艺，其特征在于，所述步骤（4）分散系B剂的注入总量按裂缝几何尺寸计算体积。

4.如权利要求1所述的一种过筛管防砂工艺，其特征在于，所述循环洗井是指从油管注入洗井液油套环空返出或从油套环空注入洗井液油管返出。

5.如权利要求1所述的一种过筛管防砂工艺，其特征在于，所述顶替液为柴油、汽油、3质量%的氯化铵溶液或3质量%的氯化钾溶液。

6.如权利要求4所述的一种过筛管防砂工艺，其特征在于，所述洗井液为3质量%的氯化铵溶液或3质量%的氯化钾溶液。