無篩管複合壓裂纖維網絡骨架礫石充填防砂方法
2023-11-07 06:46:42
專利名稱：無篩管複合壓裂纖維網絡骨架礫石充填防砂方法
技術領域：
本發明涉及的是一種油田開發過程中，防止油井或油氣井、尤其稠油井出砂 的方法。二、 背景技術當前廣泛採用的防砂技術可大致分為兩大類機械防砂技術和化學防砂技 術，這些防砂技術從實踐效果來看，有其很多不足之處。例如，機械防砂技術包 括繞絲篩管礫石充填防砂、割縫襯管礫石充填防砂、濾砂管防砂等等。它們的共 同特點是通過向並下下繞絲篩管(或割縫襯管、濾砂管等)之後，通過防砂管柱 用攜砂液將砂子充填到繞絲篩管(割縫襯管、濾砂管等)與套管之間的環形空間 和井筒周圍虧空的部分油層。它們的基本原理是所充填的砂層阻擋地層砂的返 排，而繞絲篩管(割縫襯管、濾砂管等)來阻擋所充填砂的返排。它們的共性缺 陷是礫石充填範圍有限，再加上篩管的縫或篩孔不能太小(如太小的話，阻力大， 油出的少)，所以，通常根本阻擋不住粉細砂，而且在較大生產壓差下，連所充 填的砂也易於返排出來；除此之外，工藝繁瑣複雜，作業時，如不慎，並下落物 較多，需大修，修井複雜費用高，而且有效期短，有的成本較高，有的時候，打 撈不成落物，而報廢井的情況。又如，化學防砂技術大致分為三類其一是樹脂包覆砂防砂技術，它是將砂 子用樹脂包覆曬乾作為支撐劑，通過壓裂的方法注入到油層裡進行防砂的方法，它的缺點是a)它需要一種滿足樹脂固化所需的特定條件，如需要嚴格的井下溫度及壓力環境條件等；(2)樹脂易與攜砂液中的一些化學劑等發生化學反應，使樹 脂包覆效果下降；(3)在關、開井時，由於閉合壓力發生變化，使已固化的樹脂易 於破碎，引起樹脂包覆效果大大下降；(4)樹脂包覆砂處理後，儘管能起防砂作用， 但充填層的滲透率損失非常嚴重，在施工後的48小時之內，很多井的井溫僅能 達到50 60°C。為了使所開發的樹脂砂具有更廣泛的適用範圍，那麼就要求所 開發的樹脂預包砂能在較低的溫度下固化，也就是說所用的樹脂軟化點(熔點) 必須在4(TC左右。隨之而來的問題就是在暑期施工時，已乾燥好的樹脂砂由於自身的軟化，又重新結塊，增加了施工難度；此外，施工作業之後，要停留一 段時間，使樹脂完全固化，又要進行重新鑽塞和射孔等工藝措施較為複雜。其二 是樹脂固砂防砂技術，它是將樹脂注入到油層裡，使樹脂固結油層砂的方法來實 現防砂的目的，其最大的缺點是，大大降低油層滲透率，費用高、有毒等等。其 三是人工井壁防砂技術，人工井壁種類很多，例如，將預塗層礫石、樹脂砂漿、 水帶幹灰砂、水泥砂漿、乳化水泥、樹脂核桃殼等通過管柱泵送到油層，並擠入 套管以外的空穴中去，形成密實的充填層，待固化後，再把井筒中的多餘充填物 鑽銑掉，射孔，投產，其最大缺陷是對油層傷害大，滲透率損失很大，施工繁瑣 費時，費事，實際效果也不很明顯。 三、發明內容本發明的目的在於提供一種施工簡便易行，省工省時；同時適用於稀油井、 氣井、稠油井，適應井溫條件範圍很大，能夠大大地提高生產效率和油井的產能， 保證油氣井正常生產，綜合經濟效益特別顯著的無篩管複合壓裂纖維網絡骨架礫 石充填防砂方法。本發明的目的是這樣實現的 向井中注入前置液，所述的前置液由兩部分組成，首先注入第一種前置液是由專 利申請號為200610009675.8的專利文件中公開的微乳膠溶液和甲酸配製而成的 弱水溶液，其配比是每十噸水加佔水重量2%的微乳膠和2%的甲酸；其後注入 第二種前置液，第二種前置液是由配比為40噸水中加入佔水重量的2%的瓜膠和 20噸砂子組成的具有一定粘彈性的攜砂液。 本發明還可以包括1、 向第二種前置液中添加作網絡劑用的纖維，其添加量為佔第二種前置液 重量的1%。2、 所述的作網絡劑用的纖維是符合如下條件的短切玻璃纖維耐溫800-1000 。C的高溫，在碳酸氫鈉調製的pH值為9的水溶液中浸泡的纖維，在70'C的恆溫 中放置24小時，其失重率應小於0.5%;在7(TC溫水中浸泡500小時，其失重率 小於0. 44%;在7(TC條件下攜砂液中浸泡720小時，其總量損失率小於0. 3%的 經過集束處理的玻璃纖維，短切長度控制在10 18隨的範圍之內。本發明就是為了彌補上述缺點而研發的以全新原理為基礎的防砂技術一無篩管複合壓裂纖維網絡骨架礫石充填防砂技術。本發明的獨特特點在於在不下篩管的情況下，油層預處理技術與壓裂礫 石充填技術相結合，既解決了油田開採過程中防砂的主課題，又解決了施工所帶 來的汙染和傷害的解除問題。所以，與機械防砂技術相比，因不下篩管和不使用 其他複雜施工工具，既節省了一大筆經費並省去了繁瑣的施工工藝，又解決了機械防砂技術防不住粉細砂的難題，能防得住0. 07mm以上粒徑的細粉砂；又與常 規化學防砂技術相比，既因不進行鑽塞和重新射孔等繁瑣工藝，能節省大量物力 和財力，又解決了常規化學防砂技術損害油層滲透率的難題，實現了不損害油層 滲透率，反而保持充填層的較高導流能力的同時，還能降低原油粘度，因而保證 了投產後較高的生產能力；而且，本發明還具有施工簡便易行，省工省時的特點， 同時適用於稀油井、氣井、稠油井，適應井溫條件範圍也很大，於是，能夠大大 地提高生產效率和油井的產能，保證油氣井正常生產，綜合經濟效益特別顯著。首先，目前國內外出砂嚴重的油層大部分是第三系油層，油層成熟度低， 巖性膠結差，又很大一部分都是稠油。於是，在採用各種防砂措施作業時，常常 容易受到汙染、冷傷害等等侵害；即便是措施作業很成功，但是，投產後增產效 果不太明顯，或甚至有不出油的現象。因此，在實施本發明時，首先注入前置液。 這個工序類似於壓裂作業時注入前置液的程序，但這個前置液是由兩部分組成， 首先注入的第一種前置液就是由複合油層預處理劑組成，而不是通常所用的攜砂 液。它是由特殊專利產品微乳膠溶液和甲酸配製而成的弱水溶液，其配比是十 噸水加佔水重量2%微乳膠和2%甲酸，而用量則根據油井的實際狀況而定。首先注入第一種前置液的目的在於解除施工過程中所造成的汙染和冷傷害，起到解 堵、疏通孔隙和通道及降粘的作用。後一部分注入的第二種前置液是具有一定粘彈性的攜砂液其配比水40噸(加入佔水重量2%瓜膠)、砂子20噸，它的作 用是較高的排量下，壓開油層，既向油層深處造出裂縫，以擴大原油流動的通道。 其次，當實施本發明時，注入前置液之後，接著注入攜砂液階段，向攜砂 液添加砂子過程中，還要同時添加作網絡劑用的纖維，於是用砂子和纖維來充填 壓開的裂縫和井筒周圍的虧空層，便形成纖維網絡骨架礫石充填層，成了阻擋出 砂的堅強壁壘。據研究表明，停止注入攜砂液時，充填層支撐劑因承受側限壓力， 顆粒間以接觸力形式，達到力學平衡。當攜砂液開始返排後，由於流體載荷，其力學平衡受到破壞，支撐劑因發生塑性剪切形變，形成一系列拱形結構稱砂拱， 當返排速度增加至臨界返排速度時，砂拱結構被破壞，這是返排出砂的根本原因。 無篩管複合壓裂纖維網絡骨架礫石充填防砂技術，在注入攜砂液添砂階段，通過 添加砂子和纖維混合物，及添加短切纖維並控制其分布位置和量相結合的方法， 在裂縫中形成複合介質，其支撐劑(礫石)成為基體，纖維成為增強相，便成為 纖維網絡骨架礫石充填層。圖1中可見，每根纖維與若干支撐劑相接觸，形成纖 維網絡阻擋，通過接觸壓力和摩擦力相互作用，達到平衡狀態。當攜砂液返排時， 因受流體壓力，砂拱的剪切形變引起纖維的形變，誘發的纖維軸向力分解為切向 和法向分量，切向分量直接抵抗砂拱剪切變形，法向分量增加側限壓力，進而增 大支撐劑間的摩擦力，間接抵抗砂拱剪切變形，從而提高砂拱的穩定性和臨界返 排速度，控制支撐劑或砂子返排出來。本發明引用了壓裂技術，雖然化學防砂和機械防砂中也都用泵送的方法，將 礫石充填進去，但是， 一般都只用兩臺千型泵車或700型泵車組(井深在900至 1700m範圍的條件下，其用泵車數量是根據井深條件來確定)，泵送的充填物的 分布僅局限於井筒附近範圍，而且機械防砂還得下篩管，而化學防砂得鑽洗或重 新射孔等。然而，本發明則在不下篩管的條件下，用三臺千型泵車組(井深在 900至1700m範圍的條件下，其用泵車數量是根據井深條件來確定)，利用適量 的攜砂液和適量的排量，在油層中造相當長的裂縫，將纖維網絡骨架礫石充填層 的範圍延伸到油層更深處，擴大了原油流通通道，並且施工後也不需要作鑽塞射 孔作業，只需關井24小時，衝砂洗井，下生產管柱和泵投產即可。此外，所採 用的是較大顆粒石英砂20噸(16 20目)/口井，再加短切玻璃纖維(10-18 mm) 1%，因此，不僅不傷害油層，而且其充填層的滲透率比常規防砂充填層高出幾 倍。所以，纖維網絡骨架礫石充填層保持較高的導流能力(據室內試驗檢測62 um2以上)，防砂耐溫可在350。C以內，防砂粒徑可達0. 07mm以上，增產有效期 在一年以上，最長達3年，耐生產壓差可達6MPa。然而，影響纖維網絡骨架的阻擋強度取決於多種因素，其中纖維參數及其性 能是最重要因素。在本發明中採用的短切玻璃纖維是經過集束處理的玻璃纖維， 在耐鹼、耐酸、耐水、耐攜砂液的化學性及耐溫方面性質穩定，而且既有機械強 度和剛性，又具備一定的彈性，同時在添加到攜砂液時，又具備分散性好，不成包塊，施工簡便易行的特點。 本發明適合於如下條件1、 出砂粒度大於0. 07mm以上的稠油井或一般出砂稀油井及氣井；2、 固井質量必須合格、井身完好的井；3、 施工井段內，油層越厚，油層越集中，其效果越好；4、 含油飽和度大於40%，如果含油飽和度低，則要考慮經濟上是否划算的 問題；5、 井溫範圍可在35(TC之內。四
圖l是砂拱示意圖。五具體實施方式
下面舉例對本發明作更詳細的描述 本發明的方法包括向井中注入前置液，所述的前置液由兩部分組成，首先注入第一種前置液是由專利申請號為200610009675.8的專利文件中公開的微乳膠溶液 和甲酸配製而成的弱水溶液，其配比是每十噸水加佔水重量2%的微乳膠和2% 的甲酸；其後注入第二種前置液，第二種前置液是由配比為40噸水中加入佔水 重量的2%的瓜膠和20噸砂子組成的具有一定粘彈性的攜砂液。向第二種前置液 中添加作網絡劑用的纖維，其添加量為佔第二種前置液重量的1%。所述的作網 絡劑用的纖維是符合如下條件的短切玻璃纖維耐溫800-100(TC的高溫，在碳 酸氫鈉調製的pH值為9的水溶液中浸泡的纖維，在7(TC的恆溫中放置24小時， 其失重率應小於0. 5%;在7(TC溫水中浸泡500小時，其失重率小於0. 44%;在 7(TC條件下攜砂液中浸泡720小時，其總量損失率小於0.3%的經過集束處理的 玻璃纖維，短切長度控制在10 18mm的範圍之內。具體過程如下1、 前置液的配製先將井內注入十噸水，然後再加入水重量2%微乳膠溶液(專利產品)和2 %甲酸混合溶液，其用量是根據油井實際狀況和需要而定。後續要注入的第二種 前置液是攜砂液配比水40噸、佔水重量2%瓜膠、砂子20噸，用量根據井的 實際情況而定。2、 短切玻璃纖維的選擇選擇短切玻璃纖維應耐溫800-100(TC的高溫，在碳酸氫鈉調製的pH值為9 的水溶液中浸泡的纖維，在7(TC的恆溫中放置24小時，其失重率應小於0.5%， 在7(TC溫水中浸泡500小時，其失重率小於0.44%，在7(TC條件下攜砂液中浸 泡720小時，其總量損失率小於0.3%的經過集束處理的玻璃纖維，短切長度控 制在10 18圓的範圍之內。3、 施工設計根據油井的完井基礎數據、射孔狀況(包括射孔井段、深淺、油層厚度大小 等)、油層孔隙度、滲透率、油氣水飽和度、泥質含量等等資料，要進行精心設 計，其格式和規範與壓裂礫石充填防砂設計相類似，其格式請參見附件l。4、 施工工序和作業方法施工作業應嚴格按施工設計的步驟和要求進行，為說明本發明區別於通常的 壓裂礫石充填防砂技術，將關鍵工序和作業方法簡要說明如下.-施工前作業1、 立井架，壓井取出原井內管柱和泵；2、 下衝砂管柱探砂面，如有砂，則衝砂，洗井至人工井底，取出衝砂管柱；3、 下4)88.9mmN—80 (根據並深情況確定型號)壓裂管柱至油層底部，若有砂， 衝砂；然後上提管柱至油層上部15 30 m;4、 裝壓裂井口，四邊用鋼絲繩固牢，做防砂施工準備。防砂施工1、 連接地面管線，試壓45MPa，不剌不漏為合格，方可進行複合壓裂礫石充填 施工；2、 注入前置液階段，首先注入第一種前置液，排量控制在1 m3/min;接著以2.5 3 m3/min的大排量注入第二種前置液(即攜砂液)；各段的用量按其設計要求進 行；3、 仍以2.5 3m"min排量注入攜砂液，同時添加礫石充填用砂子和纖維的混合 物，該階段是實現本發明的最為關鍵工序之一。設計人員根據油層情況確定其各 階段攜砂比，總的原則是由低攜砂比開始分步提高到較高的攜砂比，排量一定要 按設計要求(2.5 3 m3/min左右，有不同情況，會有所變化)精心控制，同時有目的地控制、調節所添加的纖維量和位置；其攜砂液、砂子及纖維混合物、纖維的用量必須按設計用量，才能確保纖維網絡骨架礫石充填層的質量；4、最後注入頂替液(用攜砂液作頂替液)，還是以3 m"min排量，按設計要求用量注進去。防砂後作業1、 防砂後，經關井8小時，再裝10mm油嘴控制放噴，返排攜砂液並進行求產；2、 若不能自噴，降壓後取出井內管柱；3、 下衝砂管柱探砂面，如有砂，則衝砂，洗井至人工井底，取出井內管柱；4、 最後下泵正式投產。
權利要求
1、一種無篩管複合壓裂纖維網絡骨架礫石充填防砂方法，其特徵是向井中注入前置液，所述的前置液由兩部分組成，首先注入第一種前置液是由專利申請號為200610009675.8的專利文件中公開的微乳膠溶液和甲酸配製而成的弱水溶液，其配比是每十噸水加佔水重量2％的微乳膠和2％的甲酸；其後注入第二種前置液，第二種前置液是由配比為40噸水中加入佔水重量的2％的瓜膠和20噸砂子組成的具有一定粘彈性的攜砂液。
2、 根據權利要求1所述的無篩管複合壓裂纖維網絡骨架礫石充填防砂方 法，其特徵是向第二種前置液中添加作網絡劑用的纖維，其添加量為佔第二 種前置液重量的1%。
3、 根據權利要求1或2所述的無篩管複合壓裂纖維網絡骨架礫石充填防砂 方法。作網絡劑用的纖維是符合如下條件的短切玻璃纖維耐溫800-IOO(TC的 高溫，在碳酸氫鈉調製的pH值為9的水溶液中浸泡的纖維，在70'C的恆溫中 放置24小時，其失重率應小於0.5%;在7CTC溫水中浸泡500小時，其失重率 小於0.44%;在7(TC條件下攜砂液中浸泡720小時，其總量損失率小於0. 3%的 經過集束處理的玻璃纖維，短切長度控制在10 18mrn的範圍之內。
全文摘要
本發明提供的是一種無篩管複合壓裂纖維網絡骨架礫石充填防砂方法。向井中注入前置液，所述的前置液由兩部分組成，首先注入第一種前置液是由專利申請號為200610009675.8的專利文件中公開的微乳膠溶液和甲酸配製而成的弱水溶液，其配比是每十噸水加佔水重量2％的微乳膠和2％的甲酸；其後注入第二種前置液，第二種前置液是由配比為40噸水中加入佔水重量的2％的瓜膠和20噸砂子組成的具有一定粘彈性的攜砂液。本發明具有施工簡便易行，省工省時；同時適用於稀油井、氣井、稠油井，適應井溫條件範圍很大，能夠大大地提高生產效率和油井的產能，保證油氣井正常生產，綜合經濟效益特別顯著等優點。
文檔編號E21B43/02GK101220736SQ200810063959
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月31日 優先權日2008年1月31日
發明者樸昌鬥, 金龍林 申請人:哈爾濱市宏昌石油助劑有限公司