无筛管复合压裂纤维网络骨架砾石充填防砂方法.pdf

本发明提供的是一种无筛管复合压裂纤维网络骨架砾石充填防砂方法。向井中注入前置液，所述的前置液由两部分组成，首先注入第一种前置液是由专利申请号为200610009675.8的专利文件中公开的微乳胶溶液和甲酸配制而成的弱水溶液，其配比是每十吨水加占水重量2％的微乳胶和2％的甲酸；其后注入第二种前置液，第二种前置液是由配比为40吨水中加入占水重量的2％的瓜胶和20吨砂子组成的具有一定粘弹性的携砂液。本发明具有施工简便易行，省工省时；同时适用于稀油井、气井、稠油井，适应井温条件范围很大，能够大大地提高生产效率和油井的产能，保证油气井正常生产，综合经济效益特别显著等优点。

1.  一种无筛管复合压裂纤维网络骨架砾石充填防砂方法，其特征是：向井中注入前置液，所述的前置液由两部分组成，首先注入第一种前置液是由专利申请号为200610009675.8的专利文件中公开的微乳胶溶液和甲酸配制而成的弱水溶液，其配比是每十吨水加占水重量2％的微乳胶和2％的甲酸；其后注入第二种前置液，第二种前置液是由配比为40吨水中加入占水重量的2％的瓜胶和20吨砂子组成的具有一定粘弹性的携砂液。

2.  根据权利要求1所述的无筛管复合压裂纤维网络骨架砾石充填防砂方法，其特征是：向第二种前置液中添加作网络剂用的纤维，其添加量为占第二种前置液重量的1％。

3.  根据权利要求1或2所述的无筛管复合压裂纤维网络骨架砾石充填防砂方法。作网络剂用的纤维是符合如下条件的短切玻璃纤维：耐温800-1000℃的高温，在碳酸氢钠调制的pH值为9的水溶液中浸泡的纤维，在70℃的恒温中放置24小时，其失重率应小于0.5％；在70℃温水中浸泡500小时，其失重率小于0.44％；在70℃条件下携砂液中浸泡720小时，其总量损失率小于0.3％的经过集束处理的玻璃纤维，短切长度控制在10～18mm的范围之内。

无筛管复合压裂纤维网络骨架砾石充填防砂方法
一、技术领域
本发明涉及的是一种油田开发过程中，防止油井或油气井、尤其稠油井出砂的方法。
二、背景技术
当前广泛采用的防砂技术可大致分为两大类：机械防砂技术和化学防砂技术，这些防砂技术从实践效果来看，有其很多不足之处。例如，机械防砂技术包括绕丝筛管砾石充填防砂、割缝衬管砾石充填防砂、滤砂管防砂等等。它们的共同特点是通过向井下下绕丝筛管(或割缝衬管、滤砂管等)之后，通过防砂管柱用携砂液将砂子充填到绕丝筛管(割缝衬管、滤砂管等)与套管之间的环形空间和井筒周围亏空的部分油层。它们的基本原理是所充填的砂层阻挡地层砂的返排，而绕丝筛管(割缝衬管、滤砂管等)来阻挡所充填砂的返排。它们的共性缺陷是砾石充填范围有限，再加上筛管的缝或筛孔不能太小(如太小的话，阻力大，油出的少)，所以，通常根本阻挡不住粉细砂，而且在较大生产压差下，连所充填的砂也易于返排出来；除此之外，工艺繁琐复杂，作业时，如不慎，井下落物较多，需大修，修井复杂费用高，而且有效期短，有的成本较高，有的时候，打捞不成落物，而报废井的情况。
又如，化学防砂技术大致分为三类：其一是树脂包覆砂防砂技术，它是将砂子用树脂包覆晒干作为支撑剂，通过压裂的方法注入到油层里进行防砂的方法，它的缺点是：(1)它需要一种满足树脂固化所需的特定条件，如需要严格的井下温度及压力环境条件等；(2)树脂易与携砂液中的一些化学剂等发生化学反应，使树脂包覆效果下降；(3)在关、开井时，由于闭合压力发生变化，使已固化的树脂易于破碎，引起树脂包覆效果大大下降；(4)树脂包覆砂处理后，尽管能起防砂作用，但充填层的渗透率损失非常严重，在施工后的48小时之内，很多井的井温仅能达到50～60℃。为了使所开发的树脂砂具有更广泛的适用范围，那么就要求所开发的树脂预包砂能在较低的温度下固化，也就是说：所用的树脂软化点(熔点)必须在40℃左右。随之而来的问题就是：在暑期施工时，已干燥好的树脂砂由于自身的软化，又重新结块，增加了施工难度；此外，施工作业之后，要停留一段时间，使树脂完全固化，又要进行重新钻塞和射孔等工艺措施较为复杂。其二是树脂固砂防砂技术，它是将树脂注入到油层里，使树脂固结油层砂的方法来实现防砂的目的，其最大的缺点是，大大降低油层渗透率，费用高、有毒等等。其三是人工井壁防砂技术，人工井壁种类很多，例如，将预涂层砾石、树脂砂浆、水带干灰砂、水泥砂浆、乳化水泥、树脂核桃壳等通过管柱泵送到油层，并挤入套管以外的空穴中去，形成密实的充填层，待固化后，再把井筒中的多余充填物钻铣掉，射孔，投产，其最大缺陷是对油层伤害大，渗透率损失很大，施工繁琐费时，费事，实际效果也不很明显。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种施工简便易行，省工省时；同时适用于稀油井、气井、稠油井，适应井温条件范围很大，能够大大地提高生产效率和油井的产能，保证油气井正常生产，综合经济效益特别显著的无筛管复合压裂纤维网络骨架砾石充填防砂方法。
本发明的目的是这样实现的：
向井中注入前置液，所述的前置液由两部分组成，首先注入第一种前置液是由专利申请号为200610009675.8的专利文件中公开的微乳胶溶液和甲酸配制而成的弱水溶液，其配比是每十吨水加占水重量2％的微乳胶和2％的甲酸；其后注入第二种前置液，第二种前置液是由配比为40吨水中加入占水重量的2％的瓜胶和20吨砂子组成的具有一定粘弹性的携砂液。
本发明还可以包括：
1、向第二种前置液中添加作网络剂用的纤维，其添加量为占第二种前置液重量的1％。
2、所述的作网络剂用的纤维是符合如下条件的短切玻璃纤维：耐温800-1000℃的高温，在碳酸氢钠调制的pH值为9的水溶液中浸泡的纤维，在70℃的恒温中放置24小时，其失重率应小于0.5％；在70℃温水中浸泡500小时，其失重率小于0.44％；在70℃条件下携砂液中浸泡720小时，其总量损失率小于0.3％的经过集束处理的玻璃纤维，短切长度控制在10～18mm的范围之内。
本发明就是为了弥补上述缺点而研发的以全新原理为基础的防砂技术-无筛管复合压裂纤维网络骨架砾石充填防砂技术。
本发明的独特特点在于：在不下筛管的情况下，油层预处理技术与压裂砾石充填技术相结合，既解决了油田开采过程中防砂的主课题，又解决了施工所带来的污染和伤害的解除问题。所以，与机械防砂技术相比，因不下筛管和不使用其他复杂施工工具，既节省了一大笔经费并省去了繁琐的施工工艺，又解决了机械防砂技术防不住粉细砂的难题，能防得住0.07mm以上粒径的细粉砂；又与常规化学防砂技术相比，既因不进行钻塞和重新射孔等繁琐工艺，能节省大量物力和财力，又解决了常规化学防砂技术损害油层渗透率的难题，实现了不损害油层渗透率，反而保持充填层的较高导流能力的同时，还能降低原油粘度，因而保证了投产后较高的生产能力；而且，本发明还具有施工简便易行，省工省时的特点，同时适用于稀油井、气井、稠油井，适应井温条件范围也很大，于是，能够大大地提高生产效率和油井的产能，保证油气井正常生产，综合经济效益特别显著。
首先，目前国内外出砂严重的油层大部分是第三系油层，油层成熟度低，岩性胶结差，又很大一部分都是稠油。于是，在采用各种防砂措施作业时，常常容易受到污染、冷伤害等等侵害；即便是措施作业很成功，但是，投产后增产效果不太明显，或甚至有不出油的现象。因此，在实施本发明时，首先注入前置液。这个工序类似于压裂作业时注入前置液的程序，但这个前置液是由两部分组成，首先注入的第一种前置液就是由复合油层预处理剂组成，而不是通常所用的携砂液。它是由特殊专利产品微乳胶溶液和甲酸配制而成的弱水溶液，其配比是：十吨水加占水重量2％微乳胶和2％甲酸，而用量则根据油井的实际状况而定。首先注入第一种前置液的目的在于解除施工过程中所造成的污染和冷伤害，起到解堵、疏通孔隙和通道及降粘的作用。后一部分注入的第二种前置液是具有一定粘弹性的携砂液其配比：水40吨(加入占水重量2％瓜胶)、砂子20吨，它的作用是较高的排量下，压开油层，既向油层深处造出裂缝，以扩大原油流动的通道。
其次，当实施本发明时，注入前置液之后，接着注入携砂液阶段，向携砂液添加砂子过程中，还要同时添加作网络剂用的纤维，于是用砂子和纤维来充填压开的裂缝和井筒周围的亏空层，便形成纤维网络骨架砾石充填层，成了阻挡出砂的坚强壁垒。据研究表明，停止注入携砂液时，充填层支撑剂因承受侧限压力，颗粒间以接触力形式，达到力学平衡。当携砂液开始返排后，由于流体载荷，其力学平衡受到破坏，支撑剂因发生塑性剪切形变，形成一系列拱形结构称砂拱，当返排速度增加至临界返排速度时，砂拱结构被破坏，这是返排出砂的根本原因。无筛管复合压裂纤维网络骨架砾石充填防砂技术，在注入携砂液添砂阶段，通过添加砂子和纤维混合物，及添加短切纤维并控制其分布位置和量相结合的方法，在裂缝中形成复合介质，其支撑剂(砾石)成为基体，纤维成为增强相，便成为纤维网络骨架砾石充填层。图1中可见，每根纤维与若干支撑剂相接触，形成纤维网络阻挡，通过接触压力和摩擦力相互作用，达到平衡状态。当携砂液返排时，因受流体压力，砂拱的剪切形变引起纤维的形变，诱发的纤维轴向力分解为切向和法向分量，切向分量直接抵抗砂拱剪切变形，法向分量增加侧限压力，进而增大支撑剂间的摩擦力，间接抵抗砂拱剪切变形，从而提高砂拱的稳定性和临界返排速度，控制支撑剂或砂子返排出来。
本发明引用了压裂技术，虽然化学防砂和机械防砂中也都用泵送的方法，将砾石充填进去，但是，一般都只用两台千型泵车或700型泵车组(井深在900至1700m范围的条件下，其用泵车数量是根据井深条件来确定)，泵送的充填物的分布仅局限于井筒附近范围，而且机械防砂还得下筛管，而化学防砂得钻洗或重新射孔等。然而，本发明则在不下筛管的条件下，用三台千型泵车组(井深在900至1700m范围的条件下，其用泵车数量是根据井深条件来确定)，利用适量的携砂液和适量的排量，在油层中造相当长的裂缝，将纤维网络骨架砾石充填层的范围延伸到油层更深处，扩大了原油流通通道，并且施工后也不需要作钻塞射孔作业，只需关井24小时，冲砂洗井，下生产管柱和泵投产即可。此外，所采用的是较大颗粒石英砂20吨(16～20目)/口井，再加短切玻璃纤维(10-18mm)1％，因此，不仅不伤害油层，而且其充填层的渗透率比常规防砂充填层高出几倍。所以，纤维网络骨架砾石充填层保持较高的导流能力(据室内试验检测62μm²以上)，防砂耐温可在350℃以内，防砂粒径可达0.07mm以上，增产有效期在一年以上，最长达3年，耐生产压差可达6MPa。
然而，影响纤维网络骨架的阻挡强度取决于多种因素，其中纤维参数及其性能是最重要因素。在本发明中采用的短切玻璃纤维是经过集束处理的玻璃纤维，在耐碱、耐酸、耐水、耐携砂液的化学性及耐温方面性质稳定，而且既有机械强度和刚性，又具备一定的弹性，同时在添加到携砂液时，又具备分散性好，不成包块，施工简便易行的特点。
本发明适合于如下条件：
1、出砂粒度大于0.07mm以上的稠油井或一般出砂稀油井及气井；
2、固井质量必须合格、井身完好的井；
3、施工井段内，油层越厚，油层越集中，其效果越好；
4、含油饱和度大于40％，如果含油饱和度低，则要考虑经济上是否划算的问题；
5、井温范围可在350℃之内。
四、附图说明
图1是砂拱示意图。
五、具体实施方式
下面举例对本发明作更详细的描述：
本发明的方法包括向井中注入前置液，所述的前置液由两部分组成，首先注入第一种前置液是由专利申请号为200610009675.8的专利文件中公开的微乳胶溶液和甲酸配制而成的弱水溶液，其配比是每十吨水加占水重量2％的微乳胶和2％的甲酸；其后注入第二种前置液，第二种前置液是由配比为40吨水中加入占水重量的2％的瓜胶和20吨砂子组成的具有一定粘弹性的携砂液。向第二种前置液中添加作网络剂用的纤维，其添加量为占第二种前置液重量的1％。所述的作网络剂用的纤维是符合如下条件的短切玻璃纤维：耐温800-1000℃的高温，在碳酸氢钠调制的pH值为9的水溶液中浸泡的纤维，在70℃的恒温中放置24小时，其失重率应小于0.5％；在70℃温水中浸泡500小时，其失重率小于0.44％；在70℃条件下携砂液中浸泡720小时，其总量损失率小于0.3％的经过集束处理的玻璃纤维，短切长度控制在10～18mm的范围之内。具体过程如下：
1、前置液的配制：
先将井内注入十吨水，然后再加入水重量2％微乳胶溶液(专利产品)和2％甲酸混合溶液，其用量是根据油井实际状况和需要而定。后续要注入的第二种前置液是携砂液配比：水40吨、占水重量2％瓜胶、砂子20吨，用量根据井的实际情况而定。
2、短切玻璃纤维的选择：
选择短切玻璃纤维应耐温800-1000℃的高温，在碳酸氢钠调制的pH值为9的水溶液中浸泡的纤维，在70℃的恒温中放置24小时，其失重率应小于0.5％，在70℃温水中浸泡500小时，其失重率小于0.44％，在70℃条件下携砂液中浸泡720小时，其总量损失率小于0.3％的经过集束处理的玻璃纤维，短切长度控制在10～18mm的范围之内。
3、施工设计：
根据油井的完井基础数据、射孔状况(包括射孔井段、深浅、油层厚度大小等)、油层孔隙度、渗透率、油气水饱和度、泥质含量等等资料，要进行精心设计，其格式和规范与压裂砾石充填防砂设计相类似，其格式请参见附件1。
4、施工工序和作业方法：
施工作业应严格按施工设计的步骤和要求进行，为说明本发明区别于通常的压裂砾石充填防砂技术，将关键工序和作业方法简要说明如下：
施工前作业：
1、立井架，压井取出原井内管柱和泵；
2、下冲砂管柱探砂面，如有砂，则冲砂，洗井至人工井底，取出冲砂管柱；
3、下φ88.9mmN-80(根据井深情况确定型号)压裂管柱至油层底部，若有砂，冲砂；然后上提管柱至油层上部15～30m；
4、装压裂井口，四边用钢丝绳固牢，做防砂施工准备。
防砂施工：
1、连接地面管线，试压45MPa，不刺不漏为合格，方可进行复合压裂砾石充填施工；
2、注入前置液阶段，首先注入第一种前置液，排量控制在1m³/min；接着以2.5～3m³/min的大排量注入第二种前置液(即携砂液)；各段的用量按其设计要求进行；
3、仍以2.5～3m³/min排量注入携砂液，同时添加砾石充填用砂子和纤维的混合物，该阶段是实现本发明的最为关键工序之一。设计人员根据油层情况确定其各阶段携砂比，总的原则是由低携砂比开始分步提高到较高的携砂比，排量一定要按设计要求(2.5～3m³/min左右，有不同情况，会有所变化)精心控制，同时有目的地控制、调节所添加的纤维量和位置；其携砂液、砂子及纤维混合物、纤维的用量必须按设计用量，才能确保纤维网络骨架砾石充填层的质量；
4、最后注入顶替液(用携砂液作顶替液)，还是以3m³/min排量，按设计要求用量注进去。
防砂后作业：
1、防砂后，经关井8小时，再装10mm油嘴控制放喷，返排携砂液并进行求产；
2、若不能自喷，降压后取出井内管柱；
3、下冲砂管柱探砂面，如有砂，则冲砂，洗井至人工井底，取出井内管柱；
4、最后下泵正式投产。