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疏松砂岩注水井化学防砂调剖技术研究

作　者: 姚俊波
导　师: 向兴金
学　校: 长江大学
专　业: 油气井工程
关键词: 注水井疏松砂岩化学固砂出砂率现场模拟
分类号: TE358.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文综述了注水井的日常开采注水生产等多方面情况,并分析了普通油井与注水井的出砂原因以及注水井在固砂过程中的难点,介绍了目前我国国内常用的几种化学固砂方法及其各自的特点,固结原理及固化过程,并与传统的机械固砂做了优劣性对比。我国油井井层地段多为疏松砂岩地层,地层内胶结力较弱,很容易发生出砂的危害。尤其在注水井中,大多为了保证油井的产量,频繁注水和过高的注水压力和速度导致注水井段地层发生堵塞甚至堵死,无法继续注水生产。本课题主要目标是寻找一种有效的化学固砂方法解决注水井出砂问题,相对于普通油井固砂,注水井固砂要求固结后的地层有更好的耐腐蚀性,耐冲刷性以及亲水性。通过室内实验对传统的多种固砂树脂体系进行系统的研究分析筛选出两种适宜于60℃地层温度的固化体系：改性呋喃树脂FNl和环氧改性树脂HY1,确定了室内实验用砂为40-60目的石英砂。通过实验确定了FN1树脂固化剂为氯化铵试剂,HY1树脂固化剂为GN1,并确定了其最优加量分别为FN1,氯化铵用量为用砂质量的1.5%,5%; GN1,HY1树脂的用量为用砂质量的1.5%,6%。60℃下固化24h,FN1体系样品抗压强度为9.06Mpa,2%KCL溶液液相渗透率为2337md, HY1体系样品抗压强度为18.74Mpa,液相渗透率为1320md。将散砂在2Mpa压力下压实3分钟测定压实岩心的液相渗透率为3042md,此为岩心初始液相渗透率。测试了温度、时间因素对固结体性能的影响,实验结果表明两种树脂最优固化时间在24-72小时之间,固化反应集中在4-24小时之间,24小时后,延长固化时间能够小幅度地提高固结体的抗压强度,两种树脂的最高固化温度不高于100℃,环氧树脂HY1的耐高温性更差。在润湿散砂和混入200目的细粉尘粘土情况下测试对样品固结强度的影响,FN1树脂样品固结强度下降严重,且基本无法固化,在尝试加入1%的硅烷偶联剂KH550,KH792后,该体系仍旧无法发生固化反应；HY1树脂样品在含水量小于5%的时候固结强度小幅度升高,当石英砂含水量高于5%时,固结样品抗压强度下降,但仍大于10Mpa。细粉尘粘土对HY1体系也有较大的影响,当粘土加量为20%的时候,抗压强度下降至7.84Mpa。在岩心水力冲刷实验中,水流速度为30mL/min,控制冲砂端压力为3Mpa,对固结体岩心连续冲刷48小时后,FN1体系的固结样品出砂率为0.48%,HY1体系的出砂率为0.13%,两种体系样品出砂率都低于1%。固结样品的介质浸泡实验中,在腐蚀性介质中浸泡1个月后,HY1树脂体系样品抗压强度和液相渗透率都受到了不同程度的影响,柴油浸泡影响最大,浸泡后固结体抗压强度降至14.46Mpa,渗透率提高到1882md。通过润湿角测定仪器测定了固结体的润湿性,水滴在强亲水性的云母片上润湿角为28.0。,滴在FN1固结岩心薄片上的润湿角为44.3。,滴在HY1体系固结岩心薄片上的为54.2。,润湿角实验结果说明FN1体系固结样品的亲水性强于HY1,两种树脂固结体都是亲水性岩心,固化后不会改变地层润湿性。通过室内“拌砂法”实验,对两种固化体系样品性能进行测试和对比,其中FN1体系树脂由于无法在含水和细粉尘粘土颗粒环境下发生固化反应,且固化强度远低于HY1体系,因此选用环氧树脂HY1体系进行室内模拟现场工艺实验研究。通过湖北汉科新技术研究所研制的化学固砂仪器HGS对HY1体系进行了一系列的室内模拟实验,一体化实验包括注入胶液,散砂固化,渗透率测定,冲砂实验等。注入模拟法中,散砂装入岩心腔体后在2Mpa压力下通过压实填平装置压制3分钟后泵入树脂与固化剂混合胶液进行固化实验。通过一体化实验测定了HYl体系在60℃的温度下24小时固化后的固结岩心样品固结强度能够达到14.36Mpa,液相渗透率为963md,48小时冲刷出砂率仅为0.31%,且在扩孔剂煤油的注入体积为岩心孔隙体积的4-5倍的时候,固结体的液相渗透率有一定的提高,能够达到2427md以上,满足疏松砂岩地层的渗透率要求。当该体系试剂用量提升至最优加量的2.2%～2.4%的时候,固结地层的渗透率降低至78-200md之间,其中岩心驱替的突破压力为7.8Mpa,说明固砂胶液与散砂形成的凝胶体系耐压能力较好,且当驱替体积为1PV(孔隙体积)和10PV的时候,固结体的堵塞率都能够达到95%以上,有很好的封堵性。室内模拟注入法研究中HY1固砂体系固砂性能能够满足课题要求指标。通过室内“拌砂法”和注入模拟法两种方法测定了环氧树脂HY1体系固结样品各项固砂性能指标,实验结果表明该体系能够满足疏松砂岩注水井化学固砂调剖的性能指标要求,有一定的推广使用性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-12
  1.1 引言  10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 本课题研究目的和技术指标  11-12
第2章文献综述  12-26
  2.1 注水井简介  12-14
  2.2 注水井出砂原因及危害  14-15
  2.3 机械防砂简介  15-16
  2.4 化学固砂简介  16-22
  2.5 机械固砂和化学固砂对比  22
  2.6 注水井调剖简介  22-25
  2.7 注水井储层岩石的润湿性  25-26
第3章室内实验材料选择  26-33
  3.1 室内固砂实验用砂  26-28
  3.2 室内固砂实验化学树脂选择  28-31
  3.3 偶联剂等外固化剂选择  31-32
  3.4 扩孔剂的选择  32-33
第4章实验步骤及评价体系  33-37
  4.1 固结体岩心制作步骤  33-34
  4.2 固结体抗压强度的测定  34
  4.3 固结体岩心渗透率的测定  34-35
  4.4 固化温度和固化时间对固化反应的影响  35
  4.5 固结体岩心大排量压力水冲刷出砂率  35
  4.6 含泥质及润湿情况下对体系固砂效果的影响  35-36
  4.7 酸碱等介质浸泡对体系固砂效果的影响  36
  4.8 固结岩心润湿性的研究  36-37
第5章拌砂法实验结果及讨论  37-47
  5.1 改性呋喃树脂FN1固化剂的选择  37
  5.2 固砂试剂的加量及固结体渗透率  37-39
  5.3 固化时间和固化温度对抗压强度的影响  39-41
  5.4 地层含泥质和润湿条件下固砂效果研究  41-42
  5.5 岩心冲砂出砂率研究  42-43
  5.6 介质浸泡实验  43
  5.7 岩心成岩后润湿性实验  43-45
  5.8 本章小结  45-47
第6章室内模拟现场固砂工艺研究  47-54
  6.1 室内模拟现场固砂工艺仪器HGS  47-49
  6.2 HGS化学固砂仪器操作步骤  49-50
  6.3 室内模拟注入法研究  50-53
  6.4 本章小结  53-54
第7章结论和建议  54-56
致谢  56-57
参考文献  57-60
个人简介  60-61

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