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涩北气田纤维复合高压充填无筛管防砂技术研究与应用

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气田 纤维 复合 高压 充填 无筛管防砂 技术研究 应用
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第005年4月 天然气地球科学 E()E 6 2005 天然气田开发 涩北气田纤维复合高压充填无筛管防砂 技术研究与应用 周福建 一,杨贤友!,熊春明 ,李海平 ,宗贻平 ,孙凌云“,汪君臣。 (1.石油大学(华东).山东东营25706l: 2.中国石油勘探开发研究院,北京100083; 3.中国石油勘探与生产分公司.北京1000 4.中国石油青海油田分公司,甘肃敦煌736202) 摘要:涩北气田是我国第四大气田,其储层为第四系粉砂岩和泥质粉砂岩。这些岩石胶结疏松,出 砂严重,气水层间互,防砂难度极大,属世界性难题。研究了纤维复合高压充填无筛管防细粉砂技术 系统一~储层预处理技术(使用带正电支链的软纤维吸附细粉砂颗粒成颗粒集合体来稳砂)、纤维 复合体技术(纤维高压充填技术(不压开地层充填纤维化合物在 水泥环外形成类筛管,达到无筛管防砂目的.并解除近井带损害和增加泄气面积)。该技术可达到防 砂和增产双重目的,在涩北气田涩7—1—4井应用取得很好的效果,不出砂产量平均增产到原来的 2.1倍。介绍了纤维复合高压充填无筛管防细粉砂技术的理论、实验、施工设计和现场应用。 关键词:纤维复合;高压充填;无筛管防砂;储层预处理 中图分类号:献标识码:A 文章编号:005)02 024 青海涩北气田是该气Ⅲ储层 主要为第四系粉砂岩和泥质粉砂岩,具有欠压实、成 岩性差、胶结疏松,以及高粘土、高泥质、高矿化度和 强敏感性、气水层问互,出砂严重等特点。所出砂为 细粉砂(粒度为0.03~0.07 常规防砂技术基 本无效或效果很差,防砂难度极大。近… 先后邀请国内外多家石油技术服务公司采用了机 械、化学、压裂防砂等未取得顸期的效果 . 只能靠控制压差生产.仅能发挥其产能的30 左 右,大大限制了气井产能的发挥。 针‘对涩北气田储层特点.我们研究采取厂纤维 复合高压充填防砂技术。先根据储层敏感性幔、细粉 砂特点,使用含支链带 离子基团的软纤维处理液 对储层进行预处理,再根据气水问互特点和防止压 开水层的要求.研究采厅地层的离_『1艺将纤维与树脂涂层砂形成的 维网状 构的复 合体填充到水泥环周闭.形成具有高导流能力的 砂屏障 。 纤维复合高压充填无筛管防细粉砂技术在涩北 气井涩7一砂后不出砂,产 量增产到原来2.1倍以上。此项防砂技术若在涩北 气田伞而推广应用,将取得很好的经济效益。 1 纤维复合高压充填防砂设计 防砂的英文表述以前是使用 年来越来越多地使用即防砂的真正含义是砂的控制与管卵。防砂不仅仅 是狭义上将砂防住,而是通过综合治砂,提高油气井 的无砂产量,达到高效、经济开采,提高油气藏的开 采效益。因此.任何防砂工艺设计必须满足以下要 求。其一是防砂同时不能降低产能.并且要增加产 能;其二是防砂作业要低投人,高产出;其三是防砂 作业要考虑施工简单方便、井中不留工具。使用无筛 管防砂技术,易于重复涩北气Ⅲ细粉砂防治工 收稿日期:2005 03 01:修回日期:20Q;; 增f 8. 基金项目:国家“ )73”项H“低效气蔽高效改造与保{_j'1的挂础研究”(编号:2007)资助. 作者简介:周福建(1 967).男.江 沐级工程帅.在凄博1=,从事储层改造与保护研究.E— 中国石油青海油田公司研究院.涩北气部资料.2001. 2周福建.纤维复合防砂技术系统.中国石油勘探)部资料.23. 周福建等:涩北气田纤维复合高压充填无筛管防砂技术研究与应用 211 艺设计必须遵守这些原则。 涩北气田防砂工艺适应性分析。目前主要的防 砂方法有两类,一类是机械防砂,另一类是化学防 砂。涩北气田储层为细粉砂岩和泥质粉砂岩地层,砂 粒径中值为0.03~0.07 要用机械方式挡住 如此细的砂,就会严重影响气井的产能。另外,井中 下人工具,给将来修井和重复防砂带来困难。这就决 定了机械防砂方法对涩北气田细粉砂适应性差。至 于化学防砂,主要是使用树脂液挤注入地层来固结 地层,对储层损害大,这也将严重降低储层的渗流能 力。由于树脂本身的特点,决定该防砂作业有效期 短。此外,近年来发展起来的压裂防砂,对于涩北气 田那些气水间互,水层与气层相距在10 适应性也较差,压开的裂缝易将相距较近的水层 沟通,导致气井大量出水,防砂失败。 因此,为了满足这部分井开发需要,结合 z (i 项研究创新地改计了 纤维复合高压充填无筛管防砂上艺技术,主要包括: ①使用含软纤维的处理液对储层进行处理“稳”砂, 软纤维是一种长链带辫状支链(带有f; 聚合物,该物可将储层的细粉砂通过电荷吸附“固” 结为一定粒径的较大颗粒,达到“稳”定储层细粉砂 颗粒的目的; ②纤维复合技术,利用纤维与树脂涂层 砂“固”结成三维网状复合体,充填在井筒水泥环周 围“固”结为牢固三维网状复合体类筛管.阻挡储层 砂进入充填带,来综合“防”细粉砂,不用筛管防砂, 又称无筛管防砂;⑧使用高压充填工艺,不压开地 层,不会沟通邻近的水层,并能将纤维和树脂砂混合 物在井筒水泥环周围充实,在水泥环外形成类筛管, 增加气井的泄流面积,改善防砂后渗流条件.达到 “增”产目的;①水敏、盐敏、酸敏和碱敏损害对该储 层来说都为强损害 。,使用清洁携砂液技术。可减少 对储层的这些损害,“保”护储层。故而纤维复合高 充填无筛管防砂技术能达到增产与防止地层出砂的 双重目的。 2 储层预处理技术 涩北气田储层为细粉砂岩和泥质粉砂岩地层, 砂粒径中值为0.03~0.07 度小于0.01 占28 。要使小于0.01 不可能的,只有将颗粒变大,才能保证颗粒稳定 因此,在防砂作业时必须要考虑对储层进行预处理。 在处理液中加入的软纤维,是一种长链带支链的阳 离子聚合物,软纤维的支链带有阳离子基团,在水溶 液中靠电性作用,整条链展开;当处理液进入储层 后,软纤维带正电的支链能吸附细粉砂,使之成为细 粉砂的集合体,变成类似大颗粒的物质。因此,就提 高了细粉砂的启动压差,使细粉砂的临界流速增大. 防止了细粉砂的运移。 图1给出涩4一维处理前后测得的粒度分布结果,可以看出处理 前颗粒的粒径中值为】8.6 m,经软纤维处理后,颗 粒的粒径中值为 m。 舢 I 2( 1I ( …处理 ——处 J 图1 涩4一 纤维复合体技术 纤维复合体是一种特殊的由防砂纤维和树脂涂 层砂形成的复合体。利用特制防砂纤维的弯曲、卷曲 和螺旋交叉,互相勾结形成稳定的三维网状结构.将 树脂涂层砂粒束缚于其中,可形成较为牢固的过滤 体,同时具有一定的渗透率,达到类似充填筛管一样 的效果和达到防砂之目的。纤维复合体防砂不用筛 管。可以起到与防砂筛管防砂同样的F{的,其原理见 图2所示。 图2纤维复合体防砂原理 212 天 然 气 地 球科 学 6 通过砂体的坍塌实验研究纤维的稳定砂体能 力,并确定防砂纤维的临界浓度。本研究设汁了9绀 不同纤维(本实验中实验使用的纤维为该课题研制 的特殊防砂纤维)浓度条件下砂体的稳定性实验,其 实验结果见图3。 } ●坍塌 力 ◆坍塌流量 图3纤维对砂体稳定能力 由图3可以看出,浓度为1.5 的纤维复合体 的坍塌流量是不含纤维砂体的15倍,坍塌压力是其 44倍。还可以看出,纤维浓度增大,纤维复合体的稳 砂性能增强。当纤维的浓度低于1 时,纤维的浓度 对砂体的稳定性影响较大。基本线性相关;当纤维浓 度大于1.5 ,再继续增加纤维的浓度.复合体的稳 砂性能基本不变:可以确定纤维复合体巾的纤维的 临界浓度为1.5 。 关于纤维对复合体的强度的影响研究。分别对 树脂涂层砂、1.5 纤维与树脂涂层砂在盐水基清洁 压裂液中、55 h。对固结体的抗压强度 进行实验研究,其实验结果见表1,纤维口『以使涂层 砂的抗压强度提高50 左右。 表1 纤维对涂层砂的强度影响 4 清洁携砂液 涩北气田储层是脏的泥质细粉砂岩。泥质含量 为40 ~60 ,粘土矿物主要为伊利石(45 ~ 67 )、绿泥石(18 ~29 )、高岭石(12 ~17 ), 其次为伊/蒙混层(0 ~14 ,7昆层比为10 ),还 有1 左右少量的蒙脱石。涩北气田储层水敏、盐 敏、酸敏和碱敏的损害程度都为强。水敏和盐敏的平 均损害程度为94 和97 .临界矿化度为 80 000 .临界左右.酸敏和碱敏 平均损害程度为76 :。 常规聚合物基携砂液对储层损害大.由于聚合 物残渣将吸附在储层和纤维复合体颗粒表面,降低 了储层渗流能力。为此.研制了清洁携砂液体系,该 体系为不含聚合物和固相颗粒的流体.是使用粘弹 性表面活性剂配制的粘弹性携砂液.没有任何残渣 留在储层,具有良好的保护储层性能。清洁携砂液保 护涩北气田储层的实验结果 表2。可见3块岩心 的渗透率恢复值平均为90.93 。所研制的清洁携 砂液对涩北气田储层具有较好的保护性能。 表2 清洁携砂液保护储层实验结果 5 防砂施工及效果 纤维复合高压充填无筛管防钏粉砂技术在涩北 气田涩7—1一—4井防砂层 段为1 321.2~1 322.7 2 I.()~1 326.4 m 两段(图4).有效厚度3 m。均为灰色泥质粉砂岩。泥 质含量在42 ~15 ,两段颗粒粒径均在20~ 40 m,孑渗透率为9j×10。 m?,含 气饱和度为54 。 最 出砂指敬 破裂 I芝 } H H} 度… l lI ll x x)畅【 I H J{ ㈨ 卡『_=』_ I 臂 力 1 留 1 ( I 1 ) I 气层 ( [ 1 ) r - 图4涩7—1O.2 周福建等:涩北气田纤维复合高压充填无筛管防砂技术研究与应用 2l 3 1 309.0~】313.5 防砂层约 7.0 m,其问没有很好的泥岩隔层。经模拟计算.如 使用压裂作业,将上面的水层压开,将导致大量出 水。因此,采用纤维复合体充填防砂,控制排量低于 1.3 m。/会将上面的水层压开。 用0.3 m。/m。含有软纤维的预 处理液挤到储层,对储层进行稳砂处理。用30 m。携 砂液和2.0 m。顶替液(施工排量为0.5~ 1.2 m。/行纤维复合高压充填施工。施工压 力为7~2O 用树脂涂层砂共5 m。。,特种防 砂纤维共5O 防砂前日产气3.63×10‘m。,出砂严重,影响气 井正常生产。使用纤维复合高压无筛管防砂作业后, 该井日产气8.23×l0‘m 。不产水,不出砂,产气量 提高到原来的2.3倍。 结论 通过研究纤维复合高压充填无筛管防砂技术, 并在涩北气田涩7—1—4井成功实施.据此可得出以 下结论: (1)使用预处理液技术对防砂层段进行处理. 防止储层岩石润湿反转和软纤维带正电的支链吸附 储层中的细粉砂,使细粉砂聚集成为集合体.可防止 细粉砂的运移。 (2)防砂纤维和树脂涂层砂形成稳定的三维网 状的结构牢固的过滤复合体,同时具有较高的渗透 率,起到与筛管同样的挡砂效果,达到防砂目的,可 实现无筛管防砂。 (3)使用高压充填技术不压开地层,可以对气 层距水层较近的井实施纤维复合防砂作业。 参考文献: n ()a【A]. 86{6 of r r()l r5 r、(、.2F N u—I.I . i—un—1.nt'z,,57061,(".o(’00083·(".00044,.g 736202·("is ts is ;of is O is it is e in a of of he on of .to to of to It he e 7.1 of
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