适应特高含水油藏防砂堵水的井下发泡技术
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摘要：文章介绍了特高含水油藏防砂堵水的井下发泡技术的基本原理和试验方法针对孤东油田开发中后期油井出砂日益严重的现状，本着标本兼治的原则，研制开发了井下发泡多孔防砂剂。
关键词：特高含水油藏；防砂堵水；井下发泡技术；聚氨酯预聚体；凝胶发泡i固化时间；渗透性能
中图分类号：TE358 文献标识码：A 文章编号：1009-2374(2011)01-0059-02
机械防砂是立足于防的被动工艺，不能适应套变井防砂及高含水油井的防砂堵水；化学防砂从油层出砂的主要原因着手，能够达到标本兼治的目的。本文介绍一种能够井下发泡的多孔化学防砂技术。该技术是将低粘度、凝胶发泡时间可控的液体材料注八到油井井筒附近的出砂、亏空地层中，在地层条件下发生凝胶和发泡反应，形成多孔的复合材料人工井壁，从而起到防砂的作用。
1 基本原理
该防砂剂是一种低粘度液体，由聚氨酯预聚体、发泡剂、增强剂、催化剂、交联剂和稀释剂组成。该材料中含有活性基团NC0，它在地层条件下能够与交联剂和发泡剂作用，同时发生发泡和凝胶固化，最终形成具有开孔结构的多孔复合材料。其渗透率可通过交联剂和发泡剂的比例进行控制：固化发泡时间可以由催化剂控制。由于是低粘度的液体，很容易进八井壁周围的亏空处，填满亏空和大孔道。利用半硬发泡材料，在发泡过程中，当气体压力大于地层压力后，气体便会自动向地层里窜动，所以得到的多孔固体泡沫的孔道连通性好，保证了良好的渗透率，不会堵死油井。
2 实验仪器与方法
2.1 主要实验仪器
主要实验以期包括岩芯流动实验装置、有机合成仪、万能材料实验机、电热恒温水浴锅、循环水式多用真空泵、101A-IE型红外干燥箱、电子天平等。
2.2 实验方法
将树脂材料、发泡剂、催化剂、固化剂及其它添加剂按比例充分搅拌混合均匀后即成为发泡树脂浆体。将浆体装入25 x 60～80mm的玻璃管中，将其下端用金属丝网或纱布压实封堵，然后置于恒温水浴中，在定温度(除非特别注明，实验温度均为60％)下恒温发泡固结一段时间，去除玻璃馆，两端除糙磨平后备用。再进行固结体的抗折、抗压强度、渗透率、挡砂性能的测定。
3 室内研制
3.1 聚氨酯改性
我们根据需要确定基础树脂为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的预聚体。由于MDI中活性基团NcO非常活泼，能够迅速与聚醚中的羟基反应固化，发泡固化时间非常短，仅为几十秒到几分钟，远远不能满足我们的需要。为延长聚氨酯的固化时间，我们对聚氯酯进行了改性，就是把NCO端基预聚体或多异氰酸酯基团在一定条件下用封闭剂封闭起来，通过添加聚乙烯醇(PVA)作为改性剂对聚氨酯进行改性，封闭型预聚体的解离温度在65cC左右，当温度升高到65℃后，混合均匀的聚乙烯醇和预聚体混合体系中的封闭剂解除，从而达到在地层温度下才能够缓慢解除封闭，达到延长固化时间的目的。
3.2 发泡剂的筛选
改变化学发泡剂H的添加量，如图1、2所示，随着发泡剂的增加，吸水性能下降，泡沫密度上升。并考察了发泡剂对发泡时间的影响，结果说明，随着发泡剂H使用量增加固化时间延长，最终确定发泡剂H最佳的添加量为0.5％左右。
3.3固化剂的筛选
研究结果说明，固化剂对膨胀体积的影响是先增后降，分析认为这是因为在发泡剂H使用过程需要加入催化剂，本研究中固化剂中所含的有机酸就是其发泡的催化剂之一，在固化剂开始增加阶段，大部分用于催化发泡剂H进行发泡，而起固化作用的固化剂量很少，造成了固化时间延长，但随着固化剂的继续增大，固化时间开始明显缩短，其合适的使用量为4％-6％。测定固结体的抗折强度>3.5MDa，抗压强度>6.0MPa。
3.4 缓释酸延长发泡固化时间
我们通过酸的缓慢释放来解决发泡固化时间过短的问题，本文所使用的缓释液是由酸溶液和油形成的油包水型乳化液失水山梨糖醇单油酸酯(Span80)，在聚氨酯泡沫发泡过程中，含酸的乳化液的外层油膜能够延缓和阻隔酸与发泡剂的接触，当乳化液和含发泡剂的聚氯酯注入地下，温度升高造成乳化液油膜破裂，释放出酸，在酸的作用下完成聚氨酯发泡，这样达到延长发泡固化时间的目的。实验确定合适的使用量为20％。发泡时间可延长到90min，固结完成时间在40h以上，能够满足现场施工的需要。
4 主要性能评价
4.1 渗透性能考察
聚氨酯泡沫的渗透性能的考察见表2，对于水相渗透率在0.5～2.0um2范围内的驱替模拟试验岩芯，聚氨酯泡沫的渗透率在0.3-1um2之间，抗压强度大于6.0MPa。
4.2 防砂性能考察
表3是聚氯酯泡沫的防砂性能考察结果，所使用的粒径范围在0.1加6之间，可见聚氨酯泡沫挡砂性能优异，尤其是对于大粒径的砂粒挡堵效果更好。
4.3 耐冲刷性能考察
先用不同渗透率的砂管岩芯，测水相渗透率Kw，再挤1PV泡沫胶液(分别为1号和2号)，在6℃下恒温养护24h后，取出测堵后水相渗透率Kw’。再继续用水驱替，每驱替一定体积倍数，测Kw’。由表4可知，随着驱替液量的增加，渗透率基本不变，说明具有较强耐水冲刷能力。
4.4 耐介质性能考察
将固结体分别浸入到污水、柴油、10％酸、10％碱等不同的介质中，在密闭的条件下恒温放置10天、20天和30天，取出测定浸泡后的抗压强度，数据说明，聚氯酯泡沫耐酸破、耐有机溶剂和耐水性能优异，只有在柴油中强度才稍有下降。
5 现场试验
截至2010年11月，共开展井下发泡成型多孔复合材料油水井防砂78井次，现场施工采用400型水泥车施工，施工简单，平均作业占井周期5.5天；平均单井使用防砂剂6.2t。按照90天有效期计算防砂成功率，防砂成功率100％；其中油井试验65井次，措施后含水下降53井次，含水下降3个百分点，水井试验12井次，对应油井含水下降16井次，防砂堵水见效率达到60％，在试验井中包括33井次的套变井。平均有效期超过了290天。截止到2010年11月15日，累计增产原油5879t，现场施工过程顺利、安全，达到了预期的目标。
6 结论
(1)该技术防砂强度大、渗透率可调，防砂后井筒残留物可冲洗，能够适应特高含水油藏的油水井防砂堵水及套变井不留塞防砂。
(2)该技术现场施工工艺安全、简单，作业占井时间短，防砂成功率高，防砂堵水增油效果好，同时套变井防砂问题的解决完善了井网注采关系。
(3)该技术措施效率高，对于采油厂压缩投资成本、提高措施效率具有重要积极意义。
参考文献
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[2]王云峰.张春光.表面活性剂及其在油气田中的应用[M].石油工业出版社.1995.
[3]王孟钟，黄应昌胶粘剂应用手册[M].化工出版社，1987
作者简介：严锦根(1969-)，男,江苏海安人，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司孤东采油厂采油工艺研究所工程师，研究方向：油田开发过程中的防砂技术、油层保护技术、污染物减排技术、油田水处理技术等。