张喜玲
河南油田分公司石油工程技术研究院 河南南阳 473132
摘要：为解决春光油田常采井细粉砂出砂严重的问题，研制了适应春光油藏储层的低温固化泡沫固砂体系。通过优选高活性树脂新材料，实现了35℃低温下的高强度固结，研发温和型固化剂，实现单液法施工和地层可靠固结，从树脂泡沫防砂体系性能入手，通过合成树脂、偶联剂、稳泡剂、气液比等的优化，形成了低密度、高渗透和高强度的树脂泡沫防砂体系，体系密度为0.54～0.62g/cm3，固结体抗压强度达到6.12MPa，渗透率达到1.76μm2，实现了高强度和渗透性的良好结合。
关键词：固砂剂，树脂，泡沫，固结体
Preparation and Performance Evaluation of Sand Consolidation Agent
Zhang xiling
Research Institute of Petroleum Engineering and Technology,Henan Oilfield Branch，Henan Nanyang 473132
Abstract：In order to solve the production problem of fine silt sand, starting from the performance of resin foam system for sand control, through the optimization of synthetic resin, coupling agent, foaming agent, gas-liquid ratio and so on, a resin foam system for sand control is developed that with low density, high permeability and high strength.The density of the system is 0.54g/cm3, the consolidation body strength is 6.12MPa and its permeability is 1.76μm2.
Keywords：Sand consolidation agent,Resin,Foam,Consolidation body
1前言
春光油田油藏埋藏浅726-1802m，一般在900-1400m，平均孔隙度为30%以上，渗透率在1000×10-3um2以上，原油粘度为35.34mPa.s。岩性为含砾粉砂岩、细砂岩，地层砂粒径中值在0.12-0.2mm范围，属于细粉砂地层，成岩强度低，压实作用弱，地层容易出砂。
春光油田稀油油井投产初期采取各种机械防砂措施，但随着油井含水的不断升高，地层出砂越来越严重，油层内细粉砂和粘土运移使近井地带和防砂层慢慢堵塞，单纯的机械防砂不能满足要求。
化学防砂可以从潜在出砂原因上固定或稳定地层[1]，通过化学防砂方法实现稳砂、固砂或者选择化学/机械相结合复合防砂方法，从而延长防砂有效期。综合考虑春光油田出砂的原因、特点及现有防砂技术存在的问题，研制了低温固化泡沫树脂化学固砂体系，泡沫树脂化学固砂体系具有密度低、稳定性好及滤失量小、对地层伤害小等特点[2]，可以满足和改善薄层、粉细砂层段的防砂要求和效果，为提高春光油田防砂效果提供技术支持。
2实验部分
2.1材料与仪器
石英砂（40~60目数）；水溶性酚醛树脂；合成树脂；复配酚醛树脂；固化剂（自制）；SDS；偶联剂KH-550；羧基纤维素（CMC）；Warning Blender搅拌器；φ25×200mm的玻璃填砂管；平流泵；高压密闭容器；抗压强度测定仪；岩心流动仪。
2.2实验方法
2.2.1起泡体积和半衰期的测定
取一定浓度的树脂溶液20mL，起泡剂浓度范围为0.1%-0.5%，通过采用Warning Blender搅拌方法，转速为600r/min搅拌3min后，测量体系起泡体积和半衰期。
2.2.2固结体的制备
将筛选清洗后的石英砂，量取100g，然后按照比例将固砂体系倒入石英砂中搅拌均匀，然后填入φ25×200mm的玻璃填砂管中，压实压平，密封后在温度40℃的密闭容器中恒温固化12h，固化完成后将填砂管取出冷却至常温，使用工具将玻璃管敲碎取出固结岩心，研磨端面使端面平整且与岩心中轴线垂直。
2.2.3固结体抗压强度评价方法
固结岩心抗压强度的测量按照SY5276-91标准进行，数据处理按下式进行。
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2.2.4固结体渗透率的测定
将制备好的岩心固结体放入岩心夹持器中，再使用平流泵将蒸馏水泵入填砂管中，压力平稳后，读出压力值，固结岩心的水相渗透率由下式计算。
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3结果与讨论
3.1固砂剂主剂起泡性能评价
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由表3-1可知，固砂剂主剂合成树脂与起泡剂具有良好的配伍性，起泡体积达到48mL，泡沫综合指数Fc达到1440mL·min，明显高于油田防砂常用的水溶性酚醛树脂和复配酚醛树脂。
3.2固化剂浓度优选
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从图3-1可知，固化剂浓度的增加，岩心的抗压强度先增大后又变小，而渗透率下降。最佳的固化剂加量在1%左右，分析认为，树脂固化过程中并非固化剂的浓度越多越好，当固化剂浓度过量时，树脂的缩合反应反而被抑制，此时树脂分子聚合形成的预聚物脆性较大，导致在固结岩心的抗压强度试验中，岩心的抗压强度变低。
3.3偶联剂浓度优选
硅烷偶联剂在树脂和石英砂之间起到联结的作用，使石英砂与合成树脂胶结效果更佳，提高体系的固砂效果。
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由图3-2可以看出，偶联剂含量对固结岩心的渗透率的影响是先明显变小而后又稍微增长，对固结岩心的抗压强度的影响是先增加达到最大值后又减小。同样，偶联剂的含量同样并非越多越好，当KH-550过量时，砂粒的表面由于存在HO-Si键，KH-550可与砂子表面生成-Si-O-Si-键，导致HO-Si键减少，砂粒间的氢键作用被削弱，强度降低。综合因素考虑，硅烷偶联剂KH-550的用量在0.2%。
3.4合成树脂浓度优选
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由图3-3可以看出随着树脂用量的增加，岩心固结体的抗压强度逐渐增大，渗透率逐渐降低。这是因为：当树脂用量增加时，更多的砂粒间孔隙被填满树脂溶液，这使得树脂固化后液体可流通的通道变细、减少，之前连通的油水通道被封堵，而松散的砂砾之间的孔隙被树脂溶液胶结，这就导致了岩心固结体的渗透率随树脂溶液的浓度增加而减小，而强度随树脂溶液的浓度增加而增加。综合考虑固砂成本与经济效益，选用合成树脂浓度为25%。
3.5起泡剂浓度优选
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由图3-4可以看出，随着SDS浓度增加，泡沫综合指数先增加后减小，当SDS的浓度为0.5%时，泡沫的综合值的最大，达到1720mL·min。这是由于SDS为阴离子型表面活性剂，由于表面吸附的作用，减小了液膜的表面张力；当液膜排液作用使液膜逐渐变薄时，液膜表面逐渐靠近静电斥力逐渐增大，抑制了液膜两个表面进一步靠近，增加了泡沫的稳定性。当增大SDS的浓度，表面吸附的分子越多，排列得越紧密，使其粘度增加，泡沫稳定性得到增加[2]。但当SDS浓度超过某一临界浓度（临界胶束浓度）时，静电斥力减弱，液膜变薄，稳定性变差，导致泡沫破灭。优选起泡剂浓度为0.5%。
3.6稳泡剂浓度优选
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由图3-5可以看出，在一定浓度下，随着CMC用量的增加，体系的泡沫综合指数逐渐增加，当大于某一临界值时（Fc=3450mL·min），泡沫综合指数逐渐变小。这是由于在一定浓度下，随着CMC增加，泡沫体系的粘度也随之增加，泡沫液膜的排液速度会降低，气泡间气体透过率变小，泡沫的稳定性增加[3]。但当CMC的浓度继续增加时，钠离子的增多，液膜的扩散层厚度被压缩，分子的卷曲程度加大，降低了泡沫体系的粘度，从而影响CMC的稳泡效果，此外，过高的钠离子浓度时易使SDS（阴离子型表面活性剂）在溶液中发生盐析产生沉淀，同样也影响了泡沫的稳定性，确定稳泡剂CMC浓度为1%。
3.7不同气液比优化设计
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由上表3-2可知，气液比越低，固结强度越大，渗透率越低。优选的气液比为1:1（地下），密度0.54g/cm3，固结强度为6.12MPa，固结渗透率为1.76μm2。
4结论
4.1合成树脂泡沫体系具有起泡性能好，泡沫稳定的特点，通过贾敏效应，可以较均匀的进入到非均质地层中，提高防砂的效果。
4.2合成树脂泡沫体系树脂固结砂粒，气体实现扩孔，固结后具有较好的固砂能力和较高的渗透性，对地层伤害小，适应于细粉砂油藏的防砂。
参考文献
[1]潘一，杨尚羽，杨双春等：化学防砂剂的研究进展油田化学， 2015，32（3）：449 -454
[2]刘广友，水平井泡沫固砂体系研究，石油钻采工艺，2013，（35）3：99-101
[3]王海波，肖贤明．泡沫复合驱体系稳定性及稳泡机理研究，钻采工艺，2008，3l(1)：117．119
作者简介：张喜玲，女，汉族，1986年出生，2009年毕业于西安石油大学资源勘查专业，工程师，目前主要从事油气田开发工作。