專利名稱：復(fù)合陶粒人造巖層防砂技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油井防砂技術(shù)，也涉及人造巖石或者硫酸鈣水泥。
在石油開采中，油層地質(zhì)相當(dāng)復(fù)雜，出砂現(xiàn)象時有發(fā)生，它常對采油作業(yè)造成嚴(yán)重影響和危害。出砂的原因主要有二種一種是地層流砂；另一種是砂巖油藏在注水開發(fā)過程中，由于注水井和油井周圍原有膠結(jié)物逐漸膨脹疏松、膠結(jié)強(qiáng)度迅速下降，砂粒被游離而導(dǎo)致出砂。所以，目前屬于砂巖油藏的油井，大多需要經(jīng)常沖砂。隨著大量的地層砂被帶到地面，使石油生產(chǎn)層造成日益增大的實(shí)體虧空，構(gòu)成越來越大的孔隙空間，進(jìn)而導(dǎo)致油藏結(jié)構(gòu)破壞、地層坍塌，造成使套變形甚至使油水井報廢的嚴(yán)重惡果；這種情況，在經(jīng)多年開產(chǎn)的注水井、油井中尤為嚴(yán)重。大量的出砂不僅降低了采油效率，更使寶貴的地下能源不能得以充分的開發(fā)，造成巨大的資源浪費(fèi)。所以，在石油開采業(yè)中，有效的防砂一直是急待解決的重大課題之一。
在防砂技術(shù)中，早期多采用塑料預(yù)包砂人工井壁防砂技術(shù)。該技術(shù)用熱固型樹脂作為膠結(jié)物，把它包復(fù)在石英砂粒表面，制成塑料預(yù)包砂。施工時用專門配制的攜帶液將塑料預(yù)包砂注入到出砂油層中，使它在不低于45℃的條件下固化，在油井近帶形成一個塑料預(yù)包砂人工井壁，阻檔地層砂進(jìn)入井筒。該技術(shù)對于地層情況不很復(fù)雜，出砂不嚴(yán)重的油井是有效的，故在較長時間內(nèi)廣為油田采用。但是必須指出該技術(shù)存在以下幾個不足1.塑料預(yù)包砂和其攜帶液制備較為困難，成本太高；2.固結(jié)溫度高，施工難度高；3.對出砂嚴(yán)重、地層實(shí)體虧空較大的油井無法保證防砂效果，其適用范圍較窄。針對上述情況，我國油田界在防砂技術(shù)或施工上曾對此作了改進(jìn)，一、克拉瑪依油田，在塑料預(yù)包砂施工中，用化學(xué)生熱法在短期內(nèi)提高油藏近井帶溫度，提高了塑料預(yù)包砂人工井壁的固結(jié)強(qiáng)度。二、遼河油田，用核桃外殼替代塑料預(yù)包砂中的石英砂粒，降低了固體組份的密度，取得了擴(kuò)大人工井壁范圍的效果。三、江漢石油學(xué)院，研制了一種新型固砂劑--改性呋喃樹脂，以之替代原來的熱固型樹脂，從而降低了固結(jié)溫度并縮短了固化時間，還提高了固結(jié)強(qiáng)度和耐久性。四、遼河油田，又研制成功了不飽和聚脂乳液防砂劑，該技術(shù)可用于稀油井、水井的防砂，簡化了施工工藝，也降低了成本。上述技術(shù)分別在提高防砂范圍，降低成本，簡化施工方面都有了顯著的進(jìn)步，但仍未擺脫價格相對偏高的有機(jī)高分子聚合物，也未能在地層實(shí)體虧空較大乃至很大的場合發(fā)揮其應(yīng)有的防砂能力。
最近研制成功的CS-1新型固結(jié)劑防砂技術(shù)，用特種水泥(無水硫鋁酸鈣粉末)作為膠結(jié)劑，以某種特殊工藝將其包復(fù)在砂粒表面，干燥后即成防砂填充材料。施工時，用清水和CMC及其它物料配制成的高粘度液體作為攜帶液，將包復(fù)型填充料注入采油層，使之在地下自然固化成人造巖層。該技術(shù)所采用填充材料是由天然無機(jī)物組成的，而攜帶液確是有機(jī)物的水溶液，故而成本仍相對偏高；尤其是填充材料必需預(yù)制，工藝也仍較為復(fù)雜。
本發(fā)明之目的是提供一種新型防砂人工巖層，其全部固體填充材料和攜帶液都采用直接取自自然的無機(jī)材料，且無需預(yù)制工藝，以最大限度地降低物料成本和施工成本，并達(dá)到施工簡單，防砂適用范圍廣的效果。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明的復(fù)合陶粒人造巖層防砂技術(shù)，其復(fù)合陶粒人造巖層由膠結(jié)主料、骨架輔料組成的固體填充材料和攜帶液構(gòu)成，復(fù)合陶粒人造巖層是用攜帶液將固體填充材料注入采油層空隙，在地層條件下自行膠結(jié)，硬化形成的。所述復(fù)合陶粒人造巖層的固體填充材料中兼作膠結(jié)物和骨架物的主料是無水硫鋁酸鈣(3CaO·3Al2O3·CaSO4)，也可以是由無水硫鋁酸鈣和硅膠二鈣(2CaO·SiO2)組成的混合物，也可以是由無水硫鋁酸鈣、硅酸二鈣和硫酸鈣(CaSO4·2H2O)組成的混合物，其中各組份重量百分?jǐn)?shù)為無水硫鋁酸鈣(3CaO·3Al2O3·CaSO4)65～100％硅酸二鈣(2CaO·SiO2) 15～0％硫酸鈣(CaSO4·2H2O) 20～0％所述骨架輔料是砂粒，從原則上講，砂?？梢允瞧胀ńㄖ蒙?、也可以是石英砂、長石砂等；但從固體材料懸浮的均勻性考慮，所述用的砂粒，其密度以小于1.4克/厘米3的為佳。在固體填充材料中，所述上述組份的膠結(jié)性主料與骨架輔料的重量之比為3～5∶1。在注砂施工時，先將上述膠結(jié)性主料與骨架精料混合均勻，然后將此固體填充材料用3～6.5倍于固體填料重量的攜帶液攜帶并注入到虧空的油層中；本發(fā)明所用的攜帶液是清水，也可以是來自油井的脫油污水，從理化性能的近似性和取材方便來說，用脫油污水作攜帶液最佳。
在一般建筑中，人造巖石主要考慮的是強(qiáng)度，而在制造油井防砂人造巖層時，除了強(qiáng)度之外，還應(yīng)充分考慮其滲透性能，即除考慮材料理化性能外，還需考慮材料粒度帶來的影響。為此進(jìn)行了大量的室內(nèi)試驗(yàn)，大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明所述膠結(jié)性主料、骨架輔料的粒徑為0.30～1.90厘米時都是可行的，其中當(dāng)粒徑為0.85～1.19毫米時，人造巖石具有理想的強(qiáng)度和最佳的滲透性能。在施工時的攜帶液中，最好加有早強(qiáng)劑--氯化鈣或三乙醇銨，其加入量為膠結(jié)主料重量的0～3％；從價格考慮，使用氯化鈣最為經(jīng)濟(jì)。
上述的由無水硫鋁酸鈣、硅酸二鈣、硫酸鈣(石膏)構(gòu)成的主料，既起膠結(jié)作用，也起骨架作用，而砂料僅起骨架作用；當(dāng)所述主料與充分的水作用時，無水硫鋁酸鈣即與自身中含有的硫酸鈣或者外加的硫酸鈣作用，生成高硫型硫鋁酸鈣和氯氧化鋁凝膠硅酸二鈣與水作用生成水化硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣
氫氧化鋁凝膠、氫氧化鈣、石膏又發(fā)生反應(yīng)，生成高硫型硫鋁酸鈣由于在上述及反應(yīng)中，大量的水進(jìn)入高硫型鋁酸鈣結(jié)晶之中，粒料間隙中溶液濃度升高，水化高硫型硫鋁酸鈣、氫氧化鋁凝膠、硅酸鈣凝膠以纖維形晶體從主料表面析出、生長，并在進(jìn)一步反應(yīng)中轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度較高的高硫型硫鋁酸鈣晶體，將主料-主料、主料-輔料連結(jié)成為人造巖層整體。人造巖層良好的機(jī)械強(qiáng)度、親水性和多孔性保證了固砂能力和石油的滲透。
實(shí)施例舉例1，在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中，進(jìn)行了大量的膠結(jié)主料、骨架輔料配比和料粒粒徑的選擇性試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明在按照上述技術(shù)方案所確定的膠結(jié)主料、骨架輔料、料粒粒徑、固體填充料與攜帶液的量比試驗(yàn)中，結(jié)果如下膠結(jié)主料無水硫鋁酸鈣 粒徑0.58～1.19毫米65～100％硅酸二鈣粒徑0.58～1.19毫米15～0％硫酸鈣(石膏)粒徑0.1～1.19毫米20～0％所得膠結(jié)主料相對密度1.08～1.22克/厘米3
骨架輔料長石砂密度1.36克/厘米3，粒徑0.58～1.19毫米膠結(jié)主料與骨架輔料的重量比3～4.5∶1攜帶液清水或脫油污水固體填充料與攜帶液的重量比1∶3～4固結(jié)溫度常溫～80℃凝固時間初凝10小時，終凝60～72小時。人造巖石潤濕性強(qiáng)親水人造巖石抗壓強(qiáng)度3.5～4.01MPa人造巖石抗折強(qiáng)度1.19～1.23MP人造巖石的滲透率8.28～8.353μm2例2，在實(shí)驗(yàn)室結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定對一出砂嚴(yán)重的后期注水油井實(shí)施修復(fù)。在實(shí)施之前，先核查了該井的累計出砂量，并測定了砂層破裂壓力，以確定填充料用量和注入壓力。參照實(shí)驗(yàn)室所得數(shù)據(jù)和油井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)施注入施工。施工排量0.8m3/min，攜砂比控制在20～25％之間，以使填充料能沿高滲透帶送更遠(yuǎn)的地方，由遠(yuǎn)及近地逐漸堆積，將虧空填滿，施工泵壓一般在小于油層破裂壓力下作業(yè)，隨著注砂時間增加，壓力逐步上升，至壓力接近破裂壓力時，停止加砂，開始打頂替液，并將排量降至0.4m3/min，直至施工泵壓力達(dá)到地層破裂壓力時為止，實(shí)施修復(fù)后，該油井日出液量與修理前相同，液中含水率明顯降低。
例3，在第一口油井的修復(fù)工作取得成功后，本公司陸續(xù)對其它60多口油井進(jìn)行了修復(fù)工作，這些油井經(jīng)修復(fù)后，有1/3以上的井增加了日出液量，含水率明顯下降，收到了增產(chǎn)增油的效果，有效率達(dá)到87％，平均有效期達(dá)到260天。在效果較為突出的是西163、西38-2-1、西7-4、西撿1、淺2、12等一批井中，西38-2-1更為出眾該井在修井前后的情況對比如下修前產(chǎn)液量36.5米3/日、產(chǎn)油6噸/日、含水率83.2％、撿泵期30天修后產(chǎn)液量52米3/日、產(chǎn)油50噸/日、含水率3.6％、撿泵期180天。該井當(dāng)年累計增產(chǎn)3890噸。
本發(fā)明的復(fù)合陶粒人造巖層防砂技術(shù)，其所用固體填充粒料全部來自天然礦物，省去了預(yù)制粒料的工藝；其攜帶液是水，不必用特殊化學(xué)試劑配制，所以成本極為低廉。本人造巖層凝固條件沒有苛刻要求，故施工工藝十分簡單，對于大體積實(shí)體虧空和有大孔道油層，僅需適當(dāng)降低攜砂比即可實(shí)現(xiàn)充滿的要求。它對地層流砂和砂巖油藏因注水開發(fā)造成的出砂都有有效的防砂效果。形成的人造巖層具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的滲透性，能收到保護(hù)油井、水井，增產(chǎn)增油及充分開采油藏的效果。綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案，完全達(dá)到了發(fā)明預(yù)期目的。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合陶粒人造巖層防砂技術(shù)，其特征在于復(fù)合陶粒人造巖層由膠結(jié)主料、骨架輔料組成的固體填充材料和攜帶液構(gòu)成，在固體填充料中兼作膠結(jié)物和骨架物的主料是無水硫鋁酸鈣、也可以是無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣的混合物，也可以是無水硫鋁酸鈣、硅酸二鈣及硫酸鈣(石膏)的混合物，其各組份的重量百分?jǐn)?shù)如下無水硫鋁酸鈣 65～100％硅酸二鈣 15～0％硫酸鈣(石膏) 20～0％所述骨架輔料是砂粒，在固體填充料中，膠結(jié)主料與砂料的重量比為3～5∶1；所述攜帶液為水，在注砂施工時固體填充材料與攜帶液之重量比為1∶3～6.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合陶粒人造巖層防砂技術(shù)，其特征在于所述的膠結(jié)主料和骨架輔料，其粒徑為0.3～1.90毫米，其中尤以粒徑0.58～1.19毫米的為最佳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合陶粒人造巖層防砂技術(shù)，其特征在于所述的骨架輔料是砂粒，砂?？梢允瞧胀ńㄖ蒙?、也可以是石英砂、長石砂，其中以密度小于1.4克/厘米3為最佳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合陶粒人造巖層防砂技術(shù)，其特征在于所述的攜帶液清水，也可以是脫油污水，其中以脫油污水為最佳；所述攜帶液中最好加有早強(qiáng)劑氯化鈣或三乙醇胺，其加入量為膠結(jié)主料重量的0～3％。
全文摘要
一種復(fù)合陶粒人造巖層防砂技術(shù),它涉及油井防砂技術(shù),也涉及人造巖石或硫酸鈣水泥。本復(fù)合陶粒人造巖層由膠結(jié)主料和骨架輔料組成的固體填充劑及攜帶液構(gòu)成。膠結(jié)主料是無水硫鋁鈣酸、硅酸二鈣、硫酸鈣的混合物,骨架輔料是低密度砂粒,攜帶液是水,且因該固體填充料不需預(yù)制,故而成本低廉。形成人造巖層的凝固條件為常溫～80℃,故而施工簡單。它適用范圍廣,形成的人造巖層強(qiáng)度高、滲透性好,有利于防砂和石油開采。
文檔編號C04B11/28GK1184085SQ9612079
公開日1998年6月10日 申請日期1996年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月29日
發(fā)明者方立新 申請人:天津大港油田長虹實(shí)業(yè)公司協(xié)通技術(shù)開發(fā)分公司