压裂防砂堵水一体化技术研究与应用

压裂防砂堵水一体化技术研究与应用
随着油田注水开发的深入，水对出砂井的影响日趋明显。

国内外研究发现，利用油水相對渗透率的不同进行适度控水，是一个可行的降低采出油水比例的方法，既可以保持地层的渗透性，也能达到稳油控水的效果。

本文通过对聚丙烯酰胺、绒囊工作液等选择性堵剂，以及孚盛砂等功能性材料的研究，成功在曙3-3-003C井上完成了压裂防砂堵水一体化技术试验并获得效果，为今后解决同类油藏油井出砂出水难题提供了技术借鉴。

标签：聚丙烯酰胺；绒囊工作液；孚盛砂；防砂堵水一体化
0 引言
在压裂防砂过程中，压裂液是沿着高渗透带推进的，而高渗透带往往是注入水或地层水最先突进的方向。

若在储层改造前缘和充填支撑通道中进行油水相对渗透率调控，是可以实现稳油控水和降低油水采出比例的。

因此，通过反复论证，确定以下技术方案：在压裂防砂过程中，首先打入选择性调堵剂，再高压预充填孚盛砂或覆膜砂。

选择性调堵剂优先进入高渗透层或高渗透条带，增大高渗透带的水相流动阻力；孚盛砂支撑裂缝，建立高导流通道，依靠油水相对渗透率差异，实现稳油、控水目标；覆膜砂胶结固化形成人工挡砂屏障，实现压裂-防砂-堵水一体化。

1 聚丙烯酰胺调堵剂
聚丙烯酰胺调堵剂具有可控性强，施工简单，有选择性，能优先进入出水层和高渗层，技术成熟，适应性强的优点，能适应低中高渗透砂岩油藏、存在裂缝和大的水流通道油藏的堵水、调剖，在油田应用面广。

如聚丙烯酰胺类无机交联冻胶堵水调剖剂、聚丙烯酰胺有机交联冻胶调剖剂和聚丙烯酰胺共聚物类堵水调剖剂等。

聚丙烯酰胺的封堵机理是由于分子链上有许多反应基团，它们与交联剂发生交联作用，形成网状结构，这种结构把水包含在晶格结构中形成具有粘弹性的冻胶体，在孔隙介质中间形成物理堵塞，阻止水流通过或改变水流方向通过而产生封堵作用。

它对水造成堵塞是由以聚合物冻胶的物理堵塞为主，兼有吸附和残余阻力作用。

聚丙烯酰胺按电荷性质分为非离子型聚丙烯酰胺（PAM）、阴离子型聚丙烯酰胺（HPAM）、阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）和两性聚丙烯酰胺（AmPAM）。

CPAM是聚丙烯酰胺家族中出现较晚的一种，它与HPAM相比，有更好的耐温性能和耐盐性能，并且具有HPAM所具有的各项优点，在防砂堵水技术中使用具有较大的潜力。

阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）与酚醛树脂交联反应的本质是酚醛树脂中的羟甲基（—CH2OH）与酰胺基（—CONH2）脱去一个水分子（H2O）形成（—CH2—NH—CO—）键的过程。

通过室内实验确定了CPAM主剂的基础配方
（0.3%～0.6%CPAM+0.6%～0.8%酚醛树脂）。

（表1）
2 绒囊工作液
绒囊是由聚合物和表面活性剂自然形成的可变形材料，粒径15～150μm，60μm居多，壁厚3～10μm。

可根据井下条件，改变性能和形状全面封堵地层漏失通道。

中国石油大学郑力会等人通过显微镜下观察和对绒囊作用效果分析，认为绒囊具有“一核二层三膜”的微观结构。

绒囊的特殊结构，使得具有高效封堵漏失地层的能力，按照不同的孔隙尺寸大小，绒囊的封堵机理各不相同。

当遇到大洞大缝时，囊泡随着高温和低压，堆积成水平放置的锥状体，分解了液柱压力。

当作用在前端的绒囊分得的压力和地层压力相等时，流体不再向地层流动。

而且，由于低剪切速率下高粘度，使流体稳定下来，称之为分压封堵模式。

绒囊在向大小和自己相当的漏失地层通道移动中，有两种情况发生。

一是单个囊泡往低压区移动时，阻力增加，流动阻力提高；
二是连续进入了漏失通道绒囊膨胀充填。

流动速度下降，绒毛吸附，低剪切下高粘度，消耗液柱压力，实现防漏堵漏。

称之为耗压封堵模式。

绒囊工作流向微孔微缝时，凝胶强度由于低剪切速率降低而升高。

绒囊首先吸附在低压入口处。

在低压吸引下静止后，表面活性剂和大分子聚合物聚集在一起构成过渡层，即长绒毛。

进一步增大了凝胶强度，强化膜强度。

与低渗透膜不同，它包含着绒囊，称之为撑压封堵模式。

2014年我们在油井上进行了绒囊堵水试验，验证了绒囊工作液具有一定的选择性堵水能力。

3 孚盛砂
鉴于许多油田面临高含水状况，如何降低含水率提高油产量的技术要求，北京硅砂资源利用国家重点实验室，借鉴砂基透水砖“破坏水的表面张力”的透水原理，创造性提出“多项选择性渗透原理”，把风积砂加工成具有优异的透油阻水功能的新一代压裂支撑剂，即孚盛砂（FSS）。

该支撑剂解决了美国与俄罗斯10年来未攻克的“透油与阻水”技术难题。

经过大庆、胜利等油田实际应用，同比陶粒平均提高油产量15%以上，含水率下降约5%。

孚盛砂（FSS）在常压下，透油不透水；在有压力情况下，选择性透油阻水。

通过密闭容器、不同驱替压力下液体通过FSS流量对比，表明原油流量是活性水的3倍。

4 应用效果
压裂防砂堵水一体化技术，2014年11月在曙光油田曙3-3-003C井进行了首次一体化应用试验，施工成功率100%，初期单井含水下降了5个百分点，日增油0.5吨以上，目前还继续稳定生产，压裂防砂堵水效果明显。

该井的试验成功为今后解决同类油藏油井出砂出水难题提供了新的方法和思路。

参考文献
[1] 张永昌.水驱油田高含水期控水防砂一体化技术研究[D].中国石油大学，2011.6.
[2] 黄安华.CPAM交联机理及在高温高盐油藏堵水中的应用研究[D].中国石油大学，2007.4.
[3] 吴建平.压裂防砂一体化技术研究[D].中国石油大学，2009.
[4] 张永昌.水驱油田高含水期控水防砂一体化技术研究[D].中国石油大学，2011.
[5] 张楠.辽河油区油井防砂工艺技术研究[D].东北石油大学，2015.
[6] 肖勇.水平井注采配套工艺技术研究与应用[D].东北石油大学，2013.。